專利名稱：熱處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)鋼部件進(jìn)行兩階段熱處理的熱處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
日本專利公開文本第2003-226918號(hào)公開了一種熱處理方法的實(shí)例，它適用于要求滾動(dòng)疲勞的長使用壽命的鋼機(jī)件如滾動(dòng)軸承的軸承部分。這種方法包括以下步驟在超過A1變換點(diǎn)的碳氮共滲處理溫度下使軸承部件的鋼承受碳氮共滲處理，接著將鋼冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度，然后，再次加熱并在超過A1變換點(diǎn)但低于碳氮共滲處理溫度的淬火溫區(qū)(790℃至830℃)內(nèi)使鋼淬火。
按照這種方法，在鋼表面上存在的碳氮共滲層使軸承部件的硬度增加，由于在再次加熱中的淬火溫度被限制在奧氏體晶粒的生長受抑制的溫度，因而奧氏體晶粒的平均粒度可減至不大于8μm。因此，晶粒界面強(qiáng)度增加，所產(chǎn)生的效果是對(duì)于滾動(dòng)疲勞的使用壽命提高及耐破裂能力提高等。
例如，在減速齒輪、驅(qū)動(dòng)小齒輪及變速器等中使用的軸承在嚴(yán)苛的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，包括高負(fù)載和潤滑劑被異物(如來自齒輪的磨損灰塵)污染等，由于近來要求更高的轉(zhuǎn)速及更加小型化，這些運(yùn)轉(zhuǎn)條件的嚴(yán)苛性繼續(xù)增加。為了應(yīng)對(duì)這些近來的發(fā)展趨勢，日本專利公開文本第2003-226918號(hào)提出了一種熱處理方法，能夠生產(chǎn)具有超級(jí)基本性能包括對(duì)于滾動(dòng)疲勞的提高的使用壽命、更大的耐破裂能力及長時(shí)間防止尺寸變化的更好的能力的軸承部件。這種熱處理方法包括以下步驟在超過A1變換點(diǎn)的碳氮共滲溫度下使軸承部件的鋼承受碳氮共滲處理，接著將鋼冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度，然后在超過A1變換點(diǎn)但低于碳氮共滲溫度的淬火溫區(qū)(790℃至830℃)內(nèi)再次加熱并使鋼淬火。按照這種熱處理方法，在熱處理的軸承部件的微結(jié)構(gòu)內(nèi)的奧氏體晶?？尚⌒突敛淮笥?μm的平均粒度，能夠生產(chǎn)具有超級(jí)基本性能的軸承部件，這些超級(jí)基本性能包括對(duì)于滾動(dòng)疲勞的使用壽命、擺錘式?jīng)_擊值、斷裂韌度及壓縮斷裂強(qiáng)度的改善。
在上述文本公開的發(fā)明中，進(jìn)行了共二種熱處理，即，主處理和副處理，但是副處理后需要進(jìn)行回火，以便防止在淬火處理中的淬火裂紋。如果這種回火處理的加熱時(shí)間長，那么，就不能與副熱處理的加熱時(shí)間區(qū)配，也就是說，被熱處理的產(chǎn)品必須在生產(chǎn)線內(nèi)停頓，從而使用于進(jìn)行主、副熱處理的機(jī)械長的停機(jī)時(shí)間，導(dǎo)致熱處理效率降低，熱處理時(shí)間增加。本發(fā)明的一個(gè)目的是提高整個(gè)系統(tǒng)的熱處理效率，在主熱處理過程中形成富氮層，然后在副熱處理中進(jìn)行淬火。
另外，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種對(duì)鋼部件如軸承部件進(jìn)行上述熱處理方法的熱處理系統(tǒng)，具體來說，提供一種能夠使每個(gè)鋼部件承受均勻的熱處理的熱處理系統(tǒng)。
在上述文本公開的發(fā)明中，副熱處理的加熱溫度必須嚴(yán)格控制，以便保證在整個(gè)部件內(nèi)晶粒的均勻小型化。如果這種副加熱是按照類似于傳統(tǒng)的淬火處理的方式在氣氛爐(atmospheric furnace)中進(jìn)行的，并且爐內(nèi)氣氛的溫度被測量，那么，在測出的溫度和軸承部件的實(shí)際溫度之間可能形成差別，從而使溫度控制很困難。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種熱處理系統(tǒng)，該熱處理系統(tǒng)用于在主熱處理過程中形成一個(gè)富氮層，然后，在副熱處理中進(jìn)行淬火，其中副熱處理中的加熱溫度被嚴(yán)格控制。
另外，在上述文本公開的發(fā)明中進(jìn)行總共兩個(gè)熱處理，即主處理和副處理，但是，在承受熱處理的物品是特別薄壁的構(gòu)件或厚度變化的構(gòu)件的那些情形中，擔(dān)心的是在熱處理中出現(xiàn)淬火變形。在滾動(dòng)軸承內(nèi)的軸承部件中，外圈和內(nèi)圈是薄壁構(gòu)件。在錐形滾柱軸承的情形中，由于外圈和內(nèi)圈的厚度也是不均勻一致的，因而存在淬火變形的實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)。另外，由于這些軸承部件要極高水平的尺寸精度，因而必須盡可能抑制淬火變形，以便保證令人滿意的軸承性能。本發(fā)明的另一個(gè)目的是抑制鋼部件的淬火變形，在主熱處理過程中形成富氮層，然后在副熱處理中進(jìn)行淬火。
另外，在上述文本公開的發(fā)明中，進(jìn)行總共兩種熱處理，即，主處理和副處理，但是，由于主熱處理需要的加熱時(shí)間與副熱處理需要的加熱時(shí)間不同，因而主熱處理和副熱處理的加熱時(shí)間不易平衡，存在熱處理的產(chǎn)品必須在生產(chǎn)線內(nèi)停頓的危險(xiǎn)，從而引起進(jìn)行熱處理使用的機(jī)械較長的停機(jī)時(shí)間，以致熱處理效率降低。本發(fā)明的一個(gè)目的是改善整個(gè)系統(tǒng)的熱處理效率，在主熱處理過程中形成富氮層，然后在副熱處理中進(jìn)行淬火。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，提供一種熱處理系統(tǒng)，它包括一個(gè)主熱處理裝置，用于在超過A1變換點(diǎn)的溫度下加熱一鋼部件，然后，將該部件冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度，從而在該部件表面形成一個(gè)富氮層；以及一個(gè)副熱處理裝置，用于在超過A1變換點(diǎn)的溫度下加熱已經(jīng)受主熱處理的鋼部件，然后，將該部件冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度，其中副熱處理裝置包括一個(gè)感應(yīng)加熱器，并且在副熱處理裝置內(nèi)的冷卻之后借助感應(yīng)加熱進(jìn)行回火。
按照這種熱處理系統(tǒng)，主熱處理裝置進(jìn)行的熱處理形成一個(gè)富氮層，在富氮層中氮擴(kuò)散在整個(gè)部件表面上，因此增加了鋼部件的表面硬度。另一方面，在主熱處理后鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)的奧氏體晶粒相當(dāng)大，但是，由于副熱處理隨后進(jìn)行，因而奧氏體晶粒的粒度減小至在傳統(tǒng)部件中觀察到的粒度的大約一半，從而能夠獲得精細(xì)粒度，奧氏體晶粒的粒度數(shù)超過10。由于這些特性，與傳統(tǒng)部件比較，可以改善耐磨性和耐破裂性，對(duì)于滾動(dòng)疲勞的使用壽命可顯著延長。
