國(guó)外軸承熱處理
劉耀中、張?jiān)銎?
熱處理質(zhì)量好壞直接關(guān)系著后續(xù)的加工質(zhì)量以致最終影響零件的使用性能及壽命，同時(shí)熱處理又是機(jī)械行業(yè)的能源消耗大戶和污染大戶。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及其在熱處理方面的應(yīng)用，熱處理技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）清潔熱處理
熱處理生產(chǎn)形成的廢水、廢氣、廢鹽、粉塵、噪聲及電磁輻射等均會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。解決熱處理的環(huán)境污染問(wèn)題，實(shí)行清潔熱處理（或稱綠色環(huán)保熱處理）是發(fā)達(dá)國(guó)家熱處理技術(shù)發(fā)展的方向之一。為減少SO2、CO、CO2、粉塵及煤渣的排放，已基本杜絕使用煤作燃料，重油的使用量也越來(lái)越少，改用輕油的居多，天然氣仍然是最理想的燃料。燃燒爐的廢熱利用已達(dá)到很高的程度，燃燒器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和空-燃比的嚴(yán)格控制保證了合理燃燒的前提下，使NOX和CO降低到最低限度；使用氣體滲碳、碳氮共滲及真空熱處理技術(shù)替代鹽浴處理以減少?gòu)U鹽及含CN-有毒物對(duì)水源的污染；采用水溶性合成淬火油代替部分淬火油，采用生物可降解植物油代替部分礦物油以減少油污染。
（2）精密熱處理
精密熱處理有兩方面的含義：一方面是根據(jù)零件的使用要求、材料、結(jié)構(gòu)尺寸，利用物理冶金知識(shí)及先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬和檢測(cè)技術(shù)，優(yōu)化工藝參數(shù)，達(dá)到所需的性能或最大限度地發(fā)揮材料的潛力；另一方面是充分保證優(yōu)化工藝的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量分散度很?。ɑ?yàn)榱悖┘盁崽幚砘優(yōu)榱恪?
（3）節(jié)能熱處理
科學(xué)的生產(chǎn)和能源管理是能源有效利用的最有潛力的因素，建立專業(yè)熱處理廠以保證滿負(fù)荷生產(chǎn)、充分發(fā)揮設(shè)備能力是科學(xué)管理的選擇。在熱處理能源結(jié)構(gòu)方面，優(yōu)先選擇一次能源；充分利用廢熱、余熱；采用耗能低、周期短的工藝代替周期長(zhǎng)、耗能大的工藝等。
（4）少無(wú)氧化熱處理
由采用保護(hù)氣氛加熱替代氧化氣氛加熱到精確控制碳勢(shì)、氮?jiǎng)莸目煽貧夥占訜?，熱處理后零件的性能得到提高，熱處理缺陷如脫碳、裂紋等大大減少，熱處理后的精加工留量減少，提高了材料的利用率和機(jī)加工效率。真空加熱氣淬、真空或低壓滲碳、滲氮、氮碳共滲及滲硼等可明顯改善質(zhì)量、減少畸變、提高壽命。
軸承零件的熱處理質(zhì)量控制在整個(gè)機(jī)械行業(yè)是最為嚴(yán)格的。軸承熱處理在過(guò)去的20來(lái)年里取得了很大的進(jìn)步，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：熱處理基礎(chǔ)理論的研究；熱處理工藝及應(yīng)用技術(shù)的研究；新型熱處理裝備及相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)。
1、高碳鉻軸承鋼的退火
高碳鉻軸承鋼的球化退火是為了獲得鐵素體基體上均勻分布著細(xì)、小、勻、圓的碳化物顆粒的組織，為以后的冷加工及最終的淬回火作組織準(zhǔn)備。傳統(tǒng)的球化退火工藝是在略高于Ac1的溫度（如GCr15為780~810℃）保溫后隨爐緩慢冷卻（25℃/h）至650℃以下出爐空冷。該工藝熱處理時(shí)間長(zhǎng)（20h以上）[1]，且退火后碳化物的顆粒不均勻，影響以后的冷加工及最終的淬回火組織和性能。之后，根據(jù)過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)等溫球化退火工藝：在加熱后快冷至Ar1以下某一溫度范圍內(nèi)（690~720℃）進(jìn)行等溫，在等溫過(guò)程中完成奧氏體向鐵素體和碳化物的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變完成后可直接出爐空冷。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省熱處理時(shí)間（整個(gè)工藝約12~18h），處理后的組織中碳化物細(xì)小均勻。另一種節(jié)省時(shí)間的工藝是重復(fù)球化退火：第一次加熱到810℃后冷卻至650℃，再加熱到790℃后冷卻到650℃出爐空冷。該工藝雖可節(jié)省一定的時(shí)間，但工藝操作較繁。
2、高碳鉻軸承鋼的馬氏體淬回火
2.1、常規(guī)馬氏體淬回火的組織與性能
