对于小、微型精密轴承来说，原材料的化学成分、原始组织、机加工水平、热处理工艺，以及加工设备均有可能极大地影响轴承的使用寿命。本文主要从真空热处理工艺和设备方面谈一下个人的看法，不妥之处敬请批评指正。
真空热处理的发展概况
1968年前后，美国公司和日本真空研究所研制出了真空淬火油和水剂淬火剂，轴承钢的热处理开始采用真空热处理，而真空技术在热处理行业也得到迅速发展。从单室炉发展到多室组合机群，从一般真空热处理发展到高压气淬、真空水剂淬火、真空渗碳、真空碳氮共渗及多元共渗等。经过几十年的努力，国内真空炉的制作质量和水平也得到了很大提高，降低了使用单位的生产成本，真空热处理的应用范围迅速扩大。
目前，真空热处理已经在各种工具钢、不锈钢、高速钢、轴承钢及所有的碳钢和合金钢等重要零件的热处理上得到应用。
真空热处理的优点
（1）可以实现光亮热处理。工件在低于大气压的压力下加热时，不接触空气，不发生表面变化。将炉内抽真空到0.1～1Pa时，工件内的杂质含量可以降低到1.5ppm（1ppm=0.0001%），所以工件实现了清洁光亮淬火的目的。
（2）工件真空淬火后畸变小。如外径65mm，壁厚2mm的9Cr18向心轴承套圈，经真空淬火后，其椭圆度较普通热处理减小到1/8～1/9。
（3）具有脱气作用，提高被处理工件的力学性能和使用寿命。因为钢铁在冶炼时会吸气（H2、N2、CO等），从而产生微小气孔和氢脆，用真空技术可以将工件内的水分等不纯气体抽掉，使工件表面清洁光亮，不易发生氢脆。且因表面质量得到改善，工件耐磨性提高，其使用寿命可以提高30%～120%。
（4）可以减少热处理后的机加工余量。真空热处理后没有氧化脱碳现象，畸变很小，所以热处理后可以减少加工甚至免去机加工。
（5）分解氧化物。当真空度低于金属或合金的相应氧化物的分解压力时，其氧化物会发生分解，形成游离氧排出，使工件表面质量进一步提高，可活化工件表面。
（6）操作环境清洁，操作自动简便，属无公害、无污染的清洁热处理。
生产案例
小、微型精密轴承的主要失效形式是磨损及疲劳损坏，因此需要工件具有均匀的硬度，高的耐磨性、弹性极限和接触疲劳强度，足够的淬透性和韧性，以及微小的畸变。
我公司生产的小、微型轴承材质为国产GCr15，轴承外圈直径4～50mm，厚0.2～1.5mm，内圈直径3～45mm，厚0.5～1.5mm，淬火硬度≥63HRC，金相组织符合JB/T 1255—2001《高碳铬轴承钢滾动轴承热处理技术条件》中规定的2级隐晶或细小结晶状马氏体，均匀分布的细小残留碳化物和少量残留奥氏体。同一炉产品的硬度差≤1HRC，畸变≤0.01mm。对于精密轴承来说，其质量稳定性非常重要，其中热处理起着很关键的作用，为此工艺装备和工艺的确定显得格外的重要。
为此，我们选择了北京机电研究所生产的WZC－45卧式双室油气淬真空炉，真空淬火油和回火油选择了南京科润工业介质有限公司的KR368真空淬火油和KR 535回火油。从2005年使用至今，两个单位供应的产品质量良好，性能稳定，售后服务品质高。
（1）WZC—45双室油气淬火炉
该炉加热功率60kW,炉膛加热室尺寸为450mm×670mm×350mm，额定装炉量120kg，最高工作温度1300℃，炉温均匀性±5℃，加热室极限真空度6.6×10-3～6.6Pa，压升率0.66Pa/h，淬火充气压力8.7×104Pa。这种炉型适合于小、微型轴承的淬火。
为保证轴承套圈的淬火质量和产量，在淬火料筐内放三层料盘，根据不同型号的轴承套圈，每炉产量为40～70kg。由于真空加热的速度比较慢，真空加热时间是盐炉的4～6倍，空气炉的1.5～2倍，所以要进行预热，使每层料盘上的套圈温度能均匀。将预热温度设在700℃，从室温升到700℃的加热时间45min，在700℃保温40min，真空度为40Pa；然后经15min升温至835～845℃进行保温50～90min（根据型号确定相应的淬火温度和保温时间），真空度为0.1Pa。对于轴承钢而言，在900℃以下加热，真空度越高，脱气效果越好，表面越亮；但真空度也不能太高，否则会造成脱铬，产品发生粘接，影响轴承的使用寿命。
（2）淬火冷却介质
对于小、微型轴承，采用真空淬火时，其冷却介质需要用真空淬火油，且真空淬火油必须满足以下条件：
①蒸气压较低，一般在10-2～10-4Pa，以确保在10-1～10Pa真空度条件下，真空淬火油不会产生明显挥发。
②杂质与残碳少，酸值低。零件真空淬火后的表面光亮度应不低于标准试样的70%。
③临界压强低，冷却性能好。零件真空淬火后的硬度要均匀，达到常压淬火硬度或更高。
④热稳定性好，即抗老化性能好，使用寿命长。
通过市场调研，我公司选择了南京科润工业介质生产的KR368真空淬火油，此真空淬火油能满足产品的技术要求，具有光亮性好、易清洗、油的带耗少、易抽真空，以及热氧化而温度性好等特点，所淬工件硬度均匀，畸变小。多年来油品质量稳定，使用寿命长，从2005年使用至今没有整槽更换过新的淬火油，在正常消耗的情况之下，仅正常补充新油而已。
我公司严格按照操作规程，在新油投入使用时进行脱气处理，真空油的使用温度控制在70～80℃。在加热结束准备淬火时，料筐从加热室进入淬火室时须立即关闭热闸门，并对加热室进行继续抽真空，以保证加热室的真空度始终高于淬火室，使两室之间具有良好的隔热密封状态。淬火时油槽应充入4～6.7×104Pa的高纯氮气（99.999%），以保持油面压强，抑制淬火油的挥发，降低淬火室油雾浓度。轴承套圈冷透后，出油槽沥干残油，并对淬火室抽真空，除去油雾气，打开炉门出工件，停炉后加热室应保持真空状态（3.99×104Pa），防止空气或者水分进入。当加热室温度小于300℃，淬火室再进行抽真空脱气；当加热室温度降到250℃以下就可以切断水、气和电源了。
（3）油浴回火炉
能循环流动的油浴回火炉是为了确保小、微型精密轴承套圈的淬火应力消除充分，尺寸稳定性好，硬度均匀，不会导致成品装配后因回火不充分而发生畸变。对回火油的要求是闪点高、油烟小、热氧化稳定性好，以及使用寿命长。
作者：胡正贵
单位：上海鸣志精密轴承制造有限公司
来源：《金属加工（热加工）》杂志
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