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汽车轴承热处理技术及发展方向

时间:2013-09-09 15:50来源:洛阳科诺 作者:admin 点击:
      轴承是一个重要的机械基础连接件,在机械工业应用广泛。可以说,有旋转的地方就有轴承。汽车作为现代社会人们的主要交通工具,汽车工业也成为我国主要的支柱产业,轴承在其中也发挥着重要作用。汽车的很多安保件,如转向器、发动机和变速箱等,都可以看到轴承的身影。汽车轴承作为轴承的一个分支,有承载、抗冲击和高速旋转等特殊性能,其性能对乘客、驾驶员和车辆本身的安全有着重要影响。
      热处理作为汽车轴承制造过程的关键工序,其加工质量好坏与原材料是影响轴承寿命的两大重要因素。下面,笔者根据自己的工作经验和所掌握知识,从汽车轴承的材料、热处理设计、热处理工艺、热处理装备、热处理技术力量和热处理发展方向等方面,对汽车轴承热处理技术做简要阐述。
      一、轴承用材料
      材料的好坏是决定轴承寿命的最重要因素,我国汽车轴承与国外差距,材料是主要因素,其次为轴承设计、工艺水平和工艺装备。尽管我们修订了GB/T18254标准,增加了“优质高碳铬轴承钢”标准,对其中碳化物、偏析、含氧量和夹杂物等要求有所提升,但受制于国内钢厂冶炼技术和成本等因素,完全实施仍有很大难度。
      随着真空脱气的广泛应用,我国轴承钢在氧含量控制方面有很大提高,已接近国外水平。但在碳化物均匀性、网状碳化物控制、夹杂物控制等方面仍有较大差距,这就造成国内汽车轴承质量先天不足,轴承的寿命、可靠性及一致性逊色于国外轴承。
      我国轴承材料大量使用的是GCr15钢和GCr15SiMn钢,品种单一。汽车轴承专用材料的研究开发尚无报道。轴承钢生产厂家与轴承生产厂家很少合作。
      二、轴承设计及工艺
      1.个体化、差异化设计缺乏
      先进的轴承设计应根据轴承的服役环境,采用个体化和差异化的设计,以满足轴承的实际工况要求。国内轴承个体化和差异化设计方面仍显不足。另外,轴承的热处理设计也是影响轴承寿命的重要因素。轴承包含的四大件:外圈、内圈、滚动体和保持架。国外先进轴承企业对内外圈和滚动体都有不同的硬度要求,国内很多生产汽车轴承的顶级企业对此已开始尝试,但受制于轴承通用行业标准《高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件》中的硬度要求范围,在轴承零件硬度设计上有局限性。同时,国内轴承热处理工艺及装备水平也是影响实现个体化和差异化设计的因素。总之,我国汽车轴承设计与国外先进企业相比,处于粗放式阶段,很多子领域没有进行专门的研究,模仿设计居多,自主设计较少,在轴承设计的技术储备上更显欠缺。
      2.CQI-9质量标准推广
      轴承零件热处理质量是决定轴承寿命的重要因素。目前国内主要汽车轴承生产企业,已能基本上保证零件热处理质量,但对热处理过程参数的精确控制、淬火介质使用和热处理设备保障能力等方面重视不够,致使轴承零件热处理质量稳定性与国外存在较大差距。国外先进企业已普遍实施的CQI-9质量标准,在国内只限于个别企业的选择性试用,这其中还掺杂应对国外企业审核的因素。因此,全面、自觉地贯彻和推广CQI-9质量标准,应该是国内轴承生产企业提高热处理质量,达到或超越国外先进水平的惟一出路。
      3.节能新工艺的应用
      目前国内大部分轴承生产企业,仍普遍采用传统的热处理淬回火工艺:820~860℃淬火、油淬和200℃以下回火。整个工艺流程约4.5~5.5h。该工艺已沿用近四五十年。随着节能环保的呼声越来越高,作为耗能大户的轴承热处理行业,也开始尝试对轴承经典热处理工艺进行研究和改善,研究核心是改变和提高淬回火温度,缩短工艺流程时间。同时尝试使用非油淬火介质,如盐浴、水溶性介质等,以扩大热处理加工范围,使热处理变形更有规律。襄轴、瓦轴和洛轴等企业在这些方面均有尝试,并取得了一定的成果。
      另外,锻造后的正火处理,目前国内已普遍采用利用锻后余热正火的工艺,节约了大量能源,但还缺乏明确的工艺规范,能源是利用了,正火质量却很不稳定。需要有配套的专用设备,以解决质量稳定问题。
      4.渗碳汽车轴承的重新崛起
      轴承经渗碳后所获得的优质综合力学性能,是其他轴承材料所无法替代的,因此渗碳钢成为高端汽车轴承的首选材料。汽车轴承使用渗碳钢在20世纪80年代曾风靡一时,当时国内一些企业开始进口成套轴承热处理渗碳设备。后来随着高碳铬轴承钢冶炼质量的提高,国内汽车工业初期的喷射式发展,国内低端车型需要大量低成本的高碳铬轴承钢制轴承,渗碳汽车轴承被暂时搁置。近年来,随着国外汽车巨头在国内的大量布点,国内汽车工业整体水平的提高,渗碳汽车轴承被重新提出,渗碳汽车轴承今后会在安全系数要求很高的军车、乘用车等关键部位大量采用。汽车渗碳轴承常用材料20CrMnTi、20CrNiMoA等,渗碳温度均在900~930℃。渗碳汽车轴承的高热处理成本限制了其广泛采用。国内企业也开始尝试新型渗碳工艺,如高温渗碳,即在1000℃或1050℃进行渗碳,可大大缩短渗碳时间,降低成本。但受渗碳设备的制约,目前只停留在试用阶段,大批量推广使用还需时日。
      另外,GCr15轴承钢渗碳工艺的开发,也为高碳铬轴承钢的使用提供了新的思路。
      5.与国际标准的有效接轨
      国内轴承热处理使用最广泛的JB/T1255-2000《高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件》标准,又要经历十年一次的换版。在2009年西安召开的轴承热处理行业会上,轴承标准归口单位——洛阳轴承研究所,已明确提出JB/T1255-2000标准的修订要求,对网状碳化物级别、残留奥氏体数量、脱碳层深、淬回火马氏体组织视场倍数等做出修订,以接近国际标准。此标准修订应在今明年内完成。重新修订的JB/T1255-2000标准,将对整个轴承行业产生巨大的影响。