CN105784522A - 一种用于检测轴承磨削变质层的方法 - Google Patents

一种用于检测轴承磨削变质层的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于检测轴承磨削变质层的方法，属于分析及测量控制技术领域。本发明解决现有的对于球轴承及圆柱滚子轴承采用显微硬度法测试存在的测得的磨削变质层数据误差大、数据可靠性低的问题。一种用于检测轴承磨削变质层的方法，步骤如下：采用金相制样法对球轴承零件进行制样；硬度检测；确定变质层深度。一种用于检测轴承磨削变质层的方法，步骤如下：采用金相制样法对圆柱滚子轴承零件进行制样；硬度检测；确定变质层深度。本发明用于轴承磨削变质层的检测。

Description

一种用于检测轴承磨削变质层的方法
技术领域
本发明涉及一种检测方法，具体涉及一种用于检测轴承磨削变质层的方法，属于分析及测量控制技术领域。
背景技术
磨削变质层深度与磨削工艺有很大关系，它是评价轴承零件磨削加工质量的一项重要指标(表面变质层：由于受到冷、热加工和润滑介质等因素的影响，金属材料表面层的组织结构，物理、化学性质和机械性能等与其心部有很大的区别，称为表面变质层。磨削变质层：由于磨削加工引起的表面变质层称为磨削变质层。)，通常采用显微硬度法测定磨削变质层深度存在以下问题：1、制样困难；2、由于显微组织的影响，显微硬度数据较为分散，曲线拟合相关数较小；3、对薄层测试，其深度达不到压痕对角线长度的2.5倍，加工表面检测不出变质层层深，而且不能采用大载荷，因而测得数据误差较大，数据可靠性低。若仍沿用上述显微硬度法测定磨削变质层显然欠妥。
发明内容
本发明是为了解决现有的对于球轴承及圆柱滚子轴承采用显微硬度法测试存在的测得的磨削变质层数据误差大、数据可靠性低的问题，进而提供了一种用于检测轴承磨削变质层的方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
技术方案一：一种用于检测轴承磨削变质层的方法，步骤如下：
一、采用金相制样法对球轴承零件进行制样：
钢球：对于直径不大于9/16英寸的钢球，将其直接镶嵌；对于直径大于9/16英寸的钢球，沿钢球的径向切去一部分，钢球剩余的部分镶嵌以备制样，镶嵌后的钢球截面经过一道粗抛后再进行两道精抛得到钢球测试面，所切去部分的深度不大于钢球直径的5％，或钢球的截面面积不大于钢球最大截面积的11％；
内圈与外圏：在内圈上沿径向方向截取一段试块，所述试块的宽度、试块两截面处外缘之间的直线距离以及试块壁厚均小于15mm，将试块沿截面磨平至露出的两端滚道之间的距离小于5mm后进行镶嵌，再经过一道粗抛及两道精抛后得到内圈测试面；外圈的制样方法与内圈一致；
二、硬度检测：
采用努氏硬度试验法对试样进行硬度检测，使压头与试样测试面接触且垂直于试样测试面对试样施加载荷，由试样测试面边缘向中心处测试硬度梯度，直到相邻位置硬度值在20HK以内为止(相当于试样心部硬度)，靠近试样测试面边缘的压痕边界距试样测试面边缘的距离为压痕短边对角线长度的2.5倍，相临两压痕之间的距离为压痕短边对角线长度的3倍，从而制造一个平滑的硬度随深度变化绘制的曲线；
三、确定变质层深度：
钢球：钢球的变质层深度为：
其中钢球的半径为R1，试样测试面的半径为r1，则检测深度h1为：通过检测试样测试面处的硬度得出放大的变质层深度X1，得出钢球的变质层深度Y1；
内圈与外圈：内圈的变质层深度为：(公式二)；
其中内圈滚道的滚道半径为R2，两端滚道之间的距离为2r2，通过检测试样测试面处的硬度得出放大的变质层深度X2，得出内圈的变质层深度；外圈变质层深度的计算公式与内圈一致。
技术方案二：一种用于检测轴承磨削变质层的方法，步骤如下：
一、采用金相制样法对圆柱滚子轴承零件进行制样：
滚子：对于长度小于20mm，直径小于5mm的滚子，将其直接镶嵌；对于长度大于20mm或直径大于15mm的滚子，沿滚子的径向切去一部分，滚子剩余的部分镶嵌以备制样，镶嵌后的滚子截面经过一道粗抛后再进行两道精抛得到滚子测试面，所切去的部分的深度不大于滚子直径的5％，或滚子的截面面积不大于钢球最大截面积的11％；
