淬火过程轴承零件尺寸变化分析

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自由淬、回火状态下的轴承零件尺寸变化之淬火过程轴承零件尺寸变化分析
　　零件在淬火时随着温度的降低首先是尺寸明显收缩，壁厚越小，收缩的程度越大，到达的最低点值越小。尺寸收缩到一定程度后，由于组织转变，尺寸开始涨大，我们称为尺寸反弹。零件厚度越小，反弹越明显，尺寸变化幅度越大。此实验结果揭示了不同厚度的套圈在相同温度加热，在相同冷却过程中尺寸变化趋势及变化过程。
　　同一规格的薄壁套圈采用不同加热温度保温后在油中淬火过程中的尺寸变化。加热温度高低不同，套圈在冷却过程中最小尺寸及尺寸变化规律是不同的。加热温度越高，冷却过程中尺寸达到的最低点越小，冷却后零件的尺寸越小。这是由于加热温度高时，奥氏体中碳的饱和程度增加，推迟了马氏体转变，即马氏体转变使套圈体积增长较晚，始于套圈冷却过程中尺寸较小时，它虽然冷却最终尺寸最小，但在组织转变时尺寸变化最大，所以零件内部应力最大。
　　零件在热处理过程中的尺寸变化主要取决于加热温度、零件的有效厚度，同时与冷却条件有关。轴承套圈在冷却过程中尺寸的变化受诸多不定因素的影响，大致可以归纳为如下：
　　总尺寸变化=ε马氏体+ε抑制收缩变形+ε奥氏体+ε抑制增长
　　ε马氏体：马氏体转变因比容的改变使套圈尺寸增大的分量。
　　ε抑制收缩变形：由于套圈表面生成马氏体，抑制心部奥氏体尺寸收缩变化的分量。
　　ε奥氏体：冷却状态下，由于奥氏体减少引起的尺寸变化分量。
　　ε抑制增长：马氏体转变不断增加而使截面强度增加时，抑制套圈内部马氏体转变尺寸增长的分量。
　　利用上述公式，可以解释套圈在淬火过程中的各种现象。
　　（1）零件在冷却强度大的水中冷却时，截面的温度差较大，平均温度高，其表层急速冷却，在形成马氏体时就开始阻碍套圈的热收缩，即发生在奥氏体因温度降低使尺寸收缩还较小、套圈直径较大时。并且此时奥氏体的强度低，不能抑制马氏体转变引起的尺寸增加，其马氏体转变使套圈尺寸增加的分量起主导作用，最终套圈的尺寸涨大量较大。
　　（2）在油中冷却时，零件内外温度差较小，表层马氏体组织转变抑制零件的热收缩，开始于其心部温度较低时，即尺寸增长是在套圈收缩到一定程度的情况下开始的，淬火后尺寸较小。采用旋转淬火机冷却时，加速了组织转变过程的热交换，表面马氏体强度增加，抑制套圈内部马氏体转变尺寸增长，最终套圈尺寸较普通淬火方式小，并在表层形成的拉应力较大。
　　这样看来，加热温度、零件有效厚度、冷却介质和操作方式对零件热处理后尺寸变化的影响基本解释清楚了。