轴承表面处理强化技术

轴承零件工作表面和心部在状态、结构和性能要求方面是有较大的差别的, 而整体热处理往往使二着不能兼顾, 材料的潜力也得不到充分发挥。应用材料表面强化技术不仅可以较好地解决表面和心部在结构和要求方面的差异, 而且还可以进一步使表面获得某些特殊的工作性能, 以满足在特定条件下工作的轴承对工作表面性能的要求。这在现代化科学技术发展中是非常有意义的。

传统的表面强化方法，工艺上属于热处理的范畴。而近代发展起来的激光、电子束、离子束等表面强化方法，不仅将一些高新技术应用于材料的表面强化，而且在工艺上已经超出了传统的热处理范畴，形成了新的技术领域。因此现在的表面强化技术可以从不同的角度形成多种分类方法，按表层强化技术的物理化学过程进行分类，大致可分为五大类：表面变形强化、表面热处理强化、化学热处理强化、表面冶金强化、表面薄膜强化。

1. 表面变形强化

通过机械的方法使金属表面层发生塑性变形，从而形成高硬度和高强度的硬化层，这种表面强化方法称为表面变形强化，也称为加工硬化。包括喷丸、喷砂、冷挤压、滚压、冷碾和冲击、爆炸冲击强化等。这些方法的特点是：强化层位错密度增高，亚晶结构细化，从而使其硬度和强度提高，表面粗糙度值减小，能显著提高零件的表面疲劳强度和降低疲劳缺口的敏感性。这种强化方法工艺简单、效果显著，硬化层和基体之间不存在明显的界限，结构连贯，不易在使用中脱落。其多数方法已在轴承工业中得到应用：滚动体的表面撞击强化就是这类方法的应用，精密碾压已成为新的套圈加工和强化方法。

2. 表面热处理强化

利用固态相变，通过快速加热的方法对零件的表面层进行淬火处理称为表面热处理，俗称表面淬火。包括火焰加热淬火、高 (中) 频感应加热淬火、激光加热或电子束加热淬火等。这些方法的特点是：表面局部加热淬火，工件变形小；加热速度快，生产效率高；加热时间短，表面氧化脱碳很轻微。该方法特别是对提高承受一定冲击载荷的大型和特大型轴承零件的耐磨性和疲劳强度效果显著。

3. 化学热处理强化

利用某种元素的固态扩散渗入，来改变金属表面层的化学成分，以实现表面强化的方法称为化学热处理强化，也称之为扩散热处理。包括渗硼、渗金属、渗碳及碳氮共渗、渗氮及氮碳共渗、渗硫及硫氮碳共渗、渗铬、渗铝及铬铝硅共渗、石墨化渗层等等，种类繁多、特点各异。渗入元素或溶入基体金属形成固溶体，或与其他金属元素结合形成化合物。总之渗入元素即能改变表面层的化学成分，又可以得到不同的相结构。渗碳轴承钢零件的处理工艺和滚针轴承套的表面渗氮强化处理均属这一类强化方法。

4. 表面冶金强化

利用工件表面层金属的重新融化和凝固，以得到预期的成分或组织的表面强化处理技术称为表面冶金强化。包括表面自溶性合金或复合粉末涂层、表面融化结晶或非晶态处理、表面合金化等方法。特点是采用高能量密度的快速加热，将金属表面层或涂覆于金属表面的合金化材料熔化，随后靠自己冷却进行凝固以得到特殊结构或特定性能的强化层。这种特殊的结构或许是细化的晶体组织，也或许是过饱和相、亚稳相、甚至是非晶体组织，这取决于表面冶金的工艺参数和方法。

滚动轴承行业在微型轴承工作表面做过激光加热强化研究，效果良好。

5. 表面薄膜强化

应用物理的或化学的方法，在金属表面涂覆于基体材料性能不同的强化膜层，称为表面薄膜强化。它包括电镀、化学镀 (镀铬、镀镍、镀铜、镀银等) 以及复合镀、刷镀或转化处理等，也包括近年来发展较快的高新技术：如 CVD、PVD、P-CVD 等气相沉积薄膜强化方法和离子注入表面强化技术 (也称原子冶金技术) 等等。它们共同的特点是均能在工作表面形成特定性能的薄膜，以强化表面的耐磨性、耐疲劳、耐腐蚀和自润滑等性能。例如离子注入技术强化轴承工作表面，能使轴承工作表面的耐磨性、耐蚀性、和抗接触疲劳性能都得到显著提高，从而使轴承的使用寿命得到成倍的增长。