CN102589740B - 一种大截面轴承内外圈锻件调质芯部温度变化的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了大截面轴承内外圈锻件调质芯部温度变化的测试方法，所述的方法按照如下的步骤进行操作：步骤一、由轴承内外圈锻件的内径面向外打盲孔，且盲孔深度大于或等于轴承内外圈锻件截面厚度的50％；步骤二、采用柔性热电偶并将其测量端插入盲孔中，再用填充物将柔性热电偶测量端与盲孔孔壁之间的间隙填满；步骤三、将柔性热电偶冷端接入无纸记录仪，再将轴承内外圈锻件装入调质炉中加热保温，然后将其浸入水剂淬火液中淬火降温，再进行回火处理，整个过程中的实时温度变化数据由无纸记录仪记录并生成轴承内外圈锻件芯部温度变化的曲线图。本发明所提供的一种轴承内外圈大截面锻件产品调质芯部温度变化的测试方法步骤简单，应用范围广阔。

Description

一种大截面轴承内外圈锻件调质芯部温度变化的测试方法

技术领域

本发明涉及一种轴承产品调质温度测试方法，更具体的说，本发明主要涉及一种大截面轴承内外圈锻件调质芯部温度变化的测试方法。

背景技术

随着我国能源战略的实施，国家对大型装备及风力发电机组越来越重视，而大型回转支承作为其关键零部件对其使用的可靠性起着举足轻重的作用。大型回转支承由于产品截面大，在调质过程很难完全淬透，为了使整个工件截面透热调质工艺顺利实施，常常过于保守的设置过多的加热及保温时间，造成了巨大的能源浪费。因此，精确的测量大截面产品的锻件加热及保温过程芯部温度变化情况有利于编制合理的调质工艺，而现有的大截面轴承产品，还局限在调质结束后通过剖开产品或者随炉试样来测试截面硬度梯度来间接衡量锻件芯部是否透热，取样和检测周期长，只能知道大概情况，而且无法知道芯部的准确温度，特别是淬火冷却过程中心部温度变化情况即工件“被”冷却的速度是否足够，因此有必要针对这些缺陷做出进一步的改进。

发明内容

本发明的目的之一在于解决上述不足，提供一种直接作用于轴承本身的一种大截面轴承内外圈锻件调质芯部温度变化的测试方法。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明所提供的一种大截面轴承内外圈锻件调质芯部温度变化的测试方法，所述的方法按照如下的步骤进行操作：

步骤一、由轴承内外圈锻件的内径面向外打盲孔，且盲孔深度大于或等于轴承内外圈锻件截面厚度的50％；

步骤二、采用柔性热电偶并将其测量端插入盲孔并与盲孔底部相接触，再用填充物将柔性热电偶插入盲孔的部分与盲孔孔壁之间的间隙填满；

步骤三、将柔性热电偶冷端接入无纸记录仪，再将轴承内外圈锻件装入调质炉中加热并保温，然后将其浸入淬火液中淬火降温，再进行高温回火处理，整个调质过程中的实时温度变化数据由无纸记录仪记录并生成轴承内外圈锻件芯部温度变化的曲线图。

更进一步的技术方案是：所述的测试方法还包括步骤四、将无纸记录仪所记录的温度数据通过存储卡读取并传输至计算机上进行分析。

更进一步的技术方案是：所述的步骤一中盲孔的位置设置在轴承内外圈锻件的内径面，且位于上端面与下端面之间的中心线附近。

更进一步的技术方案是：所述的步骤一盲孔设置的方向为由轴承内外圈锻件的内径面向外发散状且平行于上端面和下端面，并与轴承内外圈锻件圆心到外径面的任意一条直线相重合。

更进一步的技术方案是：所述的步骤一中的盲孔为多个，每个盲孔中都插入柔性热电偶的测量端，且任意两个相邻盲孔之间的距离大于被测轴承内外圈锻件的截面厚度。

更进一步的技术方案是：所述的步骤一中的盲孔采用麻花钻由轴承内外圈锻件的内径面向外径面方向加工。

更进一步的技术方案是：所述的轴承内外圈锻件的截面厚度为100至340毫米。

更进一步的技术方案是：所述的步骤二中的填充物为耐火纤维。

更进一步的技术方案是：所述的步骤三中将轴承内外圈锻件装入调质炉中加热并保温的操作方法为将轴承内外圈锻件由常温加热至680摄氏度，保温单位时间后继续升温到860摄氏度，再保温单位时间后再进行淬火降温。