近20年來(lái)，常規(guī)的高碳鉻軸承鋼的馬氏體淬回火工藝的發(fā)展主要分兩個(gè)方面：一方面是開(kāi)展淬回火工藝參數(shù)對(duì)組織和性能的影響，如淬回火過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變、殘余奧氏體的分解、淬回火后的韌性與疲勞性能等[2~10]；另一方面是淬回火的工藝性能，如淬火條件對(duì)尺寸和變形的影響、尺寸穩(wěn)定性等[11~13]。
常規(guī)馬氏體淬火后的組織為馬氏體、殘余奧氏體和未溶（殘留）碳化物組成。其中，馬氏體的組織形態(tài)又可分為兩類：在金相顯微鏡下（放大倍數(shù)一般低于1000倍），馬氏體可分為板條狀馬氏體和片狀馬氏體兩類典型組織，一般淬火后為板條和片狀馬氏體的混合組織，或稱介于二者之間的中間形態(tài)—棗核狀馬氏體（軸承行業(yè)上所謂的隱晶馬氏體、結(jié)晶馬氏體）；在高倍電鏡下，其亞結(jié)構(gòu)可分為位錯(cuò)纏結(jié)和孿晶。其具體的組織形態(tài)主要取決于基體的碳含量，奧氏體溫度越高，原始組織越不穩(wěn)定，則奧氏體基體的碳含量越高，淬后組織中殘余奧氏體越多，片狀馬氏體越多，尺寸越大，亞結(jié)構(gòu)中孿晶的比例越大，且易形成淬火顯微裂紋。一般，基體碳含量低于0.3%時(shí)，馬氏體主要是位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)為主的板條馬氏體；基體碳含量高于0.6%時(shí)，馬氏體是位錯(cuò)和孿晶混合亞結(jié)構(gòu)的片狀馬氏體；基體碳含量為0.75%時(shí)，出現(xiàn)帶有明顯中脊面的大片狀馬氏體，且片狀馬氏體生長(zhǎng)時(shí)相互撞擊處帶有顯微裂紋[8]。與此同時(shí)，隨奧氏體化溫度的提高，淬后硬度提高，韌性下降，但奧氏體化溫度過(guò)高則因淬后殘余奧氏體過(guò)多而導(dǎo)致硬度下降。
常規(guī)馬氏體淬火后的組織中殘余奧氏體的含量一般為6~15%，殘余奧氏體為軟的亞穩(wěn)定相，在一定的條件下（如回火、自然時(shí)效或零件的使用過(guò)程中），其失穩(wěn)發(fā)生分解為馬氏體或貝氏體。分解帶來(lái)的后果是零件的硬度提高，韌性下降，尺寸發(fā)生變化而影響零件的尺寸精度甚至正常工作。對(duì)尺寸精度要求較高的軸承零件，一般希望殘余奧氏體越少越好，如淬火后進(jìn)行補(bǔ)充水冷或深冷處理，采用較高溫度的回火等[12~14]。但殘余奧氏體可提高韌性和裂紋擴(kuò)展抗力，一定的條件下，工件表層的殘余奧氏體還可降低接觸應(yīng)力集中，提高軸承的接觸疲勞壽命，這種情況下在工藝和材料的成分上采取一定的措施來(lái)保留一定量的殘余奧氏體并提高其穩(wěn)定性，如加入奧氏體穩(wěn)定化元素Si、Mn, 進(jìn)行穩(wěn)定化處理等[15,16]。
2.2、常規(guī)馬氏體淬回火工藝
常規(guī)高碳鉻軸承鋼馬氏體淬回火為：把軸承零件加熱到830~860℃保溫后，在油中進(jìn)行淬火，之后進(jìn)行低溫回火。淬回火后的力學(xué)性能除淬前的原始組織、淬火工藝有關(guān)外，還很大程度上取決于回火溫度及時(shí)間。隨回火溫度升高和保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，硬度下降，強(qiáng)度和韌性提高?？筛鶕?jù)零件的工作要求選擇合適的回火工藝：GCr15鋼制軸承零件：150~180℃；GCr15SiMn鋼制軸承零件：170~190℃。對(duì)有特殊要求的零件或采用較高溫度回火以提高軸承的使用溫度，或在淬火與回火之間進(jìn)行-50~-78℃的冷處理以提高軸承的尺寸穩(wěn)定性，或進(jìn)行馬氏體分級(jí)淬火以穩(wěn)定殘余奧氏體獲得高的尺寸穩(wěn)定性和較高的韌性。
不少學(xué)者對(duì)加熱過(guò)程中的轉(zhuǎn)變進(jìn)行了研究[2，7~9,17]，如奧氏體的形成、奧氏體的再結(jié)晶、殘留碳化物的分布及使用非球化組織作為原始組織等。
G. Lowisch等[3，8]兩次奧氏體化后淬火的軸承鋼100Cr6的機(jī)械性能進(jìn)行了研究：首先，進(jìn)行1050℃奧氏體化并快冷至550℃保溫后空冷，得到均勻的細(xì)片狀珠光體，隨后進(jìn)行850℃二次奧氏體化、淬油，其淬后組織中馬氏體及碳化物的尺寸細(xì)小、馬氏體基體的碳含量及殘余奧氏體含量較高，通過(guò)較高溫度的回火使奧氏體分解，馬氏體中析出大量的微細(xì)碳化物，降低淬火應(yīng)力，提高硬度、強(qiáng)韌性和軸承的承載能力。在接觸應(yīng)力的作用下，其性能如何，需進(jìn)行進(jìn)一步的研究，但可推測(cè)：其接觸疲勞性能應(yīng)優(yōu)于常規(guī)淬火。