在本發(fā)明的系統(tǒng)中，副熱處理的加熱，以及副熱處理后的回火都采用感應(yīng)加熱進(jìn)行。與燃燒爐等的氣氛中的加熱相比較，感應(yīng)加熱的優(yōu)點(diǎn)是更好的加熱效率，另外，由于感應(yīng)加熱采用電能，因而加熱輸出的控制也很容易。因此，通過采用感應(yīng)加熱來進(jìn)行副熱處理的加熱，以及副熱處理后的回火，這兩個(gè)加熱步驟的加熱時(shí)間能夠相對(duì)較容易地得到平衡。
按照本發(fā)明的這個(gè)方面，一個(gè)富氮層在主熱處理中形成，當(dāng)隨后在副熱處理中進(jìn)行淬火時(shí)，副熱處理的加熱時(shí)間，和在副熱處理后回火步驟的加熱時(shí)間可以容易地得到平衡。因此，在生產(chǎn)線中停頓熱處理產(chǎn)品的需要可被減小，各種機(jī)械需要的停機(jī)時(shí)間可被縮短，從而可改善整個(gè)系統(tǒng)的熱處理效率。
另外，按照本發(fā)明也提供一種熱處理系統(tǒng)，它包括一個(gè)主處理裝置，用于在超過A1變換點(diǎn)的主加熱溫度下加熱一鋼部件，然后將該部件冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度，從而在該部件的表面層形成一個(gè)富氮層；以及一個(gè)副處理裝置，用于借助感應(yīng)加熱在超過A1變換點(diǎn)的副加熱溫度下加熱已經(jīng)承受了主處理裝置的熱處理的鋼部件，然后將該部件冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度。
在主處理裝置中，鋼部件在超過A1變換點(diǎn)的主加熱溫度下被加熱，因此，形成一富氮層，在富氮層中氮在部件的整個(gè)表面層擴(kuò)散，然后，部件被冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度。接著在副處理裝置中，進(jìn)行在超過A1變換點(diǎn)的副加熱溫度下的感應(yīng)加熱和淬火，因此，通過控制加熱溫度和加熱時(shí)間，被熱處理的部件的微結(jié)構(gòu)內(nèi)的奧氏體晶粒可減小尺寸，從而能夠得到精細(xì)的粒度，按照J(rèn)IS G 0551規(guī)定的奧氏體結(jié)晶粒度試驗(yàn)方法測定，結(jié)晶粒度數(shù)超過10。因此，可以得到一種鋼部件，這種鋼部件具有相對(duì)于滾動(dòng)疲勞的極佳的使用壽命，以及超級(jí)水平的耐破裂性能和抗尺寸改變性能。
另外，在副處理裝置中鋼部件的淬火是使用感應(yīng)加熱系統(tǒng)逐件進(jìn)行的(例如，高頻淬火)，因此，在各個(gè)鋼部件內(nèi)熱處理質(zhì)量的不均勻性及在不同鋼部件間熱處理質(zhì)量的變化可被減小，從而能夠生產(chǎn)出高可靠性的均勻一致的鋼部件。在副處理裝置中，采用感應(yīng)加熱系統(tǒng)加熱鋼部件后，可以進(jìn)行壓模淬火(die quenching)。在本說明書中，壓模淬火是指一種處理方法，其中被加熱的物品被壓模約束時(shí)進(jìn)行淬火，并包括加壓淬火，其中通過向壓模施加壓力而使物品受到約束。
在主處理裝置中，用于在鋼部件的表面層內(nèi)彌散氮以形成富氮層的適當(dāng)方法包括滲氮和碳氮共滲，不過考慮到有關(guān)的加熱溫度及防止脫碳的需要，碳氮共滲是優(yōu)選的。而且就成本和質(zhì)量來說，氣體碳氮共滲是優(yōu)選的。
主處理裝置和副處理裝置分別具有一種基本結(jié)構(gòu)，該基本結(jié)構(gòu)包括一個(gè)用于將鋼部件加熱至需要溫度(主加熱溫度或副加熱溫度)的加熱器，以及一個(gè)用于其后冷卻該部件的冷卻器。例如，在那些在主處理裝置中進(jìn)行氣體碳氮共滲的情形中，用作主處理裝置的加熱器的是加熱爐，在加熱爐中鋼部件是在一種氣氛氣體中被加熱的，該氣氛氣體包括添加有氨的滲碳?xì)怏w。這種加熱爐可以是連續(xù)式的，也可以是批量式的加熱爐。副處理裝置的加熱器是使用感應(yīng)加熱(如高頻加熱)來加熱鋼部件的加熱器，用高頻加熱裝置構(gòu)成。對(duì)于主處理裝置和副處理裝置中的冷卻器所采用的冷卻系統(tǒng)沒有特殊的限制，可以采用的適當(dāng)?shù)睦鋮s方法包括空氣冷卻、使用氣體如N2的氣體冷卻、油冷卻及鹽浴冷卻。
按照本發(fā)明的這個(gè)方面，由于鋼部件在副處理裝置中的淬火是使用感應(yīng)加熱系統(tǒng)逐件進(jìn)行的(如高頻淬火)，因而在各個(gè)鋼部件內(nèi)熱處理質(zhì)量的不均勻性及在不同的鋼部件間熱處理質(zhì)量的變化都可以被減小。因此，可以得到具有對(duì)于滾動(dòng)疲勞的極佳使用壽命，超級(jí)水平的耐破裂性能和防止尺寸隨時(shí)間改變的性能的鋼部件。
另外，按照本發(fā)明，提供一種熱處理系統(tǒng)，它包括一個(gè)主熱處理裝置，用于在超過A1變換點(diǎn)的溫度下加熱一鋼部件，然后將該部件冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度，從而在該部件的表面形成一個(gè)富氮層；以及一個(gè)副熱處理裝置，用于在超過A1變換點(diǎn)的溫度下加熱已經(jīng)承受了主熱處理的鋼部件，然后將該部件冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度，其中感應(yīng)加熱在副熱處理裝置中進(jìn)行，承受感應(yīng)加熱的鋼部件的溫度被檢測，在以檢測到的溫度值為基礎(chǔ)的反饋控制下操縱感應(yīng)加熱器。
在本發(fā)明的這個(gè)方面中，感應(yīng)加熱如高頻加熱是在副熱處理裝置中進(jìn)行的，經(jīng)受感應(yīng)加熱的鋼部件的溫度被檢測，而且感應(yīng)加熱器是以檢測到的溫度值為基礎(chǔ)的反饋控制下運(yùn)轉(zhuǎn)的，因此，副加熱溫度可以在鋼部件的實(shí)際溫度的基礎(chǔ)上可靠、精確地保持在一個(gè)窄的溫度范圍內(nèi)，從而能夠生產(chǎn)出高質(zhì)量的鋼部件，其中在整個(gè)部件內(nèi)結(jié)晶粒度被均勻地減小。
在這種情形中，為了絕對(duì)地盡量減小任何溫度誤差，經(jīng)受感應(yīng)加熱的鋼部件的溫度最好使用非接觸式溫度傳感器來檢測。
如上所述，按照本發(fā)明的這個(gè)方面，一個(gè)富氮層在主熱處理中形成，然后當(dāng)淬火在副熱處理中進(jìn)行時(shí)，在副熱處理裝置內(nèi)的加熱溫度能夠以良好的精度加以控制。因此，可以防止在副熱處理中的加熱不均勻性，從而能夠在整個(gè)部件內(nèi)使結(jié)晶粒度均勻減小，因此可保證鋼部件的更穩(wěn)定的質(zhì)量水平。
另外，按照本發(fā)明，提供一種熱處理系統(tǒng)，它包括一個(gè)主熱處理裝置，用于在超過A1變換點(diǎn)的溫度下加熱一鋼部件，然后將該部件冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度，從而在該部件的表面形成一個(gè)富氮層；以及一個(gè)副熱處理裝置，用于在超過A1變換點(diǎn)的溫度下加熱已經(jīng)承受了主熱處理的鋼部件，然后將該部件冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度，其中副熱處理裝置進(jìn)行感應(yīng)加熱和壓模淬火。