内圈：在内圈上沿径向方向截取一段试块，所述试块的宽度、试块两截面处外缘之间的直线距离以及试块壁厚均小于15mm，将试块镶嵌制样，滚道表面经一道粗抛后再进行两道精抛得到内圈测试面，内圈测试面的短边在4mm左右；
外圈：在外圈上沿径向方向切取试块，将试块用磨平机将截面磨平后进行镶嵌，磨平后的试块的宽度、试块两截面处外缘之间的直线距离以及试块壁厚均小于15mm，经过一道粗抛及两道精抛后得到外圈测试面；
二、硬度检测：
采用努氏硬度试验法对试样进行硬度检测，使压头与试样测试面接触且垂直于试样测试面对试样施加载荷，由试样测试面边缘向中心处测试硬度梯度，直到相邻位置硬度值在20HK以内为止(相当于试样心部硬度)，靠近试样测试面边缘的压痕边界距试样测试面边缘的距离为压痕短边对角线长度的2.5倍，相临两压痕之间的距离为压痕短边对角线长度的3倍，从而制造一个平滑的硬度随深度变化绘制的曲线；
三、确定变质层深度：
滚子：滚子的变质层深度为：
其中滚子的半径为R3，测试面上两工作面间的距离为r3，则检测深度h3为：
通过检测试样测试面处的硬度得出放大的变质层深度X3，得出滚子的变质层深度Y3；
内圈：内圈的变质层深度的计算公式与滚子一致；
外圈：外圈的变质层深度为：(公式四)；
外圈的外圆半径为R4，内圆半径为R5，测试面的宽度为d4，通过检测试样测试面处的硬度得出放大的变质层深度X4，得出外圈的变质层深度Y4。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
通过对轴承零件滚动体、内圈及外圈采用不同的取样和制样方法，实现对试样被测试表面局部放大，减小硬度检测压痕区范围内的硬度变化的影响，提高变质层硬度梯度单次测试值的准确性，同时通过对试样被测试表面硬度值采取多列数据的采集方法，实现对薄层测试，解决压痕深度达不到压痕对角线长度的2.5倍，加工表面检测不出变质层层深，导致测得的数据误差较大的问题；运用数学计算方法，复原样件被测试表面变质层的梯度变化真值。用试样测试面显微硬度分布曲线的规律性变化对其磨削变质层进行估算，建立曲线，实现曲线拟合，提高检测数据可靠性，解决了原始对变质层深度的检测存在的显微硬度数据较为分散，曲线拟合相关数较小的难题。主要应用于圆柱滚子轴承和球轴承的磨削变质层深度测试技术，为磨削工艺参数的设定的合理性提供依据和基础，同时还可测试强化处理零件硬化层深度，为强化处理工艺参数设定提供依据。本发明的检测变质层方法为提高轴承零件工作面的加工质量，确保轴承的使用寿命符合设计要求提供了保障，从而适应航空发动机升级换代对轴承使用性能的苛刻要求。
附图说明
图1为钢球试样主视示意图；
图2为球轴承内圈试样主视示意图；
图3为圆柱滚子轴承滚子试样主视示意图；
图4为圆柱滚子轴承外圈试样主视示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1及图2说明本实施方式，一种用于检测轴承磨削变质层的方法，步骤如下：
一、采用金相制样法对球轴承零件进行制样：
钢球：对于直径不大于9/16英寸的钢球，将其直接镶嵌；对于直径大于9/16英寸的钢球，沿钢球的径向切去一部分，钢球剩余的部分镶嵌以备制样，镶嵌后的钢球截面经过一道粗抛后再进行两道精抛得到钢球测试面，所切去部分的深度不大于钢球直径的5％，或钢球的截面面积不大于钢球最大截面积的11％；
内圈与外圏：在内圈上沿径向方向截取一段试块，所述试块的宽度、试块两截面处外缘之间的直线距离以及试块壁厚均小于15mm，将试块沿截面磨平试样至露出的两端滚道之间的距离小于5mm后进行镶嵌，再经过一道粗抛及两道精抛后得到内圈测试面；外圈的制样方法与内圈一致；
二、硬度检测：