酒井久裕等[7]對(duì)循環(huán)熱處理后的SUJ2軸承鋼的顯微組織及機(jī)械性能進(jìn)行了研究：先加熱到1000℃保溫0.5h使球狀碳化物固溶，然后，預(yù)冷至850℃淬油。接著重復(fù)1~10次由快速加熱到750℃、保溫1min后油冷至室溫的熱循環(huán)，最后快速加熱到680℃保溫5min油冷。此時(shí)組織為超細(xì)鐵素體加細(xì)密的碳化物（鐵素體晶粒度小于2μm、碳化物小于0.2μm），在710℃下出現(xiàn)超塑性（斷裂延伸率可到500%），可利用材料的這一特性進(jìn)行軸承零件的溫加工成型。最后，加熱到800℃保溫淬油并進(jìn)行160℃回火。經(jīng)這種處理后，接觸疲勞壽命L10比常規(guī)處理大幅度提高，其失效形式由常規(guī)處理的早期失效型變?yōu)槟p失效型。
軸承鋼經(jīng)820℃奧氏體化后在250℃進(jìn)行短時(shí)分級(jí)等溫空冷，接著進(jìn)行180℃回火，可使淬后的馬氏體中碳濃度分布更為均勻，沖擊韌性比常規(guī)淬回火提高一倍。因此，В.В.БЁЛОЗЕРОВ等提出把馬氏體的碳濃度均勻程度可作為熱處理零件的補(bǔ)充質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[6]。
2.3、馬氏體淬回火的變形及尺寸穩(wěn)定性
馬氏體淬回火過(guò)程中，由于零件各個(gè)部位的冷卻不均勻，不可避免地出現(xiàn)熱應(yīng)力和組織應(yīng)力而導(dǎo)致零件的變形。淬回火后零件的變形（包括尺寸變化和形狀變化）受很多因素影響，是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問(wèn)題。如零件的形狀與尺寸、原始組織的均勻性、淬火前的粗加工狀態(tài)（車削時(shí)進(jìn)刀量的大小、機(jī)加工的殘余應(yīng)力等）、淬火時(shí)的加熱速度與溫度、工件的擺放方式、入油方式、淬火介質(zhì)的特性與循環(huán)方式、介質(zhì)的溫度等均影響零件的變形。國(guó)內(nèi)外對(duì)此進(jìn)行了大量的研究，提出不少控制變形的措施，如采用旋轉(zhuǎn)淬火、壓模淬火、控制零件的入油方式等[11,13，18]。Beck等人的研究表明：由蒸氣膜階段向沸騰期的轉(zhuǎn)變溫度過(guò)高時(shí)，大的冷速而產(chǎn)生大的熱應(yīng)力使低屈服點(diǎn)的奧氏體發(fā)生變形而導(dǎo)致零件的畸變。Lübben 等人認(rèn)為變形是單個(gè)零件或零件之間浸油不均勻造成，尤其是采用新油是更易出現(xiàn)這種情形。Tensi等人認(rèn)為：在Ms點(diǎn)的冷卻速度對(duì)變形起決定性作用，在Ms點(diǎn)及以下溫度采用低的冷速可減少變形。Volkmuth等人[13]系統(tǒng)研究了淬火介質(zhì)（包括油及鹽?。?duì)圓錐滾子軸承內(nèi)外圈的淬火變形。結(jié)果表明：由于冷卻方式不同，套圈的直徑將有不同程度的“增大”，且隨介質(zhì)溫度的提高，套圈大小端的直徑增大程度趨于一致，即“喇叭”狀變形減小，同時(shí)，套圈的橢圓變形（單一徑向平面內(nèi)的直徑變動(dòng)量Vdp、VDp）減??；內(nèi)圈因剛度較大，其變形小于外圈。
馬氏體淬回火后零件的尺寸穩(wěn)定性主要受三種不同轉(zhuǎn)變的影響[12,14]：碳從馬氏體晶格中遷移形成ε-碳化物、殘余奧氏體分解和形成Fe3C，三種轉(zhuǎn)變相互疊加。50~120℃之間，由于ε-碳化物的沉淀析出，引起零件的體積縮小，一般零件在150℃回火后已完成這一轉(zhuǎn)變，其對(duì)零件以后使用過(guò)程中的尺寸穩(wěn)定性的影響可以忽略；100~250℃之間，殘余奧氏體分解，轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體，將伴隨著體積漲大；200℃以上，ε-碳化物向滲碳體轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致體積縮小。研究也表明：殘余奧氏體在外載作用下或較低的溫度下（甚至在室溫下）也可發(fā)生分解，導(dǎo)致零件尺寸變化。因此，在實(shí)際使用中，所有的軸承零件的回火溫度應(yīng)高于使用溫度50℃，對(duì)尺寸穩(wěn)定性要求較高的零件要盡量降低殘余奧氏體的含量，并采用較高的回火溫度。
3、貝氏體等溫淬火
3.1、貝氏體淬火的組織與力學(xué)性能
高碳鉻軸承鋼經(jīng)下貝氏體淬火后，其組織由下貝氏體、馬氏體和殘余碳化物組成。其中貝氏體為不規(guī)則相交的條片，條片為碳過(guò)飽和的α結(jié)構(gòu)，其上分布著與片的長(zhǎng)軸成55~60°的粒狀或短桿狀的碳化物，空間形態(tài)為凸透鏡狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)纏結(jié)，未發(fā)現(xiàn)有孿晶亞結(jié)構(gòu)。貝氏體的數(shù)量及形態(tài)因工藝條件不同而各異。隨淬火溫度的升高，貝氏體條變長(zhǎng)；等溫溫度升高，貝氏體條變寬，碳化物顆粒變大，且貝氏體條之間的相交的角度變小，逐趨向于平行排列，形成類似與上貝氏體的結(jié)構(gòu)；貝氏體轉(zhuǎn)變是一個(gè)與等溫轉(zhuǎn)變時(shí)間有關(guān)的過(guò)程，等溫淬火后的貝氏體量隨等溫時(shí)間的延長(zhǎng)而增加[5,19]。
