軸承鋼的表面強(qiáng)化方法

軸承零件工作表面和心部在狀態(tài)、結(jié)構(gòu)和性能要求方面是有較大的差別的，而整體熱處理往往使二著不能兼顧，材料的潛力也得不到充分發(fā)揮。應(yīng)用材料表面強(qiáng)化技術(shù)不僅可以較好地解決表面和心部在結(jié)構(gòu)和要求方面的差異，而且還可以進(jìn)一步使表面獲得某些特殊的工作性能，以滿足在特定條件下工作的軸承對(duì)工作表面性能的要求。這在現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)發(fā)展中是非常有意義的。傳統(tǒng)的表面強(qiáng)化方法，工藝上屬于熱處理的范疇。而近代發(fā)展起來(lái)的激光、電子束、離子束等表面強(qiáng)化方法，不僅將一些高新技術(shù)應(yīng)用于材料的表面強(qiáng)化，而且在工藝上已經(jīng)超出了傳統(tǒng)的熱處理范疇，形成了新的技術(shù)領(lǐng)域。因此現(xiàn)在的表面強(qiáng)化技術(shù)可以從不同的角度形成多種分類方法，按表層強(qiáng)化技術(shù)的物理化學(xué)過(guò)程進(jìn)行分類，大致可分為五大類：表面變形強(qiáng)化、表面熱處理強(qiáng)化、化學(xué)熱處理強(qiáng)化、表面冶金強(qiáng)化、表面薄膜強(qiáng)化。

1.表面變形強(qiáng)化

通過(guò)機(jī)械的方法使金屬表面層發(fā)生塑性變形，從而形成高硬度和高強(qiáng)度的硬化層，這種表面強(qiáng)化方法稱為表面變形強(qiáng)化，也稱為加工硬化。包括噴丸、噴砂、冷擠壓、滾壓、冷碾和沖擊、爆炸沖擊強(qiáng)化等。這些方法的特點(diǎn)是：強(qiáng)化層位錯(cuò)密度增高，亞晶結(jié)構(gòu)細(xì)化，從而使其硬度和強(qiáng)度提高，表面粗糙度值減小，能顯著提高零件的表面疲勞強(qiáng)度和降低疲勞缺口的敏感性。這種強(qiáng)化方法工藝簡(jiǎn)單、效果顯著，硬化層和基體之間不存在明顯的界限，結(jié)構(gòu)連貫，不易在使用中脫落。其多數(shù)方法已在軸承工業(yè)中得到應(yīng)用：滾動(dòng)體的表面撞擊強(qiáng)化就是這類方法的應(yīng)用，精密碾壓已成為新的套圈加工和強(qiáng)化方法。

2.表面熱處理強(qiáng)化

利用固態(tài)相變，通過(guò)快速加熱的方法對(duì)零件的表面層進(jìn)行淬火處理稱為表面熱處理，俗稱表面淬火。包括火焰加熱淬火、高（中）頻感應(yīng)加熱淬火、激光加熱或電子束加熱淬火等。這些方法的特點(diǎn)是：表面局部加熱淬火，工件變形小；加熱速度快，生產(chǎn)效率高；加熱時(shí)間短，表面氧化脫碳很輕微。

該方法特別是對(duì)提高承受一定沖擊載荷的大型和特大型軸承零件的耐磨性和疲勞強(qiáng)度效果顯著。

3.化學(xué)熱處理強(qiáng)化

利用某種元素的固態(tài)擴(kuò)散滲入，來(lái)改變金屬表面層的化學(xué)成分，以實(shí)現(xiàn)表面強(qiáng)化的方法稱為化學(xué)熱處理強(qiáng)化，也稱之為擴(kuò)散熱處理。包括滲硼、滲金屬、滲碳及碳氮共滲、滲氮及氮碳共滲、滲硫及硫氮碳共滲、滲鉻、滲鋁及鉻鋁硅共滲、石墨化滲層等等，種類繁多、特點(diǎn)各異。滲入元素或溶入基體金屬形成固溶體，或與其他金屬元素結(jié)合形成化合物。總之滲入元素即能改變表面層的化學(xué)成分，又可以得到不同的相結(jié)構(gòu)。滲碳軸承鋼零件的處理工藝和滾針軸承套的表面滲氮強(qiáng)化處理均屬這一類強(qiáng)化方法。

4.表面冶金強(qiáng)化

利用工件表面層金屬的重新融化和凝固，以得到預(yù)期的成分或組織的表面強(qiáng)化處理技術(shù)稱為表面冶金強(qiáng)化。包括表面自溶性合金或復(fù)合粉末涂層、表面融化結(jié)晶或非晶態(tài)處理、表面合金化等方法。特點(diǎn)是采用高能量密度的快速加熱，將金屬表面層或涂覆于金屬表面的合金化材料熔化，隨后靠自己冷卻進(jìn)行凝固以得到特殊結(jié)構(gòu)或特定性能的強(qiáng)化層。這種特殊的結(jié)構(gòu)或許是細(xì)化的晶體組織，也或許是過(guò)飽和相、亞穩(wěn)相、甚至是非晶體組織，這取決于表面冶金的工藝參數(shù)和方法。滾動(dòng)軸承行業(yè)在微型軸承工作表面做過(guò)激光加熱強(qiáng)化研究，效果良好。

5.表面薄膜強(qiáng)化

應(yīng)用物理的或化學(xué)的方法，在金屬表面涂覆于基體材料性能不同的強(qiáng)化膜層，稱為表面薄膜強(qiáng)化。它包括電鍍、化學(xué)鍍（鍍鉻、鍍鎳、鍍銅、鍍銀等）以及復(fù)合鍍、刷鍍或轉(zhuǎn)化處理等，也包括近年來(lái)發(fā)展較快的高新技術(shù)：如cvd、pvd、p-cvd等氣相沉積薄膜強(qiáng)化方法和離子注入表面強(qiáng)化技術(shù)（也稱原子冶金技術(shù)）等等。它們共同的特點(diǎn)是均能在工作表面形成特定性能的薄膜，以強(qiáng)化表面的耐磨性、耐疲勞、耐腐蝕和自潤(rùn)滑等性能。例如離子注入技術(shù)強(qiáng)化軸承工作表面，能使軸承工作表面的耐磨性、耐蝕性、和抗接觸疲勞性能都得到顯著提高，從而使軸承的使用壽命得到成倍的增長(zhǎng)。

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