Ⅱ热处理
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３４・ 轴承技术 ２０１３年第１期
Ⅱ 热处理
［日］平野哲郎
要满足轴承性能要求，以淬火硬化为目的 的热处理是不可少的工序。热处理工序中所 消耗的能源占轴承制造工序总能耗的２５％左 右。在当今世界，迫切需要应对地球变暖为首 的环保问题，轴承的热处理工序也不例外，对 降低环境负担的要求非常严格。 对环境做出贡献，也就是节能，要求采取 的对策是：热处理工序的高效化；从整个工程 角度，以降低能耗为目的防止热处理变形的对 策。 本文围绕轴承典型的热处理方法及节能 这一关键问题，简要说明热处理的高效化与低 变形热处理技术。 １ 轴承的热处理方法 以淬火硬化为目的的轴承热处理种类有 多种，而多数情形下可大致分为整体淬火、渗 碳淬火、高频淬火，此外，还有碳氮共渗等。 整体淬火是最普通的轴承热处理工艺，材 料多数使用高碳铬轴承钢（ＳＵＪ２）。在热处理 炉中加热到８４０℃左右，并使球化退火所形成 的碳化物在基体中适度、均匀地固溶，进而淬 火冷却后，实施低温回火。通过未溶碳化物与 回火析出的碳化物，因获得均匀的析出组织， 可用于要求耐磨的轴承。 渗碳淬火是在热处理炉中将低碳合金钢 于９３０￣Ｃ左右保温，管理炉内的渗碳性气体，从 表面到内部使碳渗入扩散，进行淬火的热处 理，由于碳浓度的梯度，淬火后的表面硬化，因 内部比表面硬度低，用于要求耐冲击性的轴 承。 高频淬火是利用感应加热的热处理，主要 用于中碳钢，应用于形状复杂的汽车车轮用轴
承等，只硬化必要部位。
碳氮共渗是在渗碳性气体中添加５％左右
的氨，在表面层附近析出氮化物。考虑到奥氏
体中的碳与氮的溶解度差异，通常是在低于渗
碳温度牟７５０ｏＣ一８５０℃下进行处理，尤其是对
于在混人异物的环境下使用的轴承的长寿命
化最有效。
２热处理高效化（压缩渗碳时间）
在渗碳淬火处理中，尤其要求通过高效化
以实现节能，与整体淬火的处理时间相比，渗
碳淬火的处理时间长达前者的几倍到数十倍
（处理时间随着轴承尺寸不同而有差异，但大
尺寸轴承有时候要在炉中经过将近１００ｈ的处
理），因此消耗较多的能源，为降低能耗，缩短
渗碳时间是有待解决的一大课题。
气体渗碳广泛应用于批量生产。通常，按
照渗碳的机理，一般认为有２个阶段。在第１
阶段是由于渗碳气体与钢材的渗碳反应，碳向
钢材表面移动的阶段；第２阶段，渗碳气体与钢
材表面的碳势大致相等之后，钢材表面的碳向
内部扩散，表面碳势降低，由渗碳气体补充，要
缩短渗碳时间有必要提高第１，２阶段的速度。
使用普通的ＲＸ气体进行气体渗碳时，为
加速其第１阶段的渗碳，一般要加大渗碳气体
中ＣＯ，Ｈ 的分压力。近年来，正在着眼于改变
渗碳气体中所含ＣＯ，Ｈ：的分压，开发旨在提高
渗碳速度、压缩渗碳时间的技术。此外，作为
替代气体渗碳的渗碳工艺，通过在称为真空渗
碳的气氛中，使少量的碳化氢系气体直接与工
件接触，以进行渗碳，提高碳在钢表面的渗人
轴承技术 ２０１３年第１期 ・３５・
速度。
在碳扩散的第２阶段，由于碳的扩散依赖 于温度，通过提高渗碳温度，可以大幅度缩短 渗碳时间。不过，由于渗碳温度高，晶粒粗大 化等重要原因，会导致机械性能降低，所以，渗 碳温度存在不能超过晶粒粗化极限温度的问 题。要求开发可解决上述问题的材料。 从材料方面考虑，需开发新的材料，即容 易使碳渗人钢材表面的材料。此外，通过使用 高淬透性的材料，使有效硬化层深度加深，能 缩短渗碳时间，但由于材料价格高，有材料廉 价化的需求。 ３小变形热处理技术 热处理过程中会发生变形，热处理后的变 形量决定了后续磨削工序（图１）的磨削余量。 轴承的制造工序中，仅次于热处理能耗的是磨 削、组装工序，通过减小磨削余量，可压缩磨削 的循环时间，降低热处理变形关系到削减大量 能耗。 ｒ０・－・。一’，‘＿＿＿’＿’ｒ －－＿０＿’ｒ０－・。・－－’ ｌ坯料ｌ ｌ锻造Ｉ Ｉ车削Ｉ・Ｉ热处理Ｉ Ｉ磨刖Ｉ峥Ｉ组装Ｉ Ｉ－－＿＿＿－・＿＿一Ｉ－＿・・＿－－＿一－－・＿＿－＿－＿一－＿。