在本發(fā)明的這個(gè)系統(tǒng)中，如上所述，感應(yīng)加熱和壓模淬火都是在副熱處理裝置中進(jìn)行的，因而能夠制成具有很小變形及良好尺寸精度的熱處理產(chǎn)品，甚至能夠以有利的尺寸精度生產(chǎn)出薄壁部件或具有變化厚度的部件。
按照本發(fā)明的這個(gè)方面，一個(gè)富氮層是在主熱處理中形成的，當(dāng)淬火其后在副熱處理中進(jìn)行時(shí)，能夠以低的成本生產(chǎn)出具有小的熱變形和高水平尺寸精度的鋼部件。特別是，本發(fā)明也可以理想地應(yīng)用于薄壁部件或具有變化厚度的部件。
另外，按照本發(fā)明，提供一種熱處理系統(tǒng)，它包括一個(gè)主熱處理裝置，用于在超過A1變換點(diǎn)的溫度下加熱一鋼部件，然后將該部件冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度，從而在該部件的表面形成一個(gè)富氮層；以及副熱處理裝置，用于在超過A1變換點(diǎn)的溫度下加熱已經(jīng)承受了主熱處理的鋼部件，然后將該部件冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度，其中多個(gè)副熱處理裝置并聯(lián)地設(shè)置。
在本發(fā)明的這個(gè)系統(tǒng)中，如上所述，多個(gè)副熱處理裝置并聯(lián)地設(shè)置，因而副熱處理可以同時(shí)在多個(gè)不同的部位上進(jìn)行，這就是說副熱處理的熱處理效率可以得到提高。
在這種情形中，感應(yīng)加熱最好在每個(gè)副熱處理裝置中進(jìn)行。與在氣氛爐如燃燒爐中的加熱相比較，感應(yīng)加熱可以提供更佳的工作效率，加熱可以在更短時(shí)間內(nèi)完成，這就是說，通過在并聯(lián)的多個(gè)部位上進(jìn)行這種感應(yīng)加熱，可以顯著提高副熱處理的加熱效率。因此，在主熱處理和副熱處理中的熱處理效率可以得到平衡，從而能夠提高整個(gè)系統(tǒng)的加熱效率。
在這種情形中，如果在副熱處理裝置中進(jìn)行壓模淬火，那么就能夠生產(chǎn)出具有小的變形和高水平的尺寸精度的熱處理產(chǎn)品，甚至對(duì)于薄壁部件或厚度變化的部件來說也能夠保證有利的尺寸精度。
按照本發(fā)明的這個(gè)方面，一個(gè)富氮層在主熱處理中形成，然后當(dāng)淬火其后在副熱處理中進(jìn)行時(shí)，副熱處理中的加熱效率能夠顯著地得到提高。因此，主熱處理和副熱處理中的熱處理效率能夠被平衡，從而能夠提高在整個(gè)系統(tǒng)中的加熱效率。
在上述的每個(gè)熱處理系統(tǒng)中，在主熱處理中用于形成富氮層的方法最好是碳氮共滲，就成本和質(zhì)量來說，優(yōu)選氣體碳氮共滲。氣體碳氮共滲可以在一個(gè)氣氛爐中進(jìn)行，使用一種添加的氨的滲碳?xì)怏w的氣氛氣體。


圖1的示意橫剖圖表示按照本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)；圖2是表示深槽滾珠軸承的橫剖圖；圖3是熱處理循環(huán)的示意圖；圖4是表示按照本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5是用于熱處理系統(tǒng)的熱處理循環(huán)示意圖；圖6的示意橫剖圖表示按照本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)；圖7的示意橫剖圖表示按照本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)；
圖8是錐形滾柱軸承的橫剖圖；以及圖9的示意橫剖圖表示按照本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
下面描述本發(fā)明的第一實(shí)施例，其應(yīng)用于作為鋼部件的一個(gè)實(shí)例的軸承部件。
圖1是按照本發(fā)明的熱處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，這種熱處理系統(tǒng)包括一個(gè)主熱處理裝置1、一個(gè)副熱處理裝置2、兩個(gè)洗滌裝置5和6和一個(gè)回火裝置7。通過模制方法(在圖中未畫出)如鍛造，然后車削生產(chǎn)的軸承部件被相繼地送過主熱處理裝置1和副熱處理裝置2，在每個(gè)上述裝置內(nèi)經(jīng)受分別作為主熱處理和副熱處理的加熱和冷卻。
術(shù)語“軸承部件”是指滾動(dòng)軸承如滾珠軸承、錐形滾柱軸承、滾柱軸承或滾針軸承的軸承部件。作為一個(gè)實(shí)例，圖2表示一個(gè)深槽滾珠軸承，它包括作為主要構(gòu)件的一個(gè)外圈41、一個(gè)內(nèi)圈42和滾動(dòng)構(gòu)件(滾珠)43，在這些構(gòu)件中，在本說明書中，術(shù)語“軸承部件”描述的是那些與相對(duì)的構(gòu)件滾動(dòng)接觸的構(gòu)件，即，外圈41、內(nèi)圈42和滾動(dòng)構(gòu)件43?？捎糜谶@些軸承部件的材料包括軸承鋼如JIS中規(guī)定的SUJ2，以及含有C0.6至1.3wt％、Si0.3至3.0wt％、Mn0.2至1.5wt％、Cr0.3至5.0wt％、Ni0.1至3wt％(以及最好也含有Mo0.05至0.25wt％、和V0.05至1.0wt％)的高溫軸承鋼和含有C0.4至0.8wt％、Si0.2至0.9wt％、Mn0.7至1.3wt％和Cr不多于0.7wt％的中碳鋼。
主熱處理裝置1包括一個(gè)加熱器11和一個(gè)冷卻器12。在圖1中，一個(gè)連續(xù)的系統(tǒng)用于加熱器11，但是，也可以使用一個(gè)批量式爐。加熱器11是由一個(gè)氣氛爐構(gòu)成的，該氣氛爐使用一種氣氛氣體，該氣氛氣體包括添加有氨的滲碳?xì)怏w。在該加熱器11內(nèi)，一個(gè)軸承部件在超過A1變換點(diǎn)的溫度T1(從800℃至900℃，例如，850℃)下例如被加熱40分鐘的預(yù)定時(shí)間(主加熱)，如圖3中所示。這種加熱使激活的氮擴(kuò)散到軸承部件的表面層內(nèi)，因而使該表面層硬化(氣體碳氮共滲)。由加熱器11進(jìn)行的主加熱的主要目的是在部件表面形成富氮層，至少必須出現(xiàn)滲氮，而滲碳并非關(guān)鍵。但是，取決于條件，特別是在脫碳是擔(dān)心的問題的情形中或在鋼的碳含量不足及不能取得令人滿意的硬度水平的情形中，滲碳可以象滲氮那樣是關(guān)鍵的。加熱器11也可以采用真空爐、鹽浴爐或感應(yīng)加熱器等。在熱處理后，軸承部件被冷卻器12(例如采用油冷卻)冷卻至低于Ms點(diǎn)，然后，被送至洗滌裝置5，以便洗滌并清除冷卻液。
