轴承钢温挤压工艺优化方案

轴承钢广泛地应用于机械制造工业，特别是轴承圈作为基础元件，需要量越来越大。目前，轴承圈直径≤φ140mm的均可采用温挤压（有的还可用冷挤压）成形工艺进行生产。特别是轴承圈的温挤压，与热锻相比，同样具有变形抗力低、塑性好的优点，且由于加热温度低，不产生过热、过烧、氧化、脱碳等毛病，尺寸精度高，产品质量好，可与冷挤压成形产品相媲美。

1.轴承钢的变形抗力与温度的关系

轴承钢在各变形温度时的变形抗力如图7-38所示。在450℃左右出现蓝脆区。当变形程度ε=70%时，应变速率ε由1.5s^-1提高到40s^-1时，变形抗力有所提高。

图7-37 38CrA钢的强度-温度关系曲线

1—材料未经过软化处理 2—材料经过软化处理

图7-38 GCr15钢在各种温度时的变形抗力

轴承钢GCr15在温挤压加工温度范围内的抗拉强度和塑性指标如表7-20所示。如温度为725℃时，抗拉强度R_m=177.8MPa，而在614℃时，R_m=547MPa。变形温度仅仅提高100℃，而抗拉强度R_m降低了2/3左右。塑性指标A和Z值同样有所提高，A值提高40.8%，Z值的提高39.1%。当温挤压温度提高到835℃时，抗拉强度将进一步降低到112MPa，塑性指标A值达79.4%，而Z值高达99.4%左右。

2.轴承钢GCr15温挤压温度的合理范围

如上所述，GCr15钢蓝脆区在450℃左右。变形温度高于蓝脆区后，随着温度的提高，变形抗力不断下降，而且在600～700℃之间，下降剧烈。轴承钢GCr15的相变区约在735℃左右开始。因此，高于750℃以后，变形后在空气中冷却，将形成索氏体组织，碳化物积聚，原始的球化组织被破坏，使挤压件硬度提高，不利于后续机械加工工序的进行。所以一般温挤压轴承套圈的温度常选在（700±20）℃左右。在此温度区间进行温挤压，挤压件可保持表面光滑，无新的脱碳层出现。变形后，原材料的脱碳层有变薄趋势。由于在低于相变点加工，挤压件硬度一般仅增加5%～12%，对后续加工无影响，同时也为热处理准备了好的原始组织。

表7-20 轴承钢GCr15在温挤压加工温度范围内的抗拉强度及塑性指标

(www.xing528.com)

图7-39 轴承圈温挤压成形方案

GCr15轴承钢温挤压后直接进行机械加工和热处理时，温挤压前应采用球化退火处理。对组织已符合国家标准的毛坯（球化的）可不必再进行球化退火处理。

3.轴承套圈的温挤压工艺方案

轴承钢棒料经冷剪切下料，然后进行镦饼压缩（冷态或温态），继而进行温挤压成形工艺，目前共有六种成形方案，如图7-39所示。第Ⅰ种为单圈反挤压成形，模具结构简单，反挤压后经冲底，即可供后续加工。但变形力较高，700℃左右温挤压，单位挤压力高达1400～1600MPa，这是几种成形方案中挤压力最高的一种，而与室温冷挤压成形相比，单位挤压力降低了一半以上。第Ⅱ种为杯-杯型复合挤压成形方案，工厂称之为“塔形”成形工艺。这种成形方案同时可以生产一套轴承圈毛坯，生产率高，单位挤压力较低（p=1100～1200MPa），目前国内外应用较多。第Ⅲ种为杯-杆型复合挤压成形方案，单位挤压力最低只有600～800MPa。对于设备能力不足，温挤压外圈时可以采用，挤压后分离下部实心部分，它可以不经再次退火能直接进行冷挤压或温挤压内圈。第Ⅳ种是双圈复合挤压成形方案，在生产上虽未见采用，但实际上是可行的。该方案经实际测定挤压力较小，同时可以成形两个轴承圈，废料仅是一个底部，所以材料利用率较高。第Ⅴ种成形方案，由于前端心轴容易损坏，因此，温挤压成形时用得不多。第Ⅵ种成形方案，是目前国外已经在生产中使用的一种方案。由于是空心正挤压和复合挤压，可降低单位挤压力，对减少能量消耗，提高模具寿命是有利的。

目前轴承套圈温挤成形用得较多的是第Ⅰ种单圈反挤压及第Ⅱ种杯-杯复合挤压成形工艺，其具体工艺过程分别如表7-21及表7-22所示。

表7-21 轴承圈单圈温（反）挤压工艺过程

（续）

表7-22 204轴承圈塔形温挤压工艺过程

（续）