在網帶爐上處理GCr15軸承套圈時，當零件熱處理后硬度、金相組織、變形等均合格的情況下，如何使得套圈淬火后表面更易得到均勻的銀灰色？存在哪些影響因素，以及需要如何來調控這些因素以達到理想的淬火表面光亮性？筆者將以在多家軸承廠家進行熱處理光亮性調試過程為例，對影響軸承零件淬火表面光亮性的因素一一進行分析，以供大家參考。
一、套圈熱處理常見工況
軸承套圈熱處理的設備主要是網帶爐，與其淬火相關的主要結構組成如圖1所示，生產時的工況主要包括：熱處理設備、工藝、淬火油、熱處理零件等，不同廠家的工況也不盡相同，筆者走訪過的三家軸承企業熱處理工況的具體項目、初生產時的光亮性和調試后的零件表面光亮性如附表所示。
圖1 淬火網帶爐的組成
不同軸承廠家熱處理生產工況和套圈光亮性狀況
廠家 | A | B | C |
初生產時的光亮性 | 整體發黑 | 倒角發藍 | 局部發藍發黑 |
調試后的光亮性 | 灰色 | 銀灰色 | 銀灰色 |
氣氛發生方式 | 甲醇低溫裂解 | 甲醇滴注 | 甲醇低溫裂解 |
落料口結構 | 斜落料 | 直落料 | 直落料 |
淬火油 | 軸承專用淬火油KR468G | ||
爐內碳勢（%） | 0.5～0.7 | ||
熱處理典型工藝 | 825-835-835-825℃×48min | ||
熱處理零件 | GCr15軸承套圈，外徑60mm～150mm | ||
二、淬火光亮性影響因素分析
根據上述熱處理工況介紹，可從污物燒結或附著和表面氧化兩個本質原因來各自分析影響零件淬火后表面光亮性的工藝設備因素。
1.零件表面污物燒結或附著的影響因素
（1）零件淬火前的清洗情況
零件進淬火爐之前應設有清洗工序，以將零件表面機加工殘留的切削油、切削液、防銹劑或防銹油等液體殘留物清洗干凈，防止加熱時經高溫反應形成黑斑附著在零件表面，導致淬火時無法去除，影響淬火后表面光亮性；同時，良好的前清洗工藝還能將零件上附著的灰塵和污物等洗去，防止其在高溫下燒結，更牢固地附著在零件上，或淬火時落入淬火油中污染淬火油從而影響表面光亮性。
（2）淬火加熱爐的碳黑情況
淬火網帶爐使用維護中對光亮性影響極大的一個因素為是否定期燒炭。因為隨著爐子的連續生產使用，多多少少都會有一些甲醇裂解不充分和淬火油煙竄入爐膛的情況，使得爐膛內不斷積聚碳黑，時間一長碳黑過多必然導致零件在加熱時表面狀態即不好，淬火出來后表面光亮性也難以好轉。因此，淬火爐應按照設備維護要求定期對爐膛進行燒碳處理，以除去爐內碳黑，尤其是在零件淬火光亮性不好且網帶上碳黑較明顯的時候。
（3）排油煙裝置和落料斗結構
淬火油煙是影響套圈光亮性的一項重要因素，因為其既能附著在零件表面，影響光亮性，也具有一定的氧化性，能與套圈產生輕微的氧化反應影響光亮性。因此，這是一個兼具上述兩種原因的影響因素，必須嚴格控制。一般要求淬火網帶爐在其末端即落料口上方設置排油煙裝置，將落料斗里的油煙、廢氣等抽出爐體并通過火焰引燃。
網帶爐的落料斗常見形式有直落式和斜落式兩種：直落式適用于處理中小規格的軸承零件，斜落式適用于處理中大規格的軸承零件。從軸承光亮性角度分析，直落式明顯優于斜落式：因為斜落料的零件滑入淬火油后時會不可避免地濺起大量油珠落到落料板上，之后的零件在落料斗上滑過時端面會由于沾到這些淬火油而極易產生黑斑。而直落料結果則不存在該問題，且油幕簾能夠更好的將淬火油煙封住，防止其竄入爐膛，影響爐膛氣氛或附著套圈表面而造成套圈光亮性不佳。
直落料式的結構示意如圖2所示。
圖2 直落料落料斗結構示意
（4）淬火油的影響
淬火油也是影響軸承零件網帶爐淬火后表面光亮性的一個重要因素，其影響途徑主要為兩個：一是淬火油煙，二是淬火油中的雜質，也是一項兼具燒結附著和表面氧化兩項原因的影響因素。對淬火油一般關注兩點：一是淬火油本身的品質是否較好，二是淬火油的使用維護是否正常，油泥油渣是否過多。