如圖1所示，然后，已經(jīng)在主熱處理裝置1中經(jīng)過碳氮共滲的軸承部件被送至副熱處理裝置2。副熱處理裝置2包括一個(gè)用于進(jìn)行感應(yīng)加熱如高頻加熱的加熱器21和一個(gè)冷卻器22。送至加熱器21的軸承部件被設(shè)置成與感應(yīng)器(圖中未畫出)有適當(dāng)?shù)拈g隙，然后，如圖3所示，通過向感應(yīng)器供電，在超過A1變換點(diǎn)的副加熱溫度T2(例如，880℃至900℃)下承受感應(yīng)加熱。圖3顯示了作為副加熱溫度T2的一溫度，該溫度超過A1變換點(diǎn)但低于在主熱處理裝置中的主加熱溫度；但是，副加熱溫度T2的上限可以超過T1。在感應(yīng)加熱中，加熱溫度和加熱時(shí)間可精確受控，處理可在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。因此，在軸承部件的微結(jié)構(gòu)中的奧氏體晶?？杀恍⌒突４藭r(shí)，奧氏體晶粒是否被小型化可以借助加熱溫度和加熱時(shí)間的積來評(píng)估。例如，若感應(yīng)加熱器內(nèi)的溫度低，則可通過延長加熱時(shí)間來使奧氏體晶粒小型化。
在完成這種加熱之后，軸承部件被送至冷卻器22，(例如使用油冷卻)被冷卻至低于Ms點(diǎn)以實(shí)施淬火。作為在上述實(shí)例中將軸承部件送至與加熱器21分開的冷卻器22的替代，軸承部件也可以在仍位于加熱器21內(nèi)感應(yīng)加熱部位上時(shí)承受噴射冷卻。
在完成上過副熱處理后，在洗滌裝置6中洗滌軸承部件，以便清除冷卻液，然后，將軸承部件送至回火裝置7，如圖3所示，在那里在適當(dāng)?shù)臏囟萒3(例如，180℃)下進(jìn)行回火。這種回火是使用感應(yīng)加熱如高頻加熱進(jìn)行的。
在上面的描述中，在主熱處理裝置1和副熱處理裝置2內(nèi)采用油冷卻作為冷卻方法，但是，也可以采用其它冷卻方法如水冷卻、空氣冷卻或氣體冷卻，對(duì)于主熱處理裝置1和副熱處理裝置2也可使用不同的冷卻方法。在這個(gè)實(shí)施例中，由于主熱處理和副熱處理都采用油冷卻，因而設(shè)置了洗滌裝置5和6，但是，如果使用水冷卻、空氣冷卻或氣體冷卻，那么上述洗滌裝置就是不必要的了。
在已經(jīng)在上述步驟中承受了熱處理的軸承部件中，由于在部件的表面層上形成一個(gè)富氮層(氮含量0.1至0.7wt％)，因而可以實(shí)現(xiàn)超過Hv700的高硬度，在微結(jié)構(gòu)內(nèi)的奧氏體晶粒的粒度減小，產(chǎn)生超過10的奧氏體結(jié)晶粒度數(shù)。另外，軸承部件的斷裂應(yīng)力值為至少2650MPa，鋼內(nèi)的氫濃度不大于0.5ppm，在鋼內(nèi)的殘余奧氏體為13至25％，這代表了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越傳統(tǒng)部件的超級(jí)物理性質(zhì)。由于上述性質(zhì)，可以提高耐破裂性能和耐磨性能，也能夠顯著提高對(duì)于滾動(dòng)疲勞的使用壽命。
如上所述，在本發(fā)明中，副熱處理裝置2的加熱器2和在副熱處理后使用的回火裝置7都采用感應(yīng)加熱裝置如高頻加熱裝置，只要使用感應(yīng)加熱，加熱效率就提高，且加熱時(shí)間顯著短于那些在氣氛爐或類似裝置中進(jìn)行氣氛氣體加熱的情形，另外，由于感應(yīng)加熱使用電能，因而加熱輸出的控制也很容易。因此，通過適當(dāng)控制加熱輸出，通過改變向加熱器21和/或回火裝置7的電力輸入或通過改變加熱時(shí)間，就能夠容易地平衡兩個(gè)加熱步驟所需要的加熱時(shí)間。因此，可以減少在生產(chǎn)線中停頓熱處理產(chǎn)品的需要，可以縮短各種機(jī)械需要的停機(jī)時(shí)間，從而能夠提高整個(gè)系統(tǒng)的熱處理效率。
另外，感應(yīng)加熱可提供的一系列優(yōu)點(diǎn)包括逐件地均勻加熱每個(gè)部件的能力、以提高的加熱效率和縮短的加熱時(shí)間進(jìn)行加熱的能力、進(jìn)行局部加熱和自由確定硬化層厚度的能力及通過迅速加熱和迅速冷卻通過表面殘余壓應(yīng)力來改善疲勞強(qiáng)度的能力，通過在加熱器21和回火裝置7中都進(jìn)行感應(yīng)加熱，進(jìn)一步降低了軸承部件的成本，并進(jìn)一步提高了質(zhì)量和對(duì)于滾動(dòng)疲勞的使用壽命。
下面描述本發(fā)明的第二實(shí)施例，其中圖2所示深槽滾珠軸承的軸承部件用作鋼部件的實(shí)例。
圖4是表示按照本發(fā)明第二實(shí)施例的熱處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖。該熱處理系統(tǒng)包括一個(gè)主熱處理裝置1和一個(gè)副熱處理裝置2。通過包括鍛造和/或車削或類似方式的模制所生產(chǎn)的軸承部件被順序地送過主熱處理裝置1和副熱處理裝置2，在每個(gè)上述裝置中經(jīng)受包括加熱和冷卻的兩階段熱處理。
主熱處理裝置1包括一個(gè)加熱器11、一個(gè)冷卻器12和一個(gè)洗滌裝置13。例如，加熱器11是由一個(gè)加熱爐構(gòu)成的，該加熱爐在包括將加有氨的滲碳?xì)怏w的氣氛氣體中加熱軸承部件，在該加熱器11中，軸承部件在超過A1變換點(diǎn)的主加熱溫度T1(800℃至950℃，例如850℃)下被加熱(例如40分鐘的)預(yù)定時(shí)間(主加熱)，如圖5所示，這種加熱使激活的氮擴(kuò)散到軸承部件的表面層中，因而形成一個(gè)富氮層(在這個(gè)實(shí)施例中為一個(gè)碳氮共滲層)。這種主加熱的主要目的是在部件表面形成一個(gè)富氮層，至少必須出現(xiàn)滲氮，而滲碳不是關(guān)鍵。但是，取決于條件，特別是在脫碳是擔(dān)心的問題的情形中或在鋼的含碳量不足，不能取得令人滿意的硬度水平的情形中，滲碳可以象滲氮那樣是很重要的，在熱處理之后，如圖5所示，(例如，采用油冷卻)，冷卻器12將軸承部件冷卻至低于Ms點(diǎn)，然后，將軸承部件送至洗滌裝置13，以便洗滌和清除冷卻液(例如，油)。在冷卻器12中，作為將部件冷卻至Ms點(diǎn)以下的替代，軸承部件也可以被保持在大約500℃的恒溫下，另外，在圖4中，一個(gè)連續(xù)加熱爐畫成主熱處理裝置1的加熱器11，但是，如同一圖中虛線所示，也可以采用批量式加熱爐11’。同樣，在圖4中，在主熱處理裝置1中的冷卻器12采用油冷卻，但是，如同一圖中虛線所示，也可以使用空氣冷卻或氣體冷卻如用氣體N2冷卻的一個(gè)冷卻器12’。在這種情形中，由于在冷卻器12’中不會(huì)出現(xiàn)冷卻液附著在軸承部件上的情況，因而可以省去其后的洗滌裝置13，這種系統(tǒng)可以被構(gòu)制成使軸承部件從冷卻器12’直接送至副熱處理裝置2的加熱器21。這不僅能使主熱處理裝置1的結(jié)構(gòu)更為簡單，而且也縮短了處理時(shí)間。