更进一步的技术方案是：所述的步骤三中的无纸记录仪置于升降推车上。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：通过将柔性热电偶插入设置在轴承内外圈锻件的内径上设置的盲孔中，使得在进行轴承产品调质的过程中直接读取轴承内外圈锻件芯部温度的变化，并依靠无纸记录仪生成温度变化曲线，更加有利于根据工件壁厚和测得的温度数据编制更合理的调质工艺以及提高轴承产品质量，且无需在无把握的情况下过多的延长加热保温时间以使轴承内外圈锻件芯部加热温度达到淬火要求的温度，节约能源消耗。且本发明所提供的一种大截面轴承内外圈锻件调质芯部温度变化的测试方法步骤简单，亦可适用于其它各种大截面机械零件的热处理过程的芯部温度测试，应用范围广阔。

附图说明

图1为本发明实施例中轴承内外圈锻件内径盲孔位置示意图；

图2为本发明实施例中轴承内外圈锻件加热温度变化曲线图；

图3为本发明实施例中轴承内外圈锻件淬火降温温度变化曲线图；

图4为本发明实施例中轴承内外圈锻件高温回火温度变化曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

实施例：

本发明所提供的一种大截面轴承内外圈锻件调质芯部温度变化的测试方法，该测试方法主要用于测试截面厚度在100到340毫米之间的轴承内外圈锻件，测试效果较好，在实际应用中，100毫米以下加热保温时间本来就相对较短，没有必要这样测试，但也可用于测试截面厚度为340毫米以上的轴承产品，发明人在实验过程中，根据具体打孔难度而言，虽然针对截面厚度为340毫米以上的轴承产品在打孔过程中存在一定困难，需要专门定制麻花钻实施效果稍差，但并不影响本发明技术方案的顺利实施，因此应当理解为，本发明适用于所有厚度能够打孔的的轴承零件的锻件调质及其他机械零件热处理工艺中芯部温度变化的检测，尤其适合于在截面厚度为100至340毫米的轴承内外圈锻件上实施。所述的方法按照如下的步骤进行操作：

步骤一、由轴承内外圈锻件的内径面向外打盲孔；盲孔深度大于或等于轴承内外圈锻件截面厚度的50％；对于盲孔的深度而言，其目的为更加接近轴承内外圈锻件的芯部，在前述所提到的盲孔的直径而言，优选的技术方案为盲孔的直径小于等于12毫米，且大于或等于柔性热电偶测量端的直径2毫米。

步骤二、采用柔性热电偶并将其测量端插入盲孔底部，再用填充物将柔性热电偶测量端与盲孔孔壁之间的间隙填满；前述所提到的填充物，应当采用耐高温性能好、且高温下热导率低、柔软而有弹性、耐激冷激热性能优良的材质进行填充，避免在加热和淬火的过程中造成柔性热电偶检测温度与轴承内外圈锻件芯部实际温度的存在较大差异，因此在实施例中，发明人认为优选的填充物材质为耐火纤维。

轴承内外圈锻件装入调质炉之前，优先采用φ3钢丝将柔性热电偶捆绑在待测工件上固定，固定方式可考虑将柔性热电偶被捆绑处弯曲成类似于“凸”字的形状，防止在加热及淬火过程中柔性热电偶的测量端因固定不牢固而发生脱落或滑移，如需在调质炉中同时加热多个轴承内外圈锻件以更加有效的模拟生产条件，那么需要将各个轴承内外圈锻件进行叠放，它们间采用相同规格的垫块隔开，避免相互接触影响芯部温度测试的准确度，固定好后，将柔性热电偶的另一端从调质炉适当的位置引出来，例如炉门缝隙处、或调质炉上其他可以开孔的地方，并采用耐火纤维将柔性热电偶引出的地方封堵严实。

步骤三、将步骤二从炉子中引出的柔性热电偶冷端接入无纸记录仪，再将轴承内外圈锻件装入调质炉中加热并保温，然后将其浸入淬火液中淬火降温，再进行高温回火处理，整个过程中的实时温度变化数据由无纸记录仪记录并生成轴承内外圈锻件芯部温度变化的曲线图。在加热的过程中，按680℃预热，保温单位时间后再升温到860℃，再保温单位时间后再进行淬火降温，但也不排除根据不同的材质在更高或更低的温度下采用柔性热电偶与无纸记录仪进行轴承内外圈锻件芯部温度变化数据的实时采集。前述所提到的淬火液最好采用水溶性淬火液，而前述的保温单位时间需要根据不同截面厚度的轴承内外圈锻件来进行具体确定，具体的说，锻件的截面厚度越大，加热后保温的单位时间越长，保温的作用为使轴承内外圈锻件的整体温度都上升至与表层温度相同的温度。测试完成后，可按照测试结果对原先根据截面厚度计算的时间进行优化，以获得合理的加热保温时间。而前述所提到的高温回火处理，根据轴承锻件或其他机械零部件回火处理的惯常温度，可以确定回火加热温度在500摄氏度以上称之为高温回火处理。

