轴承套圈管材冷挤压与棒料热锻的工艺对比

吴松林

(钱潮轴承有限公司 热处理分厂，杭州 311215)

中小型轴承批量生产中对加工质量和加工效率要求非常高，热锻和冷挤压是套圈毛坯制备的常用方法，热锻工艺存在氧化脱碳，锻件精度低，加工余量大等特点；冷挤压工艺为少切削工艺，挤压加工的套圈精度高，留量小，效率高[1]。下文对套圈管材的冷挤压成形工艺与棒料的热锻工艺进行对比分析。

1 工艺方法对比

管材冷挤压成形工艺为：管材切割成小件→抛丸→磷化→中和清洗→冷挤成形；棒料热锻成形工艺为：热轧棒料加热→落料→镦粗→热挤成形→切底→辗扩成形→退火。对比工艺过程可知：

(1)管材冷挤压工艺没有锻造高温加热，能耗低，污染少，降低了成本。

(2)管材冷挤压没有高温加热，基本不受热胀冷缩影响，套圈冷挤压尺寸比热锻造稳定，工艺设计时可考虑减少车加工留量。

(3)冷挤后的毛坯外形与冷挤模完全一致，产品的尺寸精度主要取决于冷挤模的尺寸精度，同一套冷挤模挤压出的产品尺寸偏差相比热锻产品要小很多。以32008X1WC外圈为例，其采用热锻和冷挤后外径圆度误差测量结果见表1。由表1可知，冷挤压产品的尺寸偏差较小，部分尺寸可以直接进行磨加工处理，不需进行车削加工。如圆锥滚子轴承冷挤件外圈外径面和内圈内径面，在管材内、外壁的脱贫碳和其他缺陷深度控制在较小范围内时，冷挤件可直接进行磨削加工，减少了加工留量。

表1 32008X1WC外圈冷挤件与热锻毛坯外径圆度误差抽检结果 mm

(4)热锻在1 000 ℃以上加工，锻件表层氧化脱碳层厚；而冷挤压没有加热过程，材料损耗少。

通过实际测算可知，冷挤产品车加工余量较热锻件减少30%～45%，大大提高了车加工的效率，成本也相应下降。

2 材料性能对比

2.1 断面流线

由材料理论可知，钢材的轧制方向(纵向)力学性能要高于横向[2]。分别选取管材冷挤压和棒材热锻的轴承套圈，平行于轴向切取试样，按照GB/T 18254—2002《高碳铬轴承钢》中关于低倍组织的试验方法，以50%的工业盐酸配比，加热到60～80 ℃，对试样热蚀25～40 min，取出清洗干净后，观察截面流线分布情况。冷挤和热锻试样的断面流线分别如图1、图2所示，由图可知，冷挤件没有明显改变材料的纤维方向，这是由于套圈通过管材冷挤成形，材料的纤维方向与套圈的工作面基本平行，车、磨加工不会大量切断材料纤维状态，从而提高了轴承的抗疲劳性能；热锻件的材料纤维在轴承工作面附近的流线不平行于工作面，较为杂乱，使得材料在纵向上的性能优势没有得到充分利用。

图1 冷挤件断面流线

图2 热锻件断面流线

2.2 奥氏体晶粒和热处理组织检测

选取管材冷挤件和棒材热锻件，对其轴向(纵向)剖切制样，采用饱和苦味酸水溶液加十二烷基苯磺酸钠，在90～100 ℃对试样进行热浸蚀。然后置于ZEISS-Axiovert 40 MAT金相显微镜上，依据GB/T 6394—2002《金属平均晶粒度测定方法》，放大500倍检测试样晶粒度，得到冷挤件的晶粒度为10级(图3)，热锻件的晶粒度为8级(图4)，冷挤件的晶粒更加细化。

图3 冷挤件的晶粒度

图4 热锻件的晶粒度

将同型号采用冷挤和热锻的套圈车工件在滚棒炉上按相同的工艺进行热处理，热处理工艺参数见表2。抽取热处理后的产品样件，经纵向线切割制样，用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，置于金相显微镜上，放大500倍观察，并依据JB/T 1255—2001《高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件》进行评定。得到冷挤件的淬火+低温回火后组织为3.0级(图5)，而热锻件的淬火+低温回火组织局部略大于4.0级(图6)，冷挤件的组织更加细化。

表2 冷挤和热锻套圈采用的热处理工艺

图5 冷挤件组织

图6 热锻件组织

2.3 轴承疲劳寿命

选取冷挤压工艺生产的圆锥滚子轴承LM11949/10，L44649/10和LM48548/10各8套，在ABLT-1A型试验机上进行疲劳寿命强化试验，试验结果见表3。由表3可知，3个型号轴承的疲劳寿命强化试验均达到了基本额定寿命L10的3倍以上，且均未失效，达到了试验要求。由此可知，冷挤压轴承的寿命与热锻工艺生产的轴承寿命水平相当。

表3 冷挤压轴承的疲劳寿命强化试验结果

3 结束语

管材冷挤压生产的轴承，在相同的热处理工艺下，其内部组织和晶粒度质量都明显优于热锻产品，能够获得理想的金属流线，充分利用了金属材料纵向的性能优势，而其疲劳强化寿命试验初步验证了寿命与热锻工艺生产的轴承相当，同时降低了轴承的生产成本，提高了生产效率。由于管材的内在质量对轴承的寿命至关重要，因此应选购优质轴承钢，严格控制管材生产质量。