已經(jīng)在主熱處理裝置1中經(jīng)受了熱處理后，軸承部件通過一個(gè)運(yùn)輸裝置如輸送機(jī)被送至副熱處理裝置2。副熱處理裝置2包括一個(gè)加熱器21、一個(gè)冷卻器22、一個(gè)洗滌裝置23和一個(gè)回火裝置24。加熱器21是一個(gè)用于通過感應(yīng)加熱(例如高頻加熱)來加熱軸承部件的裝置，由一個(gè)高頻加熱裝置構(gòu)成。在加熱器21中，每個(gè)軸承部件被逐件地處理，而且如圖5所示，在超過A1變換點(diǎn)的副加熱溫度T2下被加熱預(yù)定的時(shí)間。圖5顯示了一種情形，其中副加熱溫度T2低于主加熱溫度T1；但是，副加熱溫度T2的上限可超過T1。在感應(yīng)加熱中，加熱溫度和加熱時(shí)間可精確受控，處理可在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。因此，軸承部件的微結(jié)構(gòu)中的奧氏體晶?？杀恍⌒突Ａ硗?，由于每個(gè)軸承部件的加熱是在逐件的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因而各個(gè)軸承部件內(nèi)熱處理質(zhì)量的不均勻性及不同軸承部件間的熱處理質(zhì)量的變化可被減小。如圖5所示，在熱處理之后， (例如采用油冷卻)在冷卻器22中將軸承部件冷卻至Ms點(diǎn)以下，然后將軸承部件送至洗滌裝置23，以便洗滌和清除冷卻液。然后，軸承部件被送至回火裝置24，并在適當(dāng)?shù)臏囟萒3(例如，180℃)下回火?；鼗鹧b置24也可以與副熱處理裝置2分開地設(shè)置。另外，如果冷卻器22采用空氣冷卻、氣體冷卻或水冷卻，那么就可以省去洗滌裝置23。
在已經(jīng)在上述步驟中經(jīng)過熱處理的軸承部件中，在部件的表面層形成一個(gè)富氮層(氮含量為0.1至0.7wt％)，這就是說，可以獲得超過Hv700的高硬度，在微結(jié)構(gòu)內(nèi)的奧氏體晶粒的粒度被減小，產(chǎn)生超過10的結(jié)晶粒度數(shù)。另外，軸承部件的斷裂應(yīng)力值為至少2650MPa，鋼內(nèi)的氫濃度不大于0.5ppm，鋼內(nèi)的殘余奧氏體含量為13至25％，這代表了優(yōu)于傳統(tǒng)部件的物理性質(zhì)。由于上述性質(zhì)，可以改善耐破裂性能和耐磨性能，也能夠顯著提高對(duì)于滾動(dòng)疲勞的使用壽命。
下面描述本發(fā)明的第三實(shí)施例，其中圖2所示的深槽滾珠軸承的軸承部件用作鋼部件的實(shí)例。
圖6是按照本發(fā)明第三實(shí)施例的熱處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖所示，該熱處理系統(tǒng)包括一個(gè)主熱處理裝置1、一個(gè)副熱處理裝置2、洗滌裝置3及5和一個(gè)回火裝置6、通過包括鍛造的模制方法(在圖中未畫出)，然后是車削等生產(chǎn)的軸承部件被順序地送過主熱處理裝置1和副熱處理裝置2，在每個(gè)上述裝置內(nèi)經(jīng)受分別作為主熱處理和副熱處理的加熱和冷卻。
主熱處理裝置1包括一個(gè)加熱器11和一個(gè)冷卻器12。在圖6中，加熱器11畫成一個(gè)連續(xù)的系統(tǒng)，但是，也可以使用批量式爐。加熱器11例如由氣氛爐構(gòu)成，氣氛爐使用包括添加有氨的滲碳?xì)怏w的氣氛氣體。在該加熱器11的爐內(nèi)，軸承部件超過A1變換點(diǎn)的溫度T1(800℃至900℃，例如850℃)下被加熱例如40分鐘的預(yù)定時(shí)間(主加熱)如圖3所示。這種加熱使激活的氮擴(kuò)散到軸承部件的表面層中，從而使該表面層硬化(氣體碳氮共滲)。加熱器1的主要目的是在部件表面形成一個(gè)富氮層，至少必須出現(xiàn)滲氮，而滲碳并不是關(guān)鍵。但是，取決于條件，特別是在脫碳是擔(dān)心的問題的情形中或在鋼的碳含量不足，不能取得令人滿意的硬度水平的情形中，滲碳可以象滲氮一樣成為關(guān)鍵。加熱器11也可以采用真空爐、鹽浴爐或感應(yīng)加熱器等。在熱處理之后，軸承部件被冷卻器12(例如使用油冷卻)冷卻至Ms點(diǎn)以下，然后送至洗滌裝置3，以便洗滌和清除冷卻液。
如圖6所示，然后，已經(jīng)在主熱處理裝置1中經(jīng)過碳氮共滲的軸承部件通過輸送裝置如輸送機(jī)被送至副熱處理裝置2。副熱處理裝置2用于進(jìn)行高頻淬火，它包括一個(gè)加熱器21和一個(gè)冷卻器22。如圖3所示，然后，軸承部件在加熱器21中在超過A1變換點(diǎn)的溫度T2下經(jīng)受預(yù)定時(shí)間的感應(yīng)加熱(副加熱)。由于這種副加熱是通過感應(yīng)加熱法在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的，因而當(dāng)然在加熱是在低于主加熱溫度T1下進(jìn)行的情形中，而且甚至在感應(yīng)加熱是在超過主加熱溫度T1的溫度下進(jìn)行的情形中，鋼內(nèi)的奧氏體晶粒也可以通過調(diào)節(jié)加熱溫度和加熱時(shí)間而減小尺寸。在這種加熱完成之后，軸承部件被送至冷卻器22，(例如，使用油冷卻)冷卻至Ms點(diǎn)以下，以實(shí)施淬火。作為在上述實(shí)例中在獨(dú)立于加熱器21的冷卻器22中進(jìn)行冷卻的替代，軸承部件也可以在仍位于加熱器21內(nèi)的感應(yīng)加熱部位上時(shí)被冷卻。為了保證在淬火后的滿意的尺寸精度，在高頻加熱后，在副熱處理裝置2內(nèi)可以進(jìn)行壓模淬火。這種壓模淬火能夠以良好的穩(wěn)定性提高薄壁部件如滾柱軸承的外圈和內(nèi)圈，以及厚度變化的部件如錐形滾柱軸承的外圈和內(nèi)圈的精度，即，取得有利的軸承性能。壓模淬火是指淬火是在被加熱的物品被一模具約束時(shí)進(jìn)行的，并且包括物品通過向模具施加壓力的加壓淬火的處理方式。
在完成副熱處理之后，軸承部件從副熱處理裝置2被取出，在洗滌裝置5中被洗滌以清除冷卻液，然后，被送至回火裝置6，在那里如圖3所示，回火是在適當(dāng)?shù)臏囟萒3(例如，180℃)下進(jìn)行的。為了通過縮短加熱時(shí)間來提高處理效率，這種回火最好采用感應(yīng)加熱如高頻加熱進(jìn)行。
一個(gè)采用非接觸方法檢測正在承受感應(yīng)加熱的軸承部件的溫度(表面溫度)的傳感器9設(shè)置在副熱處理裝置2的加熱器21內(nèi)?？梢允褂眠@種傳感器9的傳感器實(shí)例包括紅外線溫度傳感器。在加熱器21內(nèi)，軸承部件被支承得與圖中未畫的感應(yīng)器有一預(yù)定間隙，傳感器9使用非接觸方法測量受到支承的軸承部件，并將測量值送至一個(gè)控制裝置8。使用測出的溫度數(shù)據(jù)，控制裝置8確定正在承受加熱的軸承部件是否已達(dá)到預(yù)定的副加熱溫度T2，以及部件溫度是否在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)，并根據(jù)這些確定結(jié)果，進(jìn)行感應(yīng)加熱器21的反饋控制。感應(yīng)加熱器21的控制主要是通過改變送至感應(yīng)器的電力或加熱時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。
在上面的描述中，油冷卻被用作主熱處理裝置1和副熱處理裝置2中的冷卻方法，但是，也可以采用其它冷卻方法如水冷卻、空氣冷卻或氣體冷卻，對(duì)于主熱處理裝置1和副熱處理裝置2也可使用不同的冷卻方法。在這個(gè)實(shí)施例中，由于主熱處理裝置和副熱處理裝置都采用油冷卻，因而設(shè)置了洗滌裝置3和5，但是，如果采用水冷卻、空氣冷卻或氣體冷卻，那么，這些洗滌裝置就不必要了。
在已經(jīng)在上述步驟中經(jīng)過熱處理的軸承部件中，在部件的表面層形成一個(gè)富氮層(氮含量為0.1至0.7wt％)，這就是說，可以取得超過Hv700的高硬度，微結(jié)構(gòu)內(nèi)的奧氏體晶粒的粒度被減小，產(chǎn)生超過10的奧氏體結(jié)晶粒度數(shù)。另外，軸承部件的斷裂應(yīng)力值為至少2650MPa，鋼內(nèi)的氫含量不大于0.5ppm，鋼內(nèi)的殘余奧氏體含量為13至25％，這代表了遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)部件的物理性質(zhì)。由于上述性質(zhì)，能夠顯著改善耐破裂性能和耐磨性能，并且也能夠顯著提高對(duì)于滾動(dòng)疲勞的使用壽命。