作为优选，更加有利于对上述步骤三中统计到的数据进行分析，依照上述的三个步骤，本发明还可以包含步骤四，其具体操作方式为将无纸记录仪所记录的温度数据通过存储卡或其它存储设备读取并传输至计算机上进行分析，需要通过与无纸记录仪相匹配的软件才能打开其数据，例如PHN数据浏览器或与其相类似的计算机软件。

发明人经过实验还发现，轴承内外圈锻件的内径上设置的盲孔3位置，以及盲孔3延伸方向的不同会影响其加热、淬火以及高温回火加工的芯部温度测试数据，针对前述问题，发明人认为比较优选的技术方案是将本发明上述步骤一中的盲孔3的位置设置在轴承内外圈锻件的内径面4上，且位于上端面1与下端面2之间的中心线附近。具体可参见附图1所示，这样通过柔性热电偶的测量端插入后即大致与轴承内外圈锻件的芯部正中相接触，还需要说明的是，盲孔3设置的方向最好为由轴承内外圈锻件的内径面4向外发散状，且与轴承内外圈锻件的圆心到外径面5的任意一条直线相重合，这样可以最短的距离达到轴承内外圈锻件的芯部，降低了轴承内外圈锻件内径面4上盲孔3的加工难度。

根据不同厚度和大小的轴承内外圈锻件或其他金属材质的机械零件采用本发明测试的方式也不尽相同，更具体的说，依照本发明上述的三个步骤，可变换为各种类似的方案测试不同截面厚度、不同体积大小的金属零件热处理过程中芯部的温度变化。为了进一步使测量结果更加准确，可以在轴承内外圈锻件的内径面上设置多个盲孔，将上述步骤一中的盲孔设置为多个，每个盲孔中都插入柔性热电偶的测量端，而为避免设置多个盲孔时，多个盲孔中对应的柔性热电偶所检测到的温度变化曲线出现完全相同或大范围相同的情况，又或者因相邻盲孔之间距离太近造成相互干扰影响测量准确性，可将相邻盲孔之间的距离设置为大于轴承内外圈锻件的截面厚度。

而针对上述反复提到的轴承内外圈锻件内径面上设置的盲孔，是本发明对轴承内外圈锻件芯部温度检测并生成变化曲线图的关键，发明人在进行实验时是采用的麻花钻进行加工，由轴承内外圈锻件的内径面向外，按照前述盲孔方向和位置进行加工。但此种方式仅仅是发明人认为比较优选和简便的方式，在批量测试时，完全可以利用其它打孔工具进行加工，其目的为在轴承内外圈锻件内径面上形成孔壁近乎平整的盲孔。

除上述的实施方式以外，发明人还发现所采用的柔性热电偶在轴承产品调质过程，即加热、淬火以及高温回火的过程中一直需要插在轴承内外圈锻件内径面上的盲孔中，并且需与盲孔孔底保持紧密接触，而柔性热电偶的另一端是接入无纸记录仪中的，由于柔性热电偶的长度有限，在轴承内外圈锻件装入调质炉完成加热及保温后出炉向淬火槽中转移时，为保证检测数据的准确性，避免柔性热电偶受到拉扯而出现松动，无纸记录仪需要跟随所检测芯部温度的轴承内外圈锻件进行移动，因此在实施本发明时，需要频繁的搬动无纸记录仪，增加了检测人员的劳动强度，或者延长柔性热电偶的长度，但这也会影响轴承内外圈锻件芯部温度检测的准确性。为解决这一弊病，发明人认为优选的技术方案是将上述步骤三中的无纸记录仪置于升降推车上，通过推着带动无纸记录仪进行移动，并根据所需的高度进行调节。在实际的操作中，由于调质炉中的工件出炉时开启炉门的温度较高，操作人员不易靠近置于调质炉附近的无纸记录仪，因此可在升降推车上前端部分再设置高于操作人员面部及无纸记录仪位置的透明隔离板，透明隔离板最好采用聚碳酸酯加工制成，也可以采用其他耐高温阻燃且对皮肤无毒的透明材料制成，可起到一定的隔热作用，避免轴承内外圈锻件在出炉转移至淬火槽的过程中操作人员被高温烫伤，或者无纸记录仪因高温发生损坏。

