燃燒器的三點(diǎn)接觸球軸承承受較大的轉(zhuǎn)子軸向推力載荷，鋼球在工作中承受較高的接觸應(yīng)力和交替載荷。在使用中，鋼球表面偶爾會(huì)剝落，影響軸承的使用壽命和可靠性。國(guó)內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)軸承鋼球的疲勞壽命與國(guó)外有一定的差距，因此有必要研究如何提高鋼球的抗疲勞性能。

　　鋼球的抗疲勞性能.與二次表面應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)，鋼球表面承受二次表面最大剪切力位置，提高鋼球表面硬度，增加表面和二次表面壓力應(yīng)力，可提高鋼球的抗疲勞性和耐磨性。

　　鋼球表面強(qiáng)化是在鋼球表面的塑性變形范圍內(nèi)，鋼球相互碰撞，導(dǎo)致鋼球表面的宏觀彈性變形和微塑性變形，導(dǎo)致鋼球表面硬度增加，鋼球表面處于壓力應(yīng)力狀態(tài)。為了滿足內(nèi)燃機(jī)軸承的長(zhǎng)壽命.在鋼球加工過(guò)程中，需要高可靠性，增加表面強(qiáng)化處理工藝。

　　常規(guī)強(qiáng)化鋼球尺寸較小，材料為普通軸承鋼。燃燒器軸承部件主要選用高溫鋼、高速鋼等特殊鋼材料，鋼球尺寸較大。因此，有必要研究燃燒器軸承鋼球的強(qiáng)化處理技術(shù)。

　　1.鋼球表面強(qiáng)化試驗(yàn)

　　1.1樣件

　　鋼球直徑為22.225mm，材料為M50鋼。

　　1.2強(qiáng)化試驗(yàn)

　　鋼球表面強(qiáng)化機(jī)采用2000個(gè)鋼球進(jìn)行強(qiáng)化試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)確定的工藝參數(shù)為滾筒轉(zhuǎn)速15r/min，強(qiáng)化時(shí)間100~210min。一定比例的強(qiáng)化液(煤油和20#機(jī)油)mL。

　　1.3檢測(cè)結(jié)果

　　1.3.1應(yīng)力

　　鋼球強(qiáng)化前.后面的表面應(yīng)力如圖1所示。從圖中可以看出，未強(qiáng)化球的應(yīng)力峰值約為-450MPa，在距表面0.1mm處;2)強(qiáng)化2.5h應(yīng)力峰值為-900MPa，在距表面0.4mm地點(diǎn)，強(qiáng)化層深度約為0.75mm;3)強(qiáng)化4h應(yīng)力峰值為-1100MPa，在距表面0.5mm地點(diǎn)，強(qiáng)化層深度約為0.8mm。鋼球表面應(yīng)力增強(qiáng)后，鋼球表面應(yīng)力變化和鋼球表面應(yīng)力深度也有所不同。

　　鋼球強(qiáng)化前.后表面應(yīng)力

　　1.3.2硬度

　　鋼球強(qiáng)化前.后表面硬度如圖2所示，鋼球強(qiáng)化后表面硬度明顯增加，平均硬度為731HV0.1提高到785HV0.1。

　　鋼球強(qiáng)化前圖2.后面的表面硬度

　　1.3.3表面變質(zhì)層檢測(cè)

　　在某公司失效分析中心采用組織和硬度法對(duì)強(qiáng)化鋼球變質(zhì)層進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)明顯變質(zhì)層。

　　1.3.4小結(jié)

　　鋼球強(qiáng)化后表面應(yīng)力增加70%~88%，表面硬度明顯增加，表面無(wú)明顯變質(zhì)層。

　　2.強(qiáng)化工藝

　　通過(guò)測(cè)試和測(cè)試，最終確定鋼球加工工藝為：成型：→退火→光球→軟磨→熱處理→硬磨1→表面強(qiáng)化處理→硬磨2→初研→補(bǔ)充回火→精研→穩(wěn)定→超精研→終檢→油漆包裝。并對(duì)成品鋼球進(jìn)行了測(cè)試，消除應(yīng)力后壓應(yīng)力僅降低100左右MPa，對(duì)強(qiáng)化效果影響不大。

　　3.疲勞壽命試驗(yàn)

　　軸承鋼球故障屬于滾動(dòng)接觸疲勞故障，其壽命采用圖3所示的方法進(jìn)行評(píng)估。在一定的載荷力作用下，測(cè)試球同時(shí)與四個(gè)伴奏球接觸。當(dāng)主軸夾具驅(qū)動(dòng)測(cè)試球高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，四個(gè)伴奏球在摩擦作用下發(fā)生純滾動(dòng)。鋼球之間的接觸應(yīng)力5.83GPa，主軸轉(zhuǎn)速為3000r/min。普通工藝鋼球取9粒，強(qiáng)化鋼球取6粒。強(qiáng)化前。.后鋼球疲勞壽命如圖4所示，鋼球強(qiáng)化后疲勞壽命明顯增加。

　　4.結(jié)束語(yǔ)

　　采用表面強(qiáng)化技術(shù)對(duì)內(nèi)燃機(jī)軸承鋼球進(jìn)行通過(guò)疲勞試驗(yàn)驗(yàn)證鋼球疲勞試驗(yàn)壽命顯著提高，說(shuō)明特殊材料鋼球表面強(qiáng)化技術(shù)的正確性。