副熱處理裝置2的加熱器21是一個(gè)利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象將電能直接轉(zhuǎn)變成鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)的熱能，從而加熱鋼的感應(yīng)加熱器。因此，通過調(diào)節(jié)加熱條件如對(duì)感應(yīng)器的電力輸入或加熱時(shí)間，可以簡單、精確地控制加熱輸出。因此，通過在來自傳感器9的檢測值的基礎(chǔ)上，在來自控制裝置8的反饋控制下，操縱加熱器21的加熱條件，副加熱溫度T2能夠被保持在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)。另外，由于感應(yīng)加熱是逐件進(jìn)行的加熱方法，因而不會(huì)發(fā)生加熱均勻情況，而在使用氣氛爐時(shí)由于在爐內(nèi)放置位置會(huì)引起這種情況。因此，可以得到結(jié)晶粒度在整個(gè)部件已均勻減小的鋼部件，而且能夠以良好的穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)上述那種兩階段熱處理的典型效果，即，有利的耐磨性能和耐破裂性能或相對(duì)于滾動(dòng)疲勞的使用壽命的提高。
另外，感應(yīng)加熱還可提供附加優(yōu)點(diǎn)，例如，進(jìn)行局部加熱，自由確定硬化層厚度的能力，以及借助迅速加熱和迅速冷卻，通過表面殘余壓應(yīng)力提高疲勞強(qiáng)度的能力，因而可以進(jìn)一步降低軸承部件的成本，以及進(jìn)一步提高質(zhì)量及對(duì)于滾動(dòng)疲勞的使用壽命。
下面描述本發(fā)明的第四實(shí)施例，其中軸承部件用作鋼部件的實(shí)例。
圖7是按照本發(fā)明第四實(shí)施例的熱處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖所示，該熱處理系統(tǒng)包括一個(gè)主熱處理裝置1、一個(gè)副熱處理裝置2、兩個(gè)洗滌裝置3和5和一個(gè)回火裝置6。通過模制方法(圖中未畫出)包括鍛造，以及然后進(jìn)行車削等生產(chǎn)的軸承部件被順序地送過主熱處理裝置1和副熱處理裝置2，在每個(gè)上述裝置內(nèi)經(jīng)受分別作為主熱處理和副熱處理的加熱和冷卻。
術(shù)語“軸承部件”是指滾動(dòng)軸承如滾珠軸承、錐形滾柱軸承、滾柱軸承或滾針軸承的軸承部件。作為一個(gè)實(shí)例，圖8表示一個(gè)錐形滾柱軸承4，它包括作為主要構(gòu)件的一個(gè)外圈41、一個(gè)內(nèi)圈42和滾動(dòng)構(gòu)件(錐形滾柱)43，在本說明書中這些構(gòu)件的術(shù)語“軸承部件”描述的是承受與相對(duì)構(gòu)件的滾動(dòng)接觸的那些構(gòu)件，即，外圈41、內(nèi)圈42和滾動(dòng)構(gòu)件43?？梢杂糜谶@些軸承部件的材料的實(shí)例包括軸承鋼如SUJ2，以及含有C0.6至1.3wt％、Si0.3至3.0wt％、Mn0.2至1.5wt％、Cr0.3至5.0wt％和Ni0.1至3wt％(以及最好也含有Mo0.05至0.25wt％和V0.05至1.0wt％)的高溫軸承鋼和含有C0.4至0.8wt％、Si0.2至0.9wt％、Mn0.7至1.3wt％和Cr不大于0.7wt％的中碳鋼。
主熱處理裝置1包括一個(gè)加熱器11和一個(gè)冷卻器12。在圖7中，一個(gè)連續(xù)的系統(tǒng)被畫作加熱器11，但是，也可以使用批量式爐。例如，加熱器11是由一個(gè)氣氛爐構(gòu)成的，該氣氛爐使用包括添加有氨的滲碳?xì)怏w的氣氛氣體。在該加熱器11內(nèi)，軸承部件在超過A1變換點(diǎn)的溫度T1(800℃至900℃，例如850℃)下被加熱例如40分鐘的預(yù)定時(shí)間(主加熱)，如圖3所示，這種加熱使激活的氮擴(kuò)散到軸承部件的表面層內(nèi)，從而使該表面層硬化(氣體碳氮共滲)。加熱器11的主要目的是在部件的表面形成一個(gè)富氮層，至少必須出現(xiàn)滲氮，而滲碳是非關(guān)鍵的。但是，取決于條件，特別是在脫碳是擔(dān)心的問題的情形中或在鋼的含碳量不足，不能得到滿意的硬度水平的情形中，滲碳可以象滲氮那樣成為關(guān)鍵因素。加熱器11也可采用真空爐、鹽浴爐或感應(yīng)加熱器等。在熱處理之后，軸承部件被冷卻器12(例如，使用油冷卻)冷卻至低于Ms點(diǎn)，然后，被送至洗滌裝置3，以便洗滌并清除冷卻液。
如圖7所示，已經(jīng)在主熱處理裝置1中經(jīng)過碳氮共滲的軸承部件(在圖中，錐形滾柱軸承的外圈41被畫成一個(gè)實(shí)例)然后被送至副熱處理裝置2，副熱處理裝置進(jìn)行感應(yīng)加熱如高頻加熱。軸承部件41被放置在位于感應(yīng)器21的內(nèi)周以內(nèi)，如圖3所示，然后在超過A1變換點(diǎn)的溫度T2下承受感應(yīng)加熱(副加熱)。通過控制加熱條件如加熱溫度和加熱時(shí)間，鋼內(nèi)奧氏體晶粒的粒度被減小。在完成這種加熱之后，如圖7所示，在該軸承部件41被裝配在模具22內(nèi)并由其支承的狀態(tài)中，采用冷卻液如油將軸承部件41冷卻至Ms點(diǎn)以下，從而實(shí)現(xiàn)淬火(壓模淬火)。這種淬火可以通過噴射，如從設(shè)置在模具22內(nèi)各個(gè)位置上的孔噴射冷卻液如油而進(jìn)行?；蛘?，作為在如圖所示感應(yīng)加熱位置上進(jìn)行冷卻的替代，軸承部件也可以從感應(yīng)加熱位置送至一個(gè)分開的位置進(jìn)行冷卻。
在完成副熱處理之后，軸承部件在洗滌裝置5中被洗滌以清除冷卻液，然后被送至回火裝置6，在適當(dāng)?shù)臏囟萒3(例如，180℃)下回火。為了通過縮短加熱時(shí)間提高處理效率，這種回火最好采用感應(yīng)加熱例如高頻加熱進(jìn)行。
在上面的描述中，油冷卻被用作在主熱處理裝置1和副熱處理裝置2內(nèi)的冷卻方法，但是，也可以采用其它冷卻方法如水冷卻、空氣冷卻或氣體冷卻，對(duì)于主熱處理裝置1和副熱處理裝置2也可以采用不同的冷卻方法。在這個(gè)實(shí)施例中，由于主熱處理裝置和副熱處理裝置都采用油冷卻，因而設(shè)置了洗滌裝置3和5，但是，如果使用水冷卻、空氣冷卻或氣體冷卻，那么，這些洗滌裝置就不是必要的了。
在已經(jīng)在上述步驟中經(jīng)受熱處理的軸承部件中，在部件的表面層形成一個(gè)富氮層(氮含量為0.1至0.7wt％)，這就是說，可以得到超過Hv700的高硬度，在微結(jié)構(gòu)內(nèi)的奧氏體晶粒的粒度被減小，產(chǎn)生超過10的奧氏體結(jié)晶粒度數(shù)。另外，軸承部件的斷裂應(yīng)力值為至少2650MPa，鋼內(nèi)的氫濃度不大于0.5ppm，鋼內(nèi)的殘余奧氏體含量為13至25％，這代表了遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)部件的物理性質(zhì)。由于上述性質(zhì)，可以改善耐破裂性能和耐磨性能，也可以顯著提高對(duì)于滾動(dòng)疲勞的使用壽命。
在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，如上所述，在副熱處理裝置2內(nèi)進(jìn)行感應(yīng)加熱和壓模淬火。在這種情形中，理論上說，由于感應(yīng)加熱引起最小的熱變形，加熱過程后的淬火是作為壓模淬火進(jìn)行的，因而能夠以低的成本生產(chǎn)出具有小的熱變形和高水平的尺寸精度的軸承部件，甚至對(duì)于薄壁部件如滾珠軸承的外圈或內(nèi)圈來說，或?qū)τ诤穸茸兓牟糠秩珏F形滾柱軸承的外圈41或內(nèi)圈42來說，也能夠得到有利的尺寸精度水平。因此，能夠改善軸承部件的質(zhì)量，這就是說，能夠以良好的可靠性得到有利的軸承性能。
另外，感應(yīng)加熱還可提供附加優(yōu)點(diǎn)，例如，在逐件進(jìn)行的基礎(chǔ)上均勻加熱每個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)部件的能力，以提高的加熱效率和縮短的加熱時(shí)間來加熱的能力，進(jìn)行局部加熱和自由確定硬化層的厚度的能力，以及借助迅速加熱和迅速冷卻，通過表面殘余壓應(yīng)力提高疲勞強(qiáng)度的能力，因而能夠進(jìn)一步降低軸承部件的成本及進(jìn)一步提高質(zhì)量和對(duì)于滾動(dòng)疲勞的使用壽命。
下面描述本發(fā)明的第五實(shí)施例，其中使用錐形滾柱軸承的軸承部件作為鋼部件的實(shí)例。
圖9是按照第五實(shí)施例的熱處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖所示，該熱處理系統(tǒng)包括一個(gè)主熱處理裝置1、一個(gè)洗滌裝置3，以及多個(gè)副熱處理裝置2、洗滌裝置5和回火裝置6，它們相對(duì)于主熱處理裝置1和洗滌裝置3并聯(lián)布置。由包括鍛造的模制方法(圖中未畫出)，接著進(jìn)行車削等制成的軸承部件被順序送過主熱處理裝置1和副熱處理裝置2，在每個(gè)上述裝置中承受分別作為主熱處理和副熱處理的加熱和冷卻。單獨(dú)的洗滌裝置5和回火裝置6被設(shè)置成所述多個(gè)副熱處理裝置2中的每一個(gè)接續(xù)階段。
主熱處理裝置1包括一個(gè)加熱器11和一個(gè)冷卻器12。在圖9中，加熱器11被畫成一個(gè)連續(xù)的系統(tǒng)，但是，也可以使用批量式爐。例如，加熱器11由一氣氛爐構(gòu)成，該氣氛爐使用包括添加有氨的滲碳?xì)怏w的氣氛氣體。在加熱器11內(nèi)，軸承部件在超過A1變換點(diǎn)的溫度T1(800℃至900℃，例如，850℃)下被加熱例如40分鐘的預(yù)定時(shí)間(主加熱)，如圖3所示。這種加熱使激活的氮擴(kuò)散到軸承部件的表面層內(nèi)，因而使該表面層硬化(氣體碳氮共滲)。加熱器11的主要目的是在部件的表面形成一個(gè)富氮層，至少必須發(fā)生滲氮，而滲碳并非關(guān)鍵。但是，取決于條件，特別是在脫碳是擔(dān)心的問題的情形中，或在鋼的碳含量不足，不能取得滿意的硬度水平的情形中，滲碳可以象滲氮那樣成為關(guān)鍵。加熱器11也可以使用真空爐、鹽浴爐或感應(yīng)加熱器等。在熱處理之后，軸承部件被冷卻器12(使用油冷卻)冷卻至Ms點(diǎn)以下，然后被送至洗滌裝置3，以便洗滌和清除冷卻液。
如圖9所示，已經(jīng)在熱處理裝置1中經(jīng)過碳氮共滲的軸承部件(在圖中錐形滾柱軸承的外圈41被畫成實(shí)例)被分開并通過圖中未畫出的輸送裝置如輸送機(jī)送至副熱處理裝置2中的一個(gè)，由其進(jìn)行感應(yīng)加熱如高頻加熱。在每個(gè)副熱處理裝置2中，軸承部件41被設(shè)置在感應(yīng)器21的內(nèi)周以內(nèi)，如圖3所示，然后在超過A1變換點(diǎn)的溫度T2下承受感應(yīng)加熱(副加熱)。由于這種副加熱是在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的，因而與加熱溫度T2是否高于或低于主加熱溫度無關(guān)，通過調(diào)節(jié)加熱溫度和加熱時(shí)間可以使鋼內(nèi)的奧氏體結(jié)晶粒度減小。在完成這種加熱之后，軸承部件41被裝入模具22，并使用冷卻液如油冷卻至Ms點(diǎn)以下，因而實(shí)現(xiàn)淬火(壓模淬火)。這種淬火可以通過從設(shè)置在模具22內(nèi)各個(gè)位置上的孔噴射冷卻液如油來進(jìn)行?；蛘?，作為在圖示的感應(yīng)加熱位置上保持部件對(duì)其進(jìn)行冷卻的替代，軸承部件也可以從感應(yīng)加熱位置被送至一個(gè)分開的位置以進(jìn)行冷卻。
在完成副熱處理之后，軸承部件從每個(gè)副熱處理裝置2移出，在相應(yīng)的洗滌裝置5中被洗滌以除去冷卻液，然后被送至相應(yīng)的回火裝置6，在適當(dāng)?shù)臏囟萒3(例如，180℃)下回火，如圖3所示。為了通過縮短加熱時(shí)間來提高處理效率，這種回火最好采用感應(yīng)加熱如高頻加熱進(jìn)行。
在上面的描述中，使用油冷卻作為主熱處理裝置1和副熱處理裝置2內(nèi)的冷卻方法，但是，也可以采用其它冷卻方法如水冷卻、空氣冷卻或氣體冷卻，對(duì)于主熱處理裝置1和副熱處理裝置2來說，也可以用不同的冷卻方法。在這個(gè)實(shí)施例中，由于主熱處理和副熱處理都采用油冷卻，因而設(shè)置了洗滌裝置3和5，但是，如果使用水冷卻、空氣冷卻或氣體冷卻，那么，這些洗滌裝置就是不必要的了。
在已經(jīng)在上述步驟中經(jīng)過熱處理的軸承部件中，在部件的表面層形成一個(gè)富氮層(氮含量為0.1至0.7wt％)，這就是說，可以得到超過Hv700的高硬度，在微結(jié)構(gòu)內(nèi)的奧氏體結(jié)晶粒度被減小，產(chǎn)生超過10的奧氏體結(jié)晶粒度數(shù)。另外，軸承部件的斷裂應(yīng)力值為至少2650MPa，鋼內(nèi)的氫含量不大于0.5ppm，鋼內(nèi)的殘余奧氏體含量為13至25％，這代表了遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)部件的物理性質(zhì)。由于上述性質(zhì)，可以改善耐破裂性能和耐磨性能，也可以顯著提高對(duì)于滾動(dòng)疲勞的使用壽命。
在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，如上所述，已經(jīng)通過了共用的主熱處理裝置1的軸承部件被分開并在多個(gè)副熱處理裝置2內(nèi)同時(shí)承受副加熱，高頻加熱在這些副熱處理裝置2中的每一個(gè)內(nèi)進(jìn)行，這使加熱能在短時(shí)間內(nèi)完成。因此，副熱處理的加熱效率可被顯著提高，這樣，主熱處理和副熱處理的熱處理效率就可以得到平衡，從而可以提高整個(gè)系統(tǒng)的加熱效率。副熱處理裝置2的數(shù)目可以按照主熱處理和副熱處理之間的熱處理效率差來選擇，可以是能夠使兩種處理間得到平衡的任何數(shù)目。在上述實(shí)施例中，只設(shè)置了一個(gè)主熱處理裝置1，但是，多個(gè)這種裝置也可以并聯(lián)地設(shè)置，然后借助多個(gè)副熱處理裝置2進(jìn)行平衡(在這種情形中，副熱處理裝置2的數(shù)目大于主熱處理裝置1的數(shù)目)。
另外，由于在副熱處理裝置2中進(jìn)行的高頻加熱理論上引起極小的熱變形，而且由于在加熱過程之后的淬火是作為壓模淬火進(jìn)行的，因而部件的熱變形很小，能以低成本產(chǎn)生高水平的尺寸精度，甚至對(duì)于薄壁部件如滾珠軸承的外圈和內(nèi)圈或?qū)τ诤穸茸兓牟考珏F形滾柱軸承的外圈41或內(nèi)圈42也能夠取得有利的尺寸精度水平。因此，可以改善軸承部件的質(zhì)量，這就是說，能夠以良好的穩(wěn)定性獲得有利的軸承性能。
另外，感應(yīng)加熱還可提供附加優(yōu)點(diǎn)，例如，在逐件進(jìn)行的基礎(chǔ)上均勻一致地加熱各個(gè)結(jié)構(gòu)部件的能力、進(jìn)行局部加熱及自由確定硬化層厚度的能力和借助迅速加熱和迅速冷卻通過表面殘余壓應(yīng)力提高疲勞強(qiáng)度的能力，因而可進(jìn)一步降低軸承部件的成本，以及進(jìn)一步提高質(zhì)量和對(duì)于滾動(dòng)疲勞的使用壽命。
在對(duì)每個(gè)實(shí)施例的上述說明中，軸承部件被用作承受熱處理的目標(biāo)物品的實(shí)例，但是，本發(fā)明并不局限于軸承部件，而是可以應(yīng)用于需要對(duì)于滾動(dòng)疲勞的有利的使用壽命或優(yōu)良的耐破裂性能的各種機(jī)械部件，例如，恒速萬向節(jié)的結(jié)構(gòu)部件或者甚至是一般的鋼部件。
另外，在每個(gè)上述實(shí)施例中詳述的主加熱溫度T1、副加熱溫度T2和回火溫度T3的值是在軸承鋼SUJ2用作鋼材料的情形中的值。取決于所使用的鋼材料的性質(zhì)，這些值T1，T2和T3可以不同于上面提到的數(shù)值。
權(quán)利要求
1.一種熱處理系統(tǒng)，它包括一個(gè)主熱處理裝置，用于在超過A1變換點(diǎn)的溫度下加熱一鋼部件，然后，將該部件冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度，從而在該部件表面形成一個(gè)富氮層；以及一個(gè)副熱處理裝置，用于在超過A1變換點(diǎn)的溫度下加熱已經(jīng)受主熱處理的鋼部件，然后，將該部件冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度，其中副熱處理裝置包括一個(gè)感應(yīng)加熱器，并且在副熱處理裝置內(nèi)的冷卻之后借助感應(yīng)加熱進(jìn)行回火。
2.一種熱處理系統(tǒng)，它包括一個(gè)主處理裝置，用于在超過A1變換點(diǎn)的主加熱溫度下加熱一鋼部件，然后將該部件冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度，從而在該部件的表面層形成一個(gè)富氮層；以及一個(gè)副處理裝置，用于在超過A1變換點(diǎn)的副加熱溫度下加熱已經(jīng)承受了主處理裝置的熱處理的鋼部件，然后將該部件冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度。
3.如權(quán)利要求2所述的熱處理系統(tǒng)，其特征在于所述主處理裝置包括一個(gè)用于進(jìn)行氣體碳氮共滲的加熱器。
4.如權(quán)利要求2或3所述的熱處理系統(tǒng)，其特征在于在副處理裝置內(nèi)進(jìn)行壓模淬火。
5.一種熱處理系統(tǒng)，它包括一個(gè)主熱處理裝置，用于在超過A1變換點(diǎn)的溫度下加熱一鋼部件，然后將該部件冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度，從而在該部件的表面形成一個(gè)富氮層；以及一個(gè)副熱處理裝置，用于在超過A1變換點(diǎn)的溫度下加熱已經(jīng)承受了主熱處理的鋼部件，然后將該部件冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度，其中感應(yīng)加熱在副熱處理裝置中進(jìn)行，承受感應(yīng)加熱的鋼部件的溫度被檢測，在以檢測到的溫度值為基礎(chǔ)的反饋控制下操縱感應(yīng)加熱器。
6.如權(quán)利要求5所述的熱處理系統(tǒng)，其特征在于承受感應(yīng)加熱的鋼部件的溫度是使用非接觸式溫度傳感器檢測的。
7.一種熱處理系統(tǒng)，它包括一個(gè)主熱處理裝置，用于在超過A1變換點(diǎn)的溫度下加熱一鋼部件，然后將該部件冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度，從而在該部件的表面形成一個(gè)富氮層；以及一個(gè)副熱處理裝置，用于在超過A1變換點(diǎn)溫度下加熱已經(jīng)承受了主熱處理的鋼部件，然后將該部件冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度，其中副熱處理裝置進(jìn)行感應(yīng)加熱和壓模淬火。
8.一種熱處理系統(tǒng)，它包括一個(gè)主熱處理裝置，用于在超過A1變換點(diǎn)的溫度下加熱一鋼部件，然后將該部件冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度，從而在該部件的表面形成一個(gè)富氮層；以及副熱處理裝置，用于在超過A1變換點(diǎn)的溫度下加熱已經(jīng)承受了主熱處理的鋼部件，然后將該部件冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度，其中多個(gè)副熱處理裝置并聯(lián)地設(shè)置。
9.如權(quán)利要求8所述的熱處理系統(tǒng)，其特征在于感應(yīng)加熱在每個(gè)副熱處理裝置中進(jìn)行。
10.如權(quán)利要求8或9所述的熱處理系統(tǒng)，其特征在于壓模淬火在每個(gè)副熱處理裝置中進(jìn)行。
11.如權(quán)利要求1、5、7或8中任一項(xiàng)所述的熱處理系統(tǒng)，其特征在于氣體碳氮共滲在主熱處理裝置中進(jìn)行。
全文摘要
一富氮層在主熱處理中形成，淬火在副熱處理中進(jìn)行，使熱處理效率在整個(gè)系統(tǒng)中提高。在主熱處理裝置(1)中，軸承部件在加熱器(11)中在超過A1變換點(diǎn)的溫度下被加熱，然后在冷卻器(12)中被冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度，從而在部件表面形成富氮層。然后在副熱處理裝置(2)的加熱器(21)中使已承受主熱處理的軸承部件在超過A1變換點(diǎn)的溫度下承受高頻加熱，然后在冷卻器(22)中被冷卻至低于A1變換點(diǎn)的溫度。在被冷卻器(22)冷卻后，使用高頻加熱使部件回火。
文檔編號(hào)C22C38/00GK1852996SQ20048002696
公開日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2004年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月8日
發(fā)明者中島碩一, 前田喜久男 申請(qǐng)人:Ntn株式會(huì)社