一种用于测定淬火油对轴承钢变形影响的试样及其方法

技术领域

本发明涉及热处理领域，具体涉及一种用于测定淬火油对轴承钢变形影响的试样及其方法。

背景技术

轴承是用于支撑机械旋转体以降低其运动过程中摩擦系数的重要机械零部件，因此对于轴承的机械性能要求较高，尤其对于用于特殊环境下的轴承其机械性能要求更高。轴承钢的淬火工艺是其热处理工艺中非常重要的一个环节，其改变金属内部金相组织提升金属材质的机械性能，为了获得理想的机械性能，工作人员需要选择合适的淬火油，此外淬火油由于热降解、污染及带出等原因在使用过程中的冷却性能都可能发生变化，因此在前期选择及后期使用过程中都需要对淬火油的冷却特性进行评价。

目前对于淬火油冷却特性曲线的测定方法是按照标准的实验方法进行测定，如GB/T30823-2014，但是即使用该方法测得的两款淬火油为相同特性曲线，但实际生产时经过这两款淬火油淬火后的轴承钢的变形情况却存在较大差异。因此需要设计一种更准确反应淬火油对轴承钢淬火变形影响的方法。

发明内容

本发明意在提供一种用于测定淬火油对轴承钢变形影响的试样及其方法，以更准确的评价淬火油对轴承钢淬火变形的影响。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于测定淬火油对轴承钢变形影响的试样，包括呈长方体的基板，基板的一表面沿其长度方向开设有淬火凹槽，所述基板的材料为无偏析的GCr15。

本方案的原理及优点是：为了更精确的评价淬火油对轴承钢淬火变形的影响，本申请特设计了一种专用试样，在该试样的一表面开设一淬火凹槽，使得该试样呈两面不对称结构，因此将该试样放入淬火油中冷却时，试样的开槽面与未开槽面的冷却速度不一样，开槽面的冷却速度更快，其先期热应力大，后期组织应力大；同时试样的开槽面与未开槽面的变形抗力也不一样，开槽面变形抗力小，未开槽面的变形抗力大。因此通过在试样的一表面设置淬火凹槽，更客观精准的反应淬火油对该形状的轴承钢的变形情况。

此外，设置淬火凹槽的另一目的是，在淬火时，淬火油在淬火凹槽中会形成紊流，使得试样各处的温度存在差异，加上试样本身的形状差异，导致不同位置换热系数不一样从而发生不同程度的变形。如此更加真实准确的反应轴承钢在淬火时的变形情况。

优选的，作为一种改进，该试样采用如下制备方法制得：将基板球化退火后，再在基板的表面开设淬火凹槽，然后去应力退火，得试样。

采用该制备方法制得的试样，可以最大限度的排除原材料偏析、组织、残余应力对变形的影响，以确保所测试样变形影响因素均源自于淬火油。

优选的，作为一种改进，所述基板的长宽比为10:0.9-1.1，通过上述设置将基板设计成该特定比例的细长型结构，以更准确的反应基板的形变情况从而更准确的评判淬火油的冷却特性，如果长宽比大于10:1.1，则该基板在淬火之前的加工工艺中易存在变形风险，如果长宽比小于10:0.9，则该基板在淬火后的变形情况不易反应出来。

优选的，作为一种改进，所述基板的长度为150mm-200mm，厚度为15mm-20mm。

优选的，作为一种改进，所述淬火凹槽的宽度为5mm-10mm，深度为5mm-10mm。该尺寸下的淬火凹槽在确保能将试样淬透的前提下，能更直观的将试样的微小形变现象展现出来。

一种用于测定淬火油对轴承钢变形影响的试样的使用方法，包括以下步骤：

S1、选择一淬火油，并将其加热到70℃-90℃；

S2、将权利要求1-4中任一试样加热至800℃-880℃并保温；

S3、再将保温好后的试样竖直淬入淬火油中5-10分钟后取出冷却至常温；

S4、对淬火后的试样的开槽面的平面度进行测定，并根据平面度的数据判定该淬火油对轴承钢淬火变形的影响。

本方案中，通过采用特定的试样及特定的测试方法后，仅需根据淬火后试样的变形数据便能直观且准确的判定出淬火油对轴承钢淬火变形的影响，极大程度降低了淬火工作人员的技能要求-分析淬火油对轴承淬火影响的技能要求。如此一方面便于工作人员更快更好的选择合适的淬火油，另一方面还有利于工作人员对于轴承钢变形原因的分析排查，并对热处理工艺进行调整，最终得到高质量的轴承工件。

优选的，作为一种改进，所述保温的时间为15min。该保温时间最理想，如果保温时间过长会出现应力去除的现象，裂纹无法体现，时间过短试样的中心温度无法达到。

附图说明

图1为本发明中试样的结构示意图。

图2为用于测量试样变形量的实验状态图。

图3为A淬火油的冷却特性曲线。

图4为B淬火油的冷却特性曲线。

图5为C淬火油的冷却特性曲线。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：基板1、淬火凹槽2、标块3。