采用努氏硬度试验法对试样进行硬度检测，使压头与试样测试面接触且垂直于试样测试面对试样施加载荷，由试样测试面边缘向中心处测试硬度梯度，直到相邻位置硬度值在20HK以内为止(相当于试样心部硬度)，靠近试样测试面边缘的压痕边界距试样测试面边缘的距离为压痕短边对角线长度的2.5倍，相临两压痕之间的距离为压痕短边对角线长度的3倍，从而制造一个平滑的硬度随深度变化绘制的曲线；
三、确定变质层深度：
钢球：钢球的变质层深度为：
钢球的半径为R1，试样测试面的半径为r1，则检测深度(即磨削深度)h1为：通过检测试样测试面处的硬度得出放大的变质层深度X1，得出钢球的变质层深度Y1；
内圈与外圈：内圈的变质层深度为：(公式二）；
内圈滚道的滚道半径为R2，两端滚道之间的距离为2r2，通过检测试样测试面处的硬度得出放大的变质层深度X2，得出内圈的变质层深度；外圈变质层深度的计算公式与内圈一致。
本实施方式所述的硬度检测可以采用努氏硬度试验法也可以使用维氏硬度试难法，因努氏硬度试验和维氏硬度试验的压痕很浅，制样时应采取措施，防止发热或加工硬化等因素对试样有面硬度的影响，至少保证影响值为最小，为此采用线切割方法切取试样。
对试样的粗抛及精抛均在全自动磨抛机上进行，磨抛过程中测试面的材料去除量(充分去除线切割的变性层)及速度应合理，排除制样不当及人为因素造成的影响，试样经磨抛后表面应平坦光滑，且不应用氧化皮及外来污物，被测试表面尤其不应有油脂，在显微镜下无明显划痕，边缘无圆边，硬度计不应有冲击和振动。
对钢球的制样中，所切去部分的深度不大于钢球直径的5％，或钢球的截面面积不大于钢球最大截面积的11％，目的是为保证钢球测试面放大倍数满足要求；磨抛后得到的测试面上必须还有滚道露出。
具体实施方式二：结合图1及图2说明本实施方式，被测钢球的最小直径不小于1/4英寸。如此设计，适应试样镶嵌用的硬度试验台上的支撑架尺寸。其它组成与连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1及图2说明本实施方式，所述镶嵌为冷镶嵌。如此设计，冷镶嵌树脂可以采用真空注入，更方便。其它组成与连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1及图2说明本实施方式，对钢球截面的粗抛工序选用的磨抛剂的粒度为9μm，工序时间不超过20秒，对钢球截面的后续两道精抛工序选用的磨抛剂的粒度为3μm和1μm，工序时间不低于90秒；对内圈及外圈的磨平工序选用的砂纸粒度为250μm，一道粗抛工序选用的磨抛剂的粒度为9μm，工序时间不超过30秒，后续两道精抛工序选用的磨抛剂的粒度为3μm和1μm，工序时间不低于90秒。其它组成与连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图3及图4说明本实施方式，一种用于检测轴承磨削变质层的方法，步骤如下：
一、采用金相制样法对圆柱滚子轴承零件进行制样：
滚子：对于长度小于20mm，直径小于5mm的滚子，将其直接镶嵌；对于长度大于20mm或直径大于15mm的滚子，沿滚子的径向切去一部分，滚子剩余的部分镶嵌以备制样，镶嵌后的滚子截面经过一道粗抛后再进行两道精抛得到滚子测试面，所切去的部分的深度不大于滚子直径的5％，或滚子的截面面积不大于钢球最大截面积的11％；
内圈：在内圈上沿径向方向截取一段试块，所述试块的宽度、试块两截面处外缘之间的直线距离以及试块壁厚均小于15mm，将试块镶嵌制样，滚道表面经一道粗抛后再进行两道精抛得到内圈测试面，内圈测试面的短边在4mm左右(保证测试面的放大倍数满足要求)；
外圈：在外圈上沿径向方向切取试块，将试块用磨平机将截面磨平后进行镶嵌，磨平后的试块的宽度、试块两截面处外缘之间的直线距离以及试块壁厚均小于15mm(保证放大倍数的截面角度大于30度)，经过一道粗抛及两道精抛后得到外圈测试面；
二、硬度检测：
采用努氏硬度试验法对试样进行硬度检测，使压头与试样测试面接触且垂直于试样测试面对试样施加载荷，由试样测试面边缘向中心处测试硬度梯度，直到相邻位置硬度值在20HK以内为止(相当于试样心部硬度)，靠近试样测试面边缘的压痕边界距试样测试面边缘的距离为压痕短边对角线长度的2.5倍，相临两压痕之间的距离为压痕短边对角线长度的3倍，从而制造一个平滑的硬度随深度变化绘制的曲线；