－・＿．＿・＿＿＿．一Ｉ－－－－・－－＿－一●．＿－・＿－－＿＿一 图ｌ 轴承的普通制造工序 以轴承钢热处理时的尺寸变化（图２）为 例，随着加热时的温升，发生热膨胀与奥氏体 化，并在冷却时产生热收缩，马氏体相变时产 生热处理变形。这样一来，热处理时有很多引 起尺寸变化的要素，由于该尺寸变化时产生偏 差，而发生热处理变形。该尺寸变化的偏差， 是加热、冷却时的温度偏差引起，均匀地加热、 冷却可降低热处理变形。 为此，防止热处理变形的对策有以下几 种：以降低加热时的温度不均匀为目的的多级 升温；以降低冷却时的温度不均匀为目的的多 级冷却、还有油种、油槽搅拌速度的最优化之 类的措施。近年来，也在采取下述对策：通过 模拟处理时油槽内的油液流动，进行分析，开 发形成均匀油液流动的油槽；通过改善热处理 夹具，能实现均匀加热、冷却。 此外，尤其在容易发生热处理变形的薄壁 轴承方面，根据热处理时温度与尺寸变化的关
系（图２）进行淬火（压模淬火）。如果是轴承
钢，经整体淬火引起的相变导致尺寸膨胀，在
Ｍｓ点之后，约束外径侧，并用压力机一边控制
工件上下方向，一边完成淬火。由于渗碳淬火
完成后尺寸几乎没有改变，淬火过程中发生热
收缩，一边用压力机控制并约束内径侧，一边
实施淬火，进而大幅度地降低热处理变形（图
３）。
尺寸
图２热处理时温度与尺寸变化
件外径缄宴 耋枣 裤 函 工件
外径约柬淬火（轴承钢） 内径约束淬火（漆碳）
图３、约束淬火方法
这样一来，在热处理的尺寸变化时，利用
该变化进行约束淬火是降低热处理变形的有
效对策之一。轴承并不像齿轮那样形状复杂，
由于形状简单，一直在实施约束淬火，不过，约
束淬火的热处理成本比普通热处理费用高是
有待解决的问题。
因此，今后，追根溯源，有必要开发出不产
生热处理变形的热处理技术，作为致力于研究
的一项工作，是针对影响钢材变形的因素，采
取适当的对策，例如，减少材料偏析，在不进行
锻造工序时，降低材料的残余应力等。
４结束语
上文已阐述了轴承的典型热处理方法，与
以节能为目的的高效化与低变形热处理技术，
但为了适应减轻环境负担的要求，热处理工序
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３６・ 轴承技术 ２０１３年第１期
方面发挥更大作用，进一步提高技术水平是不 低成本化。
可缺少的，有必要以节能为核心，进一步实现
Ⅲ 轴承磨削加工
（日］嫌村有宏
磨削一词包含磨削、超精加工、研磨、滚筒 窜光等，而下面将阐述关于轴承的磨削、超精 密加工及最近的技术动向 １ 轴承的磨削、超精加工工序 图Ｉ为普通球轴承外圈与内圈的磨削、超 精加工工序的实例。 经塑性加工及切削加工，完成成形加工的 工件，实施热处理之后，首先，用双端面磨床磨
削基准端面。然后用纵向进给贯穿无心磨床
磨削外圈外径面，可连续加工。
之后，以外圈端面外径为基准，进行外圈
沟道磨削和超精。同样，内圈要进行内沟磨
削、内径面磨削、内沟超精。然后提交给装配、
检查工作。
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沟道的超精加工以确保衰面枢艟度。
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图１球轴承的磨削、超精加工工序实例
１．１ 平面磨削 本工作法是用无心磨床导轮及托板与砂轮３点
本工艺是用双端面磨床磨削内、外圈的两 支承外圈，用导轮一边旋转外圈，一边用砂轮
端面。双端面磨削是按规定的间隔、正确校准 磨削。由于并不具备用卡盘加工如此的工件
并装配两块砂轮，使套圈通过两砂轮之间，以 旋转中心，所以称为无心磨削，图２表示其结
规定的尺寸与平行度精磨两端面，能实现连续 构。
的高效率加工。 通过正确地设置磨削点、托板支承点及导
１．２ 纵向进给贯穿无心磨 轮支承点的角度，以支承磨削面进行加工。开
用纵向进给贯穿无心磨床磨削外圈外径。 始加工时，形成粗磨的精度，逐步地修正外圈
蕊一
一磨 面 ， ～径ｎ 二
一髓 二 蕊