高碳鉻軸承鋼下貝氏體組織能提高鋼的比例極限、屈服強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和斷面收縮率，與淬回火馬氏體組織相比，具有更高的沖擊韌性、斷裂韌性及尺寸穩(wěn)定性，表面應(yīng)力狀態(tài)為壓應(yīng)力，高的門坎值ΔKth和低的裂紋擴(kuò)展速度da/dN則代表貝氏體組織不易萌生裂紋，已有的裂紋或新萌生的裂紋也不易擴(kuò)展[2,19,20]。
一般認(rèn)為,全貝氏體或馬/貝復(fù)合組織的耐磨性和接觸疲勞性能低于淬火低溫回火馬氏體，與相近溫度回火的馬氏體組織的耐磨性和接觸疲勞性能相近或略高。但潤(rùn)滑不良條件下(如煤漿或水這類介質(zhì))，全BL組織呈現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性，具有比低溫回火的M組織還要高的接觸疲勞壽命，如水潤(rùn)滑時(shí)全BL組織的L10=168h，回火M組織的L10=52h[21]。
3.2、應(yīng)用效果
BL組織的突出特點(diǎn)是沖擊韌性、斷裂韌性、耐磨性、尺寸穩(wěn)定性好，表面殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力。因此適用于裝配過(guò)盈量大、服役條件差的軸承，如承受大沖擊負(fù)荷的鐵路、軋機(jī)、起重機(jī)等軸承，潤(rùn)滑條件不良的礦山運(yùn)輸機(jī)械或礦山裝卸系統(tǒng)、煤礦用軸承等。高碳鉻軸承鋼BL等溫淬火工藝已在鐵路、軋機(jī)軸承上得到成功應(yīng)用，取得了較好效果。
(1)擴(kuò)大了GCr15鋼應(yīng)用范圍，一般地GCr15鋼M淬火時(shí)套圈有效壁厚在12mm以下，但BL淬火時(shí)由于硝鹽冷卻能力強(qiáng)，若采用攪拌、串動(dòng)、加水等措施，套圈有效壁厚可擴(kuò)大至28 mm左右。
(2)硬度穩(wěn)定、均勻性好
由于BL轉(zhuǎn)變是一個(gè)緩慢過(guò)程，一般GCr15鋼需4h，GCr18Mo鋼需5h，套圈在硝鹽中長(zhǎng)時(shí)間等溫，表面心部組織轉(zhuǎn)變幾乎同時(shí)進(jìn)行，因此硬度穩(wěn)定、均勻性好，一般GCr15鋼BL淬火后硬度在59～61HRC,均勻性≤1 HRC，不象M 淬火時(shí)套圈壁厚稍大一些就出現(xiàn)硬度低、軟點(diǎn)、均勻性差等問(wèn)題。
(3)減少淬火、磨削裂紋
在鐵路、軋機(jī)軸承生產(chǎn)中，由于套圈尺寸大、重量重，油淬火時(shí)M組織脆性大，為使淬火后獲得高硬度常采取強(qiáng)冷卻措施，結(jié)果導(dǎo)致淬火微裂紋；由于M淬火后表面為拉應(yīng)力，在磨加工時(shí)磨削應(yīng)力的疊加使整體應(yīng)力水平提高，易形成磨削裂紋，造成批量廢品。而B(niǎo)L淬火時(shí)，由于BL組織比M組織韌性好得多，同時(shí)表面形成高達(dá)-400～-500MPa的壓應(yīng)力，極大地減小了淬火裂紋傾向[19]；在磨加工時(shí)表面壓應(yīng)力抵消了部分磨削應(yīng)力，使整體應(yīng)力水平下降，大大減少了磨削裂紋。
?。?）軸承使用壽命提高
對(duì)于承受大沖擊載荷的鐵路、軋機(jī)軸承等，經(jīng)M淬火后使用時(shí)主要失效形式為：裝配時(shí)內(nèi)套開(kāi)裂，使用過(guò)程中受沖擊外圈擋邊掉塊、內(nèi)圈碎裂，而等溫淬火軸承由于沖擊韌性好、表面壓應(yīng)力，無(wú)論裝配時(shí)內(nèi)套開(kāi)裂，還是使用過(guò)程中外套擋邊掉塊、內(nèi)套碎裂傾向性大大減小，且可降低滾子的邊緣應(yīng)力集中。因此，經(jīng)等溫淬火后比M淬火后平均壽命及可靠性提高。
SKF公司把高碳鉻軸承鋼貝氏體等溫淬火工藝主要應(yīng)用于鐵路軸承、軋機(jī)軸承以及在特殊工況下使用的軸承，同時(shí)開(kāi)發(fā)了適合于貝氏體淬火的鋼種（SKF24、SKF25、100Mo7）[19]。其淬火時(shí)采用較長(zhǎng)的等溫時(shí)間，淬后得到全下貝氏體組織。近來(lái)SKF又研制出一種新鋼種775V[22]，并通過(guò)特殊的等溫淬火得到更均勻的下貝氏體，淬后硬度增加的同時(shí)其韌性比常規(guī)等溫淬火提高60%，耐磨性提高了3倍，處理的套圈壁厚超過(guò)100mm。部分等溫后得到M/BL復(fù)合組織的性能尚有爭(zhēng)議，如BL的含量多少為最佳等。即使有一最佳含量，在生產(chǎn)實(shí)際中如何控制，且復(fù)合組織在等溫后還需進(jìn)行一次附加回火，增加了生產(chǎn)成本。FAG公司主要采用貝氏體分級(jí)淬火工藝，其具體的工藝狀況不詳。
4、滲碳、滲氮及碳氮共滲
4.1、低碳鋼滲碳、滲氮及碳氮共滲
滲碳是傳統(tǒng)的表面化學(xué)熱處理工藝，滲碳鋼（低碳低合金鋼、低碳高合金高溫滲碳鋼）經(jīng)滲碳淬火后表面高硬耐磨、心部強(qiáng)韌。滲碳工藝發(fā)展一方面是滲碳介質(zhì)的改進(jìn)，如加入增加滲速的添加劑，采用強(qiáng)滲--擴(kuò)散的交替循環(huán)工藝提高滲速、改善滲層組織等。