三、确定变质层深度：
滚子：滚子的变质层深度为：
其中滚子的半径为R3，测试面上两工作面间的距离为r3，则检测深度(即磨削深度)h3为：通过检测试样测试面处的硬度得出放大的变质层深度X3，得出滚子的变质层深度Y3；
内圈：内圈的变质层深度的计算公式与滚子一致；
外圈：外圈的变质层深度为：(公式四)；
外圈的外圆半径为R4，内圆半径为R5，测试面的宽度为d4，通过检测试样测试面处的硬度得出放大的变质层深度X4，得出外圈的变质层深度Y4。
本实施方式所述的硬度检测可以采用努氏硬度试验法也可以使用维氏硬度试难法，因努氏硬度试验和维氏硬度试验的压痕很浅，制样时应采取措施，防止发热或加工硬化等因素对试样有面硬度的影响，至少保证影响值为最小，为此采用线切割方法切取试样。
对试样的粗抛及精抛均在全自动磨抛机上进行，磨抛过程中测试面的材料去除量(充分去除线切割的变性层)及速度应合理，排除制样不当及人为因素造成的影响，试样经磨抛后表面应平坦光滑，且不应用氧化皮及外来污物，被测试表面尤其不应有油脂，在显微镜下无明显划痕，边缘无圆边，硬度计不应有冲击和振动。
对滚子的制样中，所切去的部分的深度不大于滚子直径的5％，或滚子的截面面积不大于钢球最大截面积的11％，目的是为保证滚子测试面放大倍数满足要求。
具体实施方式六：结合图3及图4说明本实施方式，被测滚子的最小直径不小于6mm。如此设计，适应试样镶嵌用的支撑台尺寸。其它组成与连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：结合图3及图4说明本实施方式，所述镶嵌为冷镶嵌。如此设计，冷镶嵌树脂可以采用真空注入，更方便。其它组成与连接关系与具体实施方式五或六相同。
具体实施方式八：结合图3及图4说明本实施方式，对滚子截面的粗抛工序选用的磨抛剂的粒度为9μm，工序时间不超过20秒，对滚子截面的后续两道精抛工序选用的磨抛剂的粒度为3μm和1μm，工序时间不低于90秒；对内圈的粗抛工序选用的磨抛剂的粒度为9μm，工序时间不超过30秒，后续两道精抛工序选用的磨抛剂的粒度为3μm和1μm，工序时间不低于90秒；对外圈的磨平工序选用的砂纸粒度为250μm，一道粗抛工序选用的磨抛剂的粒度为9μm，后续两道精抛工序选用的磨抛剂的粒度为3μm和1μm，前三道工序的时间不低于180mm，最后一道工序时间不低于90秒。其它组成与连接关系与具体实施方式七相同。

Claims (8)

1.一种用于检测轴承磨削变质层的方法，其特征在于：步骤如下：
一、采用金相制样法对球轴承零件进行制样：
钢球：对于直径不大于9/16英寸的钢球，将其直接镶嵌；对于直径大于9/16英寸的钢球，沿钢球的径向切去一部分，钢球剩余的部分镶嵌以备制样，镶嵌后的钢球截面经过一道粗抛后再进行两道精抛得到钢球测试面，所切去部分的深度不大于钢球直径的5％，或钢球的截面面积不大于钢球最大截面积的11％；
内圈与外圏：在内圈上沿径向方向截取一段试块，所述试块的宽度、试块两截面处外缘之间的直线距离以及试块壁厚均小于15mm，将试块沿截面磨平试样至露出的两端滚道之间的距离小于5mm后进行镶嵌，再经过一道粗抛及两道精抛后得到内圈测试面；外圈的制样方法与内圈一致；
二、硬度检测：
采用努氏硬度试验法对试样进行硬度检测，使压头与试样测试面接触且垂直于试样测试面对试样施加载荷，由试样测试面边缘向中心处测试硬度梯度，直到相邻位置硬度值在20HK以内为止，靠近试样测试面边缘的压痕边界距试样测试面边缘的距离为压痕短边对角线长度的2.5倍，相临两压痕之间的距离为压痕短边对角线长度的3倍，从而制造一个平滑的硬度随深度变化绘制的曲线；
三、确定变质层深度：
钢球：钢球的变质层深度为：
钢球的半径为R1，试样测试面的半径为r1，则检测深度h1为：通过检测试样测试面处的硬度得出放大的变质层深度X1，得出钢球的变质层深度Y1；