实施例基本如附图1所示：一种用于测定淬火油对轴承钢变形影响的试样，包括呈长方体的基板1，基板1的上表面沿其长度方向开设有一条贯穿基板的淬火凹槽2，基板1的材料为无偏析的GCr15；

其中，基板1的长宽比为10:1；本实施例中，优选基板1的长度为150mm，宽度为15mm，厚度为15mm。该尺寸大小的基板1既能精确的反应基板1的形变情况，同时又能有效避免基板1在淬火前或淬火时由非淬火油的因素而导致的形变。此外该尺寸的基板能确保淬火时能完全淬透。

淬火凹槽2的长度为150mm，宽度为5mm，深度为5mm。

该试样的制备方法包括：基板1球化退火态，在基板1的上表面开设一贯穿基板1长度方向的淬火凹槽2，然后去应力退火，得试样。

轴承钢变形情况的测试方法：

S1、选择一淬火油，并将该淬火油加热到80℃；

S2、将试样加热至840℃后并保温15min；

S3、再将保温好后的试样竖直淬入淬火油中10分钟后取出冷却至常温；

S4、然后对淬火后的试样的开槽面的形变(平面度)进行测定，并根据变形量判定该淬火油对轴承钢淬火变形的影响，当试样的变形量小于0.1mm，则判定该淬火油对轴承钢淬火变形影响较小，可以淬火使用。

本方案中将试样竖直淬入淬火油中以避免试样因重力变形而对淬火油因素的变形造成干扰，同时避免因试样横断面冷却均匀性的变形而对淬火油因素的变形造成干扰。

实验

1、实验方法：

准备三种不同规格的淬火油并分别命名为A、B、C。

1)用传统方式检测

按照国标GB/T 30823-2014方法测定A、B、C三种淬火油的冷却特性曲线，具体如附图3-图5，其中：

图3对应A淬火油的冷却特性曲线；

图4对应B淬火油的冷却特性曲线；

图5对应C淬火油的冷却特性曲线；

2)使用本方案方法检测

使用本方法对A、B、C三种淬火油对试样变形的影响，测量淬火后的试样变形量，测量方式为：如图2所示，选择一块标块3(厚度为15.04mm)，将淬火后的试样放置在标块3上表面，且标块3的凹面朝上，用塞尺测量标块3底部至试样上表面最高点的总长度，然后用该总长度-(标块3厚度+淬火前试样厚度)＝变形量。

为了试验数据的准确性，对A、B、C三种淬火油均至少进行了3次试验。

A、B、C三种淬火油的变形量如表1：

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表1

2、三种淬火油对实际生产时产品的变形测试

1)测试方法：

将同批次三组，每组三个待淬火的轴承套圈(轴承套圈均为标准的圆)，分别放入A、B、C三种淬火油中进行淬火，在将轴承套圈放入淬火油中时需注意，同组中的三个轴承套圈并排下放，且轴承套圈的轴线应垂直于淬火油水平面。

2)记录各轴承套圈的变形情况，及测量形变数据

2.1轴承套圈的变形情况

从径向看：各轴承套圈均从淬火前标准的圆形变形为不同程度的椭圆形；

从轴向看：各轴承套圈均从淬火前标准的圆柱形变形为不同程度的锥形(即从轴向方向看，一端大一端小)；

2.2测量形变数据

测量淬火后轴承套圈的外径，与淬火前轴承套圈外径的差值，将其记为椭圆形变；

分别测量淬火后轴承套圈两端的外径，计算两端外径的差值，将其记为锥度形变；

具体形变数据如表2

表2

3、分析总结：

从表2中的实验数据可以看出，A、B、C三种淬火油对于轴承套圈的淬火变形影响的区别是非常大的，但是从图3、图4、图5中由传统方法测得的A、B、C三种淬火油的冷却特性曲线几乎相同，因此很难通过该方法来判断淬火油对产品的变形影响。

而通过本方法测得A、B、C三种淬火油对试样的变形数据(表1)，与实际生产时三种淬火油对轴承套圈的淬火变形数据(表2)是比较接近的，即通过表1中的数据就能推测出实际产品淬火出来后的变形情况，因此可以通过本方法测得的该数据非常直观且准确的判断出各种淬火油对产品的变形影响，从而选择出更准确的淬火油来进行淬火。

且在表1中，淬火后试样的变形量小于0.1mm的是A淬火油，因此可判定A淬火油对轴承套圈变形影响最小，属于本产品淬火的理想介质。而经B淬火油和C淬火油的试样变形量大于0.1mm，则不建议作为本产品的淬火介质；或者需要工作人员根据表1中对应的数据来对淬火油的配方、搅拌速度等进行精细化的调整，以满足本产品的淬火要求。

综上，相较于传统的测试方法，本方案极大程度降低了淬火工作人员的技能要求-分析淬火油对轴承淬火变形影响的技能要求。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。