第一，淬火油本身的品質。根據淬火油對零件淬火光亮性的影響途徑可知，對淬火油本身的品質的要求是：①閃點應盡量高且不易汽化，使得淬火時產生的油煙較少（前提是淬火油油溫設置正常）。②淬火油抗熱氧化安定性要好。因為網帶爐油槽中的淬火油是直接接觸空氣的，在炙熱零件的作用下，淬火油容易與空氣中的氧氣或零件帶入的氧化物發生作用。若淬火油抗熱氧化安定性差，淬火油極易老化，將產生大量的油泥等氧化物和老化物。一段時間后零件淬火時將有大量雜質懸浮物在零件表面積聚和沉淀，且難以清洗干凈，易導致零件淬火光亮性不佳。
眾所周知，淬火油中含有光亮劑成分，但人們普遍對光亮劑的作用認識不足，認為光亮劑越多，套圈的光亮性越好。其實光亮劑不是同普通的著色物質（如油漆、顏料）一樣，越多越濃效果就越好，其原理是淬火油中通過光亮劑的加入，降低了淬火油對零件表面的潤濕性，可阻止油中的雜質微粒附著在零件表面，類似分散劑的作用。
第二，淬火油中油泥油渣等雜質的多少。淬火油在熱處理生產應用過程中，需對其進行正確的使用和維護，否則也會由于維護不當使得其對零件的淬火光亮性造成不佳影響。應防止水分、粉塵和碳黑等雜質的進入，合理設置并確保淬火油油溫，定期對淬火油進行除碳除雜質等過濾清潔處理，確保淬火油中雜質較少，否則會導致零件在油中淬火冷卻時因油泥油渣附在表面，影響淬火光亮性。
2.零件表面氧化的影響因素
（1）淬火加熱爐的氣密性的影響
若密封性不好導致漏氣，使空氣進入爐內，氧化性氣體（主要是O2）使零件產生氧化，表面變成藍褐色或灰黑色。容易漏氣的情況如落料口區域密封不緊或密封墊老化、輻射管、碳勢儀、測溫熱電偶等周邊區域，漏氣較重時易于發現查找，而若是輕微漏氣，則需仔細排查方可發現問題。
（2）淬火加熱爐的使用維護
淬火加熱爐使用維護不當或出現故障時也有可能影響零件的淬火光亮性。如加熱爐的均溫風機因故障停轉，導致爐內溫度、氣氛不均勻；又如甲醇滴注口碳黑過多甚至堵塞，液體甲醇裂解不充分，導致爐膛內積炭過多；又或裂解氣流量過多，導致液體甲醇未經裂解就直接滴到零件表面產生軟點和黑斑，影響光亮性。
此外，冷爐升溫開爐時，需盡量將爐內的空氣排盡，即加大排氣量，且合理設置保護氣的進氣口，防止死角處的空氣難以排出。由于一般難以迅速將爐內空氣排盡，因此，軸承零件常在網帶爐連續生產一定時間后光亮性才逐漸好轉。
（3）淬火加熱工藝
淬火加熱工藝包含的參數較多，如各區加熱溫度、加熱時間、零件擺放方式、爐內氣氛選擇、碳勢設定、油溫設定以及其他設備參數的選用等。其中與光亮性關聯較大的參數主要為爐內氣氛和碳勢設定，下面主要就這兩項工藝參數進行分析：
第一，爐內氣氛。目前軸承零件采用網帶爐熱處理時的爐內氣氛最常見的是甲醇滴注或低溫裂解作為保護氣氛，其他的氣體發生方式如甲醇+丙烷或氮基氣體（氮氣或氮氣+甲醇裂解氣）。
甲醇作為發生氣時，保護氣氛受甲醇純度影響大，當其純度高、水分含量低時，零件易呈均勻的亮灰色，否則零件呈黑色、藍色，光亮性差。按照國家標準《GB 338-2011工業用甲醇》的規定，合格品的水分含量應≤0.2%（wt%），一等品的水分含量應≤0.15%（wt%）。
第二，碳勢設定。甲醇+丙烷作為發生氣時，甲醇為載氣，采用滴注或低溫裂解的方式通入爐膛，丙烷為富化氣。需要注意碳勢的設定和兩者的通入比例，氣氛碳勢過高和過低都不合適。
當溫度一定時，碳勢隨著氧化性氣氛CO2、H2O的增加而降低，隨著還原性氣氛H2、CH4、CO的增加而增加。因此制定熱處理工藝時碳勢設定不得過低；當然，過高的碳勢設定既浪費資源，又容易使得爐膛內造成大量積炭，對光亮性也不利。因此，根據GCr15材料成分和特性，考慮到其奧氏體的含碳量為0.6%左右，因此碳勢設定的較佳選擇是0.5%～0.7%。