内圈与外圈：内圈的变质层深度为：
内圈滚道的滚道半径为R2，两端滚道之间的距离为2r2，通过检测试样测试面处的硬度得出放大的变质层深度X2，得出内圈的变质层深度；外圈变质层深度的计算公式与内圈一致。
2.根据权利要求1所述的一种用于检测轴承磨削变质层的方法，其特征在于：被测钢球的最小直径不小于1/4英寸。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于检测轴承磨削变质层的方法，其特征在于：所述镶嵌为冷镶嵌。
4.根据权利要求3所述的一种用于检测轴承磨削变质层的方法，其特征在于：对钢球截面的粗抛工序选用的磨抛剂的粒度为9μm，工序时间不超过20秒，对钢球截面的后续两道精抛工序选用的磨抛剂的粒度为3μm和1μm，工序时间不低于90秒；对内圈及外圈的磨平工序选用的砂纸粒度为250μm，一道粗抛工序选用的磨抛剂的粒度为9μm，工序时间不超过30秒，后续两道精抛工序选用的磨抛剂的粒度为3μm和1μm，工序时间不低于90秒。
5.一种用于检测轴承磨削变质层的方法，其特征在于：步骤如下：
一、采用金相制样法对圆柱滚子轴承零件进行制样：
滚子：对于长度小于20mm，直径小于5mm的滚子，将其直接镶嵌；对于长度大于20mm或直径大于15mm的滚子，沿滚子的径向切去一部分，滚子剩余的部分镶嵌以备制样，镶嵌后的滚子截面经过一道粗抛后再进行两道精抛得到滚子测试面，所切去的部分的深度不大于滚子直径的5％，或滚子的截面面积不大于钢球最大截面积的11％；
内圈：在内圈上沿径向方向截取一段试块，所述试块的宽度、试块两截面处外缘之间的直线距离以及试块壁厚均小于15mm，将试块镶嵌制样，滚道表面经一道粗抛后再进行两道精抛得到内圈测试面，内圈测试面的短边在4mm左右；
外圈：在外圈上沿径向方向切取试块，将试块用磨平机将截面磨平后进行镶嵌，磨平后的试块的宽度、试块两截面处外缘之间的直线距离以及试块壁厚均小于15mm，经过一道粗抛及两道精抛后得到外圈测试面；
二、硬度检测：
采用努氏硬度试验法对试样进行硬度检测，使压头与试样测试面接触且垂直于试样测试面对试样施加载荷，由试样测试面边缘向中心处测试硬度梯度，直到相邻位置硬度值在20HK以内为止，靠近试样测试面边缘的压痕边界距试样测试面边缘的距离为压痕短边对角线长度的2.5倍，相临两压痕之间的距离为压痕短边对角线长度的3倍，从而制造一个平滑的硬度随深度变化绘制的曲线；
三、确定变质层深度：
滚子：滚子的变质层深度为：
其中滚子的半径为R3，测试面上两工作面间的距离为r3，则检测深度h3为：
通过检测试样测试面处的硬度得出放大的变质层深度X3，得出滚子的变质层深度Y3；
内圈：内圈的变质层深度的计算公式与滚子一致；
外圈：外圈的变质层深度为：
外圈的外圆半径为R4，内圆半径为R5，测试面的宽度为d4，通过检测试样测试面处的硬度得出放大的变质层深度X4，得出外圈的变质层深度Y4。
6.根据权利要求5所述的一种用于检测轴承磨削变质层的方法，其特征在于：被测滚子的最小直径不小于6mm。
7.根据权利要求5或6所述的一种用于检测轴承磨削变质层的方法，其特征在于：所述镶嵌为冷镶嵌。
8.根据权利要求7所述的一种用于检测轴承磨削变质层的方法，其特征在于：对滚子截面的粗抛工序选用的磨抛剂的粒度为9μm，工序时间不超过20秒，对滚子截面的后续两道精抛工序选用的磨抛剂的粒度为3μm和1μm，工序时间不低于90秒；对内圈的粗抛工序选用的磨抛剂的粒度为9μm，工序时间不超过30秒，后续两道精抛工序选用的磨抛剂的粒度为3μm和1μm，工序时间不低于90秒；对外圈的磨平工序选用的砂纸粒度为250μm，一道粗抛工序选用的磨抛剂的粒度为9μm，后续两道精抛工序选用的磨抛剂的粒度为3μm和1μm，前三道工序的时间不低于180mm，最后一道工序时间不低于90秒。
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