采用本发明所提供的一种大截面轴承内外圈锻件调质芯部温度变化的测试方法测试截面厚度为100至340毫米之间的回转支承半成品，经调质炉中加热保温、淬火液中淬火降温以及再次进入调质炉中高温回火的回转支承内外圈锻件芯部温度曲线图分别如图2至4所示，图2为回转支承锻件进炉加热保温的温度变化曲线图，图3为回转支承锻件加热至860℃后在淬火液中淬火降温的温度变化曲线图，图4为回转支承在完成淬火后再次进入调质炉中高温回火的温度变化曲线图。

通过图2至图4可知，本发明在具体实施过程中，可测试出加热、淬火以及高温回火工序时轴承内外圈锻件芯部的温度变化，使得调质工艺的编制过程中对加热保温时间的设置更加准确不再仅仅依赖于经验公式进行粗略计算，而且水剂淬火液的冷却性能可以通过被冷却工件心部温度变化情况更加直接的反映出来，不再仅仅依赖于IVF测试淬火液的冷却特性，准确性大大提高，同时根据图2至图4的曲线图也可证明，本发明是可供实施的。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种大截面轴承内外圈锻件调质芯部温度变化的测试方法，其特征在于：

所述的方法按照如下的步骤进行操作：

步骤一、由轴承内外圈锻件的内径面向外打盲孔，且盲孔深度大于或等于轴承内外圈锻件截面厚度的50%；

步骤二、采用柔性热电偶并将其测量端插入盲孔并与盲孔底部相接触，再用填充物将柔性热电偶插入盲孔的部分与盲孔孔壁之间的间隙填满；

步骤三、将柔性热电偶冷端接入无纸记录仪，再将轴承内外圈锻件装入调质炉中加热并保温，然后将其浸入淬火液中淬火降温，再进行高温回火处理，整个调质过程中的实时温度变化数据由无纸记录仪记录并生成轴承内外圈锻件芯部温度变化的曲线图。

2.根据权利要求1所述的大截面轴承内外圈锻件调质芯部温度变化的测试方法，其特征在于：所述的测试方法还包括步骤四、将无纸记录仪所记录的温度数据通过存储卡读取并传输至计算机上进行分析。

3.根据权利要求1所述的大截面轴承内外圈锻件调质芯部温度变化的测试方法，其特征在于：所述的步骤一中盲孔的位置设置在轴承内外圈锻件的内径面，且位于上端面与下端面之间的中心线附近。

4.根据权利要求1至3任一所述的大截面轴承内外圈锻件调质芯部温度变化的测试方法，其特征在于：所述的步骤一盲孔设置的方向为由轴承内外圈锻件的内径面向外发散状且平行于内外圈锻件上下端面，并与轴承内外圈锻件圆心到外径面的任意一条直线相重合。

5.根据权利要求4所述的大截面轴承内外圈锻件调质芯部温度变化的测试方法，其特征在于：所述的步骤一中的盲孔为多个，每个盲孔中都插入柔性热电偶的测量端，且任意两个相邻盲孔之间的距离大于被测轴承内外圈锻件的截面厚度。

6.根据权利要求5所述的大截面轴承内外圈锻件调质芯部温度变化的测试方法，其特征在于：所述的步骤一中的盲孔采用麻花钻由轴承内外圈锻件的内径面向外径面方向加工。

7.根据权利要求1所述的大截面轴承内外圈锻件调质芯部温度变化的测试方法，其特征在于：所述的轴承内外圈锻件的截面厚度为100至340毫米。

8.根据权利要求1所述的大截面轴承内外圈锻件调质芯部温度变化的测试方法，其特征在于：所述的步骤二中的填充物为耐火纤维。

9.根据权利要求1所述的大截面轴承内外圈锻件调质芯部温度变化的测试方法，其特征在于：所述的步骤三中将轴承内外圈锻件装入调质炉中加热并保温的操作方法为将轴承内外圈锻件由常温加热至680摄氏度，保温单位时间后继续升温到860摄氏度，再保温单位时间后再进行淬火降温。

10.根据权利要求1所述的大截面轴承内外圈锻件调质芯部温度变化的测试方法，其特征在于：所述的步骤三中的无纸记录仪置于升降推车上。

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