隨著真空技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了真空低壓滲碳及等離子滲碳。易普森等公司[23]開(kāi)發(fā)的乙炔低壓滲碳工藝是在10mbar以下的低壓下，以乙炔為滲碳介質(zhì)在真空爐內(nèi)進(jìn)行。其特點(diǎn)是滲速快、滲層均勻、碳黑少、滲后工件光亮；另外，對(duì)滲層要求較薄的沖壓滾針軸承類零件碳氮共滲或滲碳而言，滲層深度、成分的控制及如何提高滲速更是一大難題，采用真空低壓滲碳技術(shù)將有利用解決這些問(wèn)題。
對(duì)高合金滲碳鋼進(jìn)行等離子滲碳可提高滲速、減少表面粗大碳化物的形成[24]。對(duì)低碳鋼制滾針軸承內(nèi)外圈及保持架采用滲氮或碳氮共滲，可提高其耐磨性及耐蝕性、降低摩擦系數(shù)。
4.2、高碳鉻軸承鋼的滲碳或碳氮共滲
高碳鉻軸承鋼一般是整體淬硬，淬后的殘余應(yīng)力為表面拉應(yīng)力狀態(tài)，易造成淬火裂紋、降低軸承的使用性能。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行滲碳、滲氮或碳氮共滲，提高表層的碳、氮含量，降低表面層的Ms點(diǎn)，在淬火過(guò)程中表面后發(fā)生轉(zhuǎn)變而形成表面壓應(yīng)力，提高耐磨性及滾動(dòng)接觸疲勞性能[25，26]。最近的研究還表明：高碳鉻軸承鋼經(jīng)滲碳或碳氮共滲后還可提高軸承在污染條件下的接觸疲勞壽命[25~27]。一般，在淬火加熱時(shí)，通過(guò)控制氣氛的碳（氮）勢(shì)，可達(dá)到以上目的。但如果對(duì)高碳鉻軸承鋼進(jìn)行超常滲碳（碳勢(shì)>2%），則必須加大加工余量，去除滲碳淬火后表層的粗大碳化物。
4.3、工藝控制
滲碳（滲氮或碳氮共滲）氣氛的檢測(cè)和控制是關(guān)鍵參數(shù)，最早是采用露點(diǎn)儀、CO2紅外分析儀，目前主要采用氧探頭來(lái)檢測(cè)碳勢(shì)（或氮?jiǎng)荩?，其反?yīng)速度快，可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，配合CO2紅外分析儀或其他測(cè)量措施（如易普森開(kāi)發(fā)的HydroNit探頭[28]）可對(duì)碳勢(shì)（或氮?jiǎng)荩?shí)行精確控制。
工藝控制的另一方面是滲碳（滲氮或碳氮共滲）過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬控制。碳在鋼中傳遞和擴(kuò)散的計(jì)算機(jī)模擬開(kāi)始于20世紀(jì)80年代，之后進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了人機(jī)對(duì)話軟件（Carb-o-Prof），使人們可以現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算不同鋼種在滲碳過(guò)程中任一時(shí)間碳的傳遞與擴(kuò)散速度。該軟件考慮了溫度、碳勢(shì)等工藝參數(shù)變化的影響，可以實(shí)現(xiàn)所需的表面碳含量及滲層深度的工藝參數(shù)的計(jì)算，并能根據(jù)工藝過(guò)程中的參數(shù)發(fā)生的變化或出現(xiàn)的干擾自動(dòng)調(diào)整碳勢(shì)、滲碳時(shí)間等工藝參數(shù)，以達(dá)到工件預(yù)定的要求。最近，又推出了“Carb-o-Prof-Expert”專家系統(tǒng)。該軟件集成了大多數(shù)滲碳鋼及滲碳淬火的物理冶金知識(shí)、設(shè)備性能、工件的技術(shù)要求等數(shù)據(jù)，只要向計(jì)算機(jī)輸入工件的鋼種、重量、幾何尺寸、淬透性、滲層要求及爐型等數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)便會(huì)輸出一個(gè)滲碳工藝，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)該工藝[29]。
5表面改性技術(shù)
5.1、離子注入
離子注人與其他表面強(qiáng)化技術(shù)相比，具有以下的顯著優(yōu)點(diǎn)：(1)離子注人后的零件，能很好地保持原有的尺寸精度和表面粗糙度，不需要再做其它表面加工處理,很適合于航空軸承等精密零件生產(chǎn)的最后一道工序；(2)原則上不受冶金學(xué)或平衡相圖的限制，可根據(jù)零件的工作條件和技術(shù)要求，選擇需要的任何注人元素，注人劑量和能量，獲得預(yù)期的高耐磨性或耐腐蝕性等特殊要求的軸承表面，靈活性大，實(shí)用性強(qiáng)，對(duì)基體材料的選擇也可以適當(dāng)放寬，從而可節(jié)省貴重的高合金鋼材和其它貴重金屬材料；(3)注入層與基體材料結(jié)合牢固可靠、無(wú)明顯界面，在使用中不會(huì)產(chǎn)生脫落和剝皮現(xiàn)象，這對(duì)提高軸承壽命和工作可靠性來(lái)說(shuō)非常重要；(4)離子注人是一個(gè)非高溫過(guò)程，可以在較低的溫度下完成，零件不會(huì)發(fā)生回火、變形和表面氧化；（5）具有很好的可控性和重復(fù)性。歐美等國(guó)對(duì)離子注入進(jìn)行了大量的研究[30~37]。
美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室從1979年起進(jìn)行了軸承零件離子注入的研究，英國(guó)、丹麥和葡萄牙等國(guó)從1989年開(kāi)始進(jìn)行與美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室類似的工作。結(jié)果表明：注入鉻離子能顯著提高M(jìn)50鋼的抗腐蝕性能，而且抗接觸疲勞性能也有所提高；此外還用注人硼離子來(lái)提高儀表軸承的抗磨損能力；對(duì)軸承鋼52100進(jìn)行氮等離子源離子注入（PSⅡ）后在表面形成薄層氮化物，可提高軸承鋼的耐蝕性，用于代替昂貴的不銹鋼；對(duì)SUS440C不銹鋼球軸承進(jìn)行氮、硼離子注入可減小球軸承微小擺動(dòng)的微振磨損及軸承的灰塵排放，另外，對(duì)不銹鋼進(jìn)行（Ti+N）或（Ta+N）等離子體浸沒(méi)離子注入（PSⅢ）可顯著提高其顯微硬度、耐磨性和壽命。
5.2、表面涂覆
表面涂覆技術(shù)包括：物理氣相沉積（PVD）、化學(xué)氣相沉積（CVD）、射頻濺射（RF）、離子噴涂（Plasma spraying coating, PSC）、化學(xué)鍍等[38~42]。PVD與CVD相比，其工藝過(guò)程中被處理工件的溫生低，鍍后不需再進(jìn)行熱處理，再軸承零件的表面處理中得到較廣泛的應(yīng)用。100Cr6、440C等鋼制軸承零件經(jīng)PVD、CVD或RF鍍TiC、TiN、TiAlN等后，可提高軸承零件的耐磨性、接觸疲勞抗力，降低表面摩擦系數(shù)。
SKF公司近年來(lái)開(kāi)發(fā)了兩種涂鍍技術(shù)：一是采用PVD在軸承套圈及滾動(dòng)體表面鍍硬度極高的金剛石結(jié)構(gòu)的碳（Diamond-Like Carbon, DLC），表面硬度比淬硬軸承鋼高40~80%、摩擦系數(shù)類似于PTFE或MoS2，具有自潤(rùn)滑特性，且與基體結(jié)合良好、無(wú)剝落，軸承壽命、耐磨性大幅度提高，在斷油的情況下仍可正常工作，被稱為“NoWear bearing”[38]; 二是采用PSC在軸承的外圈外圓面噴涂一層100μm后的氧化鋁，使軸承的絕緣能力高達(dá)1000V以上，通過(guò)增加氧化鋁的厚度使軸承具有更高絕緣能力。涂鍍的氧化鋁與基體結(jié)合牢固，還可提高軸承的耐蝕性，鍍后的軸承（INSOCOATTM bearing）可像一般軸承一樣進(jìn)行安裝[39]。
低溫離子滲硫是20世紀(jì)80年代后期出現(xiàn)的表面改性技術(shù)。其基本原理與離子滲氮相似，在一定的真空度下，利用高壓直流電使含硫氣體電離，生成的硫離子轟擊工件表面，在工件表面與鐵反應(yīng)生成以FeS為主的10μm左右厚的硫化物層。硫化物是良好的固體潤(rùn)滑劑，有效地降低鋼件接觸表面的摩擦系數(shù)，且隨載荷增大，摩擦系數(shù)進(jìn)一步降低，因此可以大大提高重載下軸承的耐磨性，軸承的壽命可提高3倍左右。
低溫磷化與滲硫的作用相似。通過(guò)把工件放置于40℃的TAP溶液（磷酸十三烷酸脂）中浸滲4h可在工件表面獲得0.05~0.25μm厚的Fe2O3和Fe4(P2O7)3的表面層，降低摩擦系數(shù)、提高耐磨性。經(jīng)磷化的M50鋼軸承在短期斷油的情況下不出現(xiàn)卡死，提高了軸承的可靠性[36]。
擴(kuò)散滲鉻是用氣體方法（粉末法）在850~1100℃進(jìn)行，時(shí)間為1~9h，根據(jù)零件所用鋼種（ШХ15、95Х18、55СМ5Ф?。┘靶阅苄枰x用相應(yīng)的溫度和時(shí)間，在軸承生產(chǎn)及修復(fù)中均可使用。滲后擴(kuò)散層由Cr2(NC)3、(Cr, Fe)23C6及(Cr, Fe)7C3組成，層深16~27μm，硬度1650~1900HV。滲鉻并進(jìn)行常規(guī)熱處理后，耐熱性、耐蝕性、耐磨性及接觸疲勞強(qiáng)度均明顯提高[42]。
6、表面加熱淬火
感應(yīng)加熱表面淬火是使用較為廣泛的方法之一，原蘇聯(lián)對(duì)對(duì)這一工藝的理論和生產(chǎn)應(yīng)用開(kāi)展了較多的研究[43~48]，其主要應(yīng)用場(chǎng)合分兩類：一是鐵路軸承的表面感應(yīng)加熱淬火，采用新材料ШХ4鋼制的套圈經(jīng)感應(yīng)加熱淬火后，表面為硬而耐磨的馬氏體組織，心部為韌性較好的索氏體、屈氏體，表面為高達(dá)500Mpa的壓應(yīng)力，其使用壽命比ШХ15СГ制軸承高1倍，并且完全消除了套圈使用時(shí)突然脆斷的現(xiàn)象，提高了軸承的可靠性，性能與低碳鋼滲碳淬火相似，但成本遠(yuǎn)低于后者。同時(shí)，也開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的專用感應(yīng)器和淬火設(shè)備，并把這一材料及感應(yīng)淬火的成果推廣到要求耐磨和高韌性的軋機(jī)軸承等重載軸承；感應(yīng)加熱表面淬火的另一應(yīng)用是特大型軸承的熱處理，減少大型軸承套圈的淬火變形和硬度不均勻性，同時(shí)節(jié)省設(shè)備的投資費(fèi)用。日本[47]把表面感應(yīng)加熱淬火成功地應(yīng)用于汽車等速完向節(jié)的熱處理，包括階梯軸、殼體內(nèi)表面及滾道的淬火均由特制的感應(yīng)圈一次加熱完成。高頻熱處理和冷鍛技術(shù)的應(yīng)用使生產(chǎn)成本大大降低，產(chǎn)品的可靠性也大幅度提高。
激光等高能束表面熱處理是近年來(lái)開(kāi)發(fā)的新的熱處理方法[49~50]，使用較多的CO2激光束。通過(guò)激光加熱可獲得0.25~2.0mm的硬化層，與其他表面硬化方法相比，其具有硬化層深度及位置控制精確、無(wú)變形等優(yōu)點(diǎn)。高碳鉻軸承鋼零件經(jīng)表面激光硬化后淬硬層的馬氏體極細(xì)小、碳化物分布更均勻、殘余奧氏體極少，比一般淬回火具有更高硬度和滑動(dòng)耐磨性。另外，激光等高能束還可作為表面涂覆工藝的熱源，一次可完成表面淬火和涂覆過(guò)程，尤其是近年來(lái)納米技術(shù)的發(fā)展，這一復(fù)合工藝過(guò)程在精密軸承零件的表面處理中將有廣闊的應(yīng)用前景。
7、軸承熱處理裝備
7.1、退火設(shè)備
工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家早在20世紀(jì)六七十年代全面推廣推桿式和輥底式等溫球化退火爐，縮短退火周期，節(jié)約能源，提高退火質(zhì)量。隨著軸承零件加工技術(shù)的發(fā)展，精密鍛造及精密輾擴(kuò)（冷輾）工藝的采用，零件毛坯的加工精度越來(lái)越高，逐步推廣少無(wú)車削工藝，由此帶來(lái)了對(duì)保護(hù)氣氛退火的需求。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已普遍采用保護(hù)氣氛退火，以減少退火后的機(jī)加工量，提高加工效率，節(jié)材節(jié)能，降低成本。
7.2、常規(guī)馬氏體淬火的工裝設(shè)備
傳統(tǒng)的加熱設(shè)備是不帶保護(hù)氣氛的箱式爐、鹽浴爐或井式爐，近幾十年來(lái)，馬氏體淬火的工裝設(shè)備發(fā)展主要集中在以下幾個(gè)方面：
（1）自動(dòng)化生產(chǎn)線
目前，國(guó)外采用的自動(dòng)生產(chǎn)線按其結(jié)構(gòu)（或工件在爐中的運(yùn)動(dòng)方式）可分為：有馬弗網(wǎng)帶爐和無(wú)馬弗網(wǎng)帶爐、鑄鏈爐、輥底爐、滾筒爐系列生產(chǎn)線，從上料、前清洗、保護(hù)氣氛（或可控氣氛）下加熱、淬火、后清洗（有時(shí)還進(jìn)行二次深冷）及回火均自動(dòng)完成。自動(dòng)化程度及控制精度高，處理后工件的質(zhì)量均勻，有些生產(chǎn)線還配有在線檢測(cè)設(shè)備對(duì)處理后的工件進(jìn)行變形或質(zhì)量檢測(cè)與控制，整條熱處理生產(chǎn)線可作為軸承自動(dòng)生產(chǎn)線的一部分使用。不同的熱處理生產(chǎn)線根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)適用于不同類型和尺寸軸承零件的熱處理，如網(wǎng)帶爐適用于中小型軸承套圈；輥底爐配有自動(dòng)升降淬火裝置，適用于尺寸較大的軸承零件；滾筒爐適用于滾動(dòng)體及小型套圈。
（2）多用爐
多用爐把可控氣氛加熱和保護(hù)氣氛下淬火結(jié)合為一體，完成工件的無(wú)氧化淬火工藝過(guò)程，主要適用于小批量多品種的軸承零件熱處理。
（3）感應(yīng)加熱淬回火設(shè)備
感應(yīng)加熱具有加熱速度快、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，處理后的工件具有一些常規(guī)加熱所沒(méi)有的性能。設(shè)備體積小，易于集成到軸承生產(chǎn)線中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。
（4）真空爐
真空狀態(tài)下加熱可減少或避免工件的氧化，配合高壓氣淬可控制工件的冷卻及變形，避免了油淬帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)清潔熱處理，另外，真空熱處理后，工件的顯微組織更加細(xì)小均勻，表面與心部組織一致，硬度均勻，有利于軸承疲勞壽命的提高。
（5）淬火冷卻介質(zhì)及裝備
淬火介質(zhì)可分為三大類：油基、水基和氣體淬火介質(zhì)。
油基淬火介質(zhì)是最常用的淬火介質(zhì)。普通的淬火油是N32或N15機(jī)械油，為提高其冷卻性能、抗老化性能、光亮性能、高溫性能等分別加入催冷劑、清洗劑、光亮劑、抗氧化劑，形成了快速油、快速光亮油、高溫分級(jí)等溫油等系列淬火油以應(yīng)用于不同尺寸和要求的軸承零件的淬火，另外還有低揮發(fā)性的真空淬火油。油基淬火介質(zhì)的缺點(diǎn)是淬火過(guò)程中產(chǎn)生油煙造成空氣污染、在隨后的清洗過(guò)程中造成水污染。
水基淬火介質(zhì)是由有機(jī)聚合物、抗腐蝕劑和其他添加劑組成的水溶液。通過(guò)改變有機(jī)聚合物的類型和濃度可得到不同的冷卻特性以適合于不同軸承零件的淬火冷卻要求，在淬火冷卻過(guò)程中，有機(jī)物附著在零件表面可減少零件淬火開(kāi)裂的危險(xiǎn)性，且不產(chǎn)生油煙，清洗方便，無(wú)污染，是淬火介質(zhì)的發(fā)展方向。其不足是抗老化性能不如油基淬火介質(zhì)，需對(duì)溶液經(jīng)常進(jìn)行測(cè)試，定期添加有機(jī)物溶液以保證其冷卻性能。
氣體淬火是采用惰性氣體為介質(zhì)（常用的氮?dú)猓?，把壓縮氣體通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的噴嘴噴射到工件表面實(shí)現(xiàn)工件的淬火冷卻。通過(guò)調(diào)節(jié)氣體的壓力和噴嘴的結(jié)構(gòu)可以控制冷卻特性和變形，如Tinscher等人的研究[11]表明：當(dāng)?shù)獨(dú)獾牧魉龠_(dá)到100m/s時(shí)，其冷卻特性與油相近，當(dāng)對(duì)工件的表面的光亮度沒(méi)有特殊的要求時(shí)，可采用壓縮空氣作為淬火介質(zhì)，淬火時(shí)表面形成的3~5μm的氧化層可通過(guò)以后的磨加工去除掉。氣體淬火比水基淬火更潔凈，且成本更低，其關(guān)鍵技術(shù)是噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
淬火冷卻裝備是除淬火介質(zhì)外影響工件淬火效果的另一大因素。國(guó)外對(duì)常用的淬火油槽實(shí)行多參數(shù)控制，如油溫、油的冷卻特性、油的循環(huán)與攪拌的方向及速度、工件入油的方式等，以求得到最佳的淬火組織與性能，同時(shí)把變形減小到最小程度。日本NSK等著名軸承公司對(duì)淬火油進(jìn)行定期或在線檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果添加所需的添加劑或更新淬火油；另一方面，對(duì)淬火后工件的變形進(jìn)行在線檢測(cè)，把變形超差的工件自動(dòng)分檢出去，進(jìn)行矯正后再進(jìn)入下道工序，可大大減小工件的磨加工留量。另外，油槽中淬火介質(zhì)的冷卻逐步由水循環(huán)冷卻改為全風(fēng)冷，利用空氣作為冷卻介質(zhì)節(jié)省大量的水資源。
多工位自動(dòng)淬火壓床也是國(guó)外普遍采用的淬火工裝，可自動(dòng)完成升降、上下料、噴油冷卻、油溫調(diào)節(jié)及張緊（或壓力）的調(diào)節(jié)等動(dòng)作，微機(jī)控制，生產(chǎn)節(jié)拍可調(diào)，可作為軸承自動(dòng)生產(chǎn)線的一部分適用。
（6）清洗設(shè)備
清洗通常是油淬后的必備工序。連續(xù)生產(chǎn)線所用的清洗設(shè)備一般完成熱皂水浸泡、清水噴淋、熱風(fēng)烘干等過(guò)程，并帶有油水分離裝置。先進(jìn)的清洗設(shè)備中，在烘干前還加有二次冷卻裝置（配有制冷設(shè)備，溫度在5~10℃之間可調(diào)），以減少殘余奧氏體的含量，提高尺寸穩(wěn)定性。
真空清洗是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的清洗設(shè)備。其利用淬火油等揮發(fā)性液體減壓后沸點(diǎn)下降和油、水、水蒸氣等有機(jī)液一起加熱其沸點(diǎn)亦下降的原理進(jìn)行清洗；另外，使用特殊的氣、液混合泵產(chǎn)生微小的空氣泡混入清洗液中，利用微氣泡在工件表面破裂時(shí)產(chǎn)生的爆破力破壞污漬和工件的結(jié)合力，從而進(jìn)一步提高真空清洗的效果。在前室清洗后，進(jìn)入后真空室，通過(guò)抽真空將殘存的油和水蒸發(fā)出來(lái)并進(jìn)行真空快速干燥。該類清洗設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是：清洗效果好，尤其是對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，清洗效果更為顯著，清洗后工件表面光亮；安全、清潔，清洗液為清水，不加對(duì)環(huán)境有害的氯化物和石油類溶劑；自動(dòng)化程度高，且可利用清洗加熱替代低溫回火，節(jié)省回火費(fèi)用。
7.3、貝氏體等溫淬火裝備
根據(jù)軸承加工的特點(diǎn)，所使用的設(shè)備主要有兩大類：自動(dòng)生產(chǎn)線和周期爐。
（1）自動(dòng)生產(chǎn)線： 品種少、批量大的軸承適合自動(dòng)化生產(chǎn)，如鐵路軸承的生產(chǎn)多使用自動(dòng)生產(chǎn)線。自動(dòng)生產(chǎn)線主要由保護(hù)氣氛加熱爐和等溫淬火槽組成，其中等溫淬火部分所用設(shè)備按運(yùn)送工件的動(dòng)作又可分為三類：轉(zhuǎn)底、推盤及輸送帶式。由愛(ài)協(xié)林公司開(kāi)發(fā)的轉(zhuǎn)底、推盤式等溫淬火設(shè)備是把轉(zhuǎn)底或推盤