低温离子渗硫表面处理对满装滚子轴承寿命的影响

2012-07-24王劲松董玉雪毛玉红张晶石姣姚艳书

轴承 2012年1期

王劲松，董玉雪，毛玉红，张晶，石姣，姚艳书

(瓦房店轴承集团公司技术中心，辽宁瓦房店 116300)

满装滚子轴承由于没有保持架，滚动表面的接触面积较大，润滑条件差，使用过程中表面易产生磨损、烧伤，轴承易发生早期疲劳，使用寿命较低。为提高满装滚子轴承寿命，通过对其进行低温离子渗硫表面处理，以便获得良好的减摩抗咬合性能。

1 低温离子渗硫表面处理工艺

低温离子渗硫表面处理原理为：将待渗硫的干净零件放在低真空容器内的阴极板上(载物台)，将低真空容器的外壳接阳极，在低真空容器内通入含硫气体，由脉冲电源在阴阳极两端加高电压，当电压达到某一数值时，硫气氛在电场作用下电离成硫离子，运动到阴极附近时受极压作用而加速，被加速的硫离子轰击金属表面，与铁原子发生反应形成3～30 μm的FeS渗硫层[1]。

FeS膜具有低剪切强度(即低干摩擦系数)和高熔点(1 100 ℃)，是优良的固体润滑剂。其有大量微孔，可贮存润滑油，易形成稳定的油膜，使油膜的耐压能力提高2～3倍，防止摩擦副之间的直接接触。在载荷作用下，软质渗硫层易发生塑性变形，不但具有很低的摩擦系数(渗硫后的摩擦系数可降低20%～40%)，而且增加了承载面的实际接触面积，从而降低了摩擦副的摩擦力，有效减少了摩擦热[2]。

低温离子渗硫工艺如图1 所示。低温离子渗硫在低温离子渗硫炉中进行。渗硫过程中，套圈与滚子(非套装)放在密闭加热炉中，套圈采用摞摆的方式。加热、保温及冷却期间均保证炉内为真空状态。

图1 低温离子渗硫工艺

2 试验用轴承及试验条件

取GCr15钢制NUP311NRV/C3轴承8套，将其中4套(编号为1#～4#)按图1工艺进行低温离子渗硫表面处理，另外4套(编号为5#～8#)不处理。

3 试验结果

3.1 渗硫层深度测量及组织分析

在光学显微镜下观察发现，轴承试样表面形成渗硫层，其厚度为5 μm。轴承滚道低温离子渗硫后的金相照片如图2所示。

图2 轴承渗硫后金相组织(500×)

3.2 渗硫处理前后的性能对比

低温离子渗硫表面处理后的轴承经浸油后包装发货，所以渗硫处理为轴承的最终处理，要求轴承的尺寸、圆度、圆柱度、表面粗糙度、硬度、金相组织保持不变。为此将渗硫前后的轴承进行对比(表1、表2)，以便检验低温离子渗硫表面处理后的轴承能否达到成品轴承的要求，从而证明低温离子渗硫表面处理技术可以用于轴承。

表1 渗硫处理前后的内、外圈滚道尺寸偏差、圆度、圆柱度等对比 μm

表2 渗硫处理前后1#轴承的硬度、淬火组织对比

4 疲劳寿命对比试验

将低温离子渗硫处理与未渗硫处理的NUP311NRV/C3轴承各4套分别在2台ABLT-1型试验机上进行完全寿命试验，为避免互相影响，每台试验机安装2套被测轴承，2种轴承均独立安装。因试验机无法自动变速，故采用恒定转速。为了防止轴承在启动瞬间产生严重磨损和烧伤，1#，2#，5#，6#轴承载荷由低到高由人工手动逐渐增加到试验条件。3#，4#，7#，8#轴承直接加载至试验载荷条件下试验。试验过程中由计算机自动监控轴承的运转情况，直至轴承疲劳失效。试验结果见表3，轴承疲劳失效状态如图3～图6所示。