對于小、微型精密軸承來說，原材料的化學成分、原始組織、機加工水平、熱處理工藝，以及加工設備均有可能極大地影響軸承的使用壽命。本文主要從真空熱處理工藝和設備方面談一下個人的看法，不妥之處敬請批評指正。
真空熱處理的發展概況
1968年前后，美國公司和日本真空研究所研制出了真空淬火油和水劑淬火劑，軸承鋼的熱處理開始采用真空熱處理，而真空技術在熱處理行業也得到迅速發展。從單室爐發展到多室組合機群，從一般真空熱處理發展到高壓氣淬、真空水劑淬火、真空滲碳、真空碳氮共滲及多元共滲等。經過幾十年的努力，國內真空爐的制作質量和水平也得到了很大提高，降低了使用單位的生產成本，真空熱處理的應用范圍迅速擴大。
目前，真空熱處理已經在各種工具鋼、不銹鋼、高速鋼、軸承鋼及所有的碳鋼和合金鋼等重要零件的熱處理上得到應用。
真空熱處理的優點
（1）可以實現光亮熱處理。工件在低于大氣壓的壓力下加熱時，不接觸空氣，不發生表面變化。將爐內抽真空到0.1～1Pa時，工件內的雜質含量可以降低到1.5ppm（1ppm=0.0001%），所以工件實現了清潔光亮淬火的目的。
（2）工件真空淬火后畸變小。如外徑65mm，壁厚2mm的9Cr18向心軸承套圈，經真空淬火后，其橢圓度較普通熱處理減小到1/8～1/9。
（3）具有脫氣作用，提高被處理工件的力學性能和使用壽命。因為鋼鐵在冶煉時會吸氣（H2、N2、CO等），從而產生微小氣孔和氫脆，用真空技術可以將工件內的水分等不純氣體抽掉，使工件表面清潔光亮，不易發生氫脆。且因表面質量得到改善，工件耐磨性提高，其使用壽命可以提高30%～120%。
（4）可以減少熱處理后的機加工余量。真空熱處理后沒有氧化脫碳現象，畸變很小，所以熱處理后可以減少加工甚至免去機加工。
（5）分解氧化物。當真空度低于金屬或合金的相應氧化物的分解壓力時，其氧化物會發生分解，形成游離氧排出，使工件表面質量進一步提高，可活化工件表面。
（6）操作環境清潔，操作自動簡便，屬無公害、無污染的清潔熱處理。
生產案例
小、微型精密軸承的主要失效形式是磨損及疲勞損壞，因此需要工件具有均勻的硬度，高的耐磨性、彈性極限和接觸疲勞強度，足夠的淬透性和韌性，以及微小的畸變。
我公司生產的小、微型軸承材質為國產GCr15，軸承外圈直徑4～50mm，厚0.2～1.5mm，內圈直徑3～45mm，厚0.5～1.5mm，淬火硬度≥63HRC，金相組織符合JB/T 1255—2001《高碳鉻軸承鋼滾動軸承熱處理技術條件》中規定的2級隱晶或細小結晶狀馬氏體，均勻分布的細小殘留碳化物和少量殘留奧氏體。同一爐產品的硬度差≤1HRC，畸變≤0.01mm。對于精密軸承來說，其質量穩定性非常重要，其中熱處理起著很關鍵的作用，為此工藝裝備和工藝的確定顯得格外的重要。
為此，我們選擇了北京機電研究所生產的WZC－45臥式雙室油氣淬真空爐，真空淬火油和回火油選擇了南京科潤工業介質有限公司的KR368真空淬火油和KR 535回火油。從2005年使用至今，兩個單位供應的產品質量良好，性能穩定，售后服務品質高。
（1）WZC—45雙室油氣淬火爐
該爐加熱功率60kW,爐膛加熱室尺寸為450mm×670mm×350mm，額定裝爐量120kg，最高工作溫度1300℃，爐溫均勻性±5℃，加熱室極限真空度6.6×10-3～6.6Pa，壓升率0.66Pa/h，淬火充氣壓力8.7×104Pa。這種爐型適合于小、微型軸承的淬火。
為保證軸承套圈的淬火質量和產量，在淬火料筐內放三層料盤，根據不同型號的軸承套圈，每爐產量為40～70kg。由于真空加熱的速度比較慢，真空加熱時間是鹽爐的4～6倍，空氣爐的1.5～2倍，所以要進行預熱，使每層料盤上的套圈溫度能均勻。將預熱溫度設在700℃，從室溫升到700℃的加熱時間45min，在700℃保溫40min，真空度為40Pa；然后經15min升溫至835～845℃進行保溫50～90min（根據型號確定相應的淬火溫度和保溫時間），真空度為0.1Pa。對于軸承鋼而言，在900℃以下加熱，真空度越高，脫氣效果越好，表面越亮；但真空度也不能太高，否則會造成脫鉻，產品發生粘接，影響軸承的使用壽命。
（2）淬火冷卻介質
對于小、微型軸承，采用真空淬火時，其冷卻介質需要用真空淬火油，且真空淬火油必須滿足以下條件：
①蒸氣壓較低，一般在10-2～10-4Pa，以確保在10-1～10Pa真空度條件下，真空淬火油不會產生明顯揮發。
②雜質與殘碳少，酸值低。零件真空淬火后的表面光亮度應不低于標準試樣的70%。
③臨界壓強低，冷卻性能好。零件真空淬火后的硬度要均勻，達到常壓淬火硬度或更高。
④熱穩定性好，即抗老化性能好，使用壽命長。
通過市場調研，我公司選擇了南京科潤工業介質生產的KR368真空淬火油，此真空淬火油能滿足產品的技術要求，具有光亮性好、易清洗、油的帶耗少、易抽真空，以及熱氧化而溫度性好等特點，所淬工件硬度均勻，畸變小。多年來油品質量穩定，使用壽命長，從2005年使用至今沒有整槽更換過新的淬火油，在正常消耗的情況之下，僅正常補充新油而已。
我公司嚴格按照操作規程，在新油投入使用時進行脫氣處理，真空油的使用溫度控制在70～80℃。在加熱結束準備淬火時，料筐從加熱室進入淬火室時須立即關閉熱閘門，并對加熱室進行繼續抽真空，以保證加熱室的真空度始終高于淬火室，使兩室之間具有良好的隔熱密封狀態。淬火時油槽應充入4～6.7×104Pa的高純氮氣（99.999%），以保持油面壓強，抑制淬火油的揮發，降低淬火室油霧濃度。軸承套圈冷透后，出油槽瀝干殘油，并對淬火室抽真空，除去油霧氣，打開爐門出工件，停爐后加熱室應保持真空狀態（3.99×104Pa），防止空氣或者水分進入。當加熱室溫度小于300℃，淬火室再進行抽真空脫氣；當加熱室溫度降到250℃以下就可以切斷水、氣和電源了。
（3）油浴回火爐
能循環流動的油浴回火爐是為了確保小、微型精密軸承套圈的淬火應力消除充分，尺寸穩定性好，硬度均勻，不會導致成品裝配后因回火不充分而發生畸變。對回火油的要求是閃點高、油煙小、熱氧化穩定性好，以及使用壽命長。
作者：胡正貴
單位：上海鳴志精密軸承制造有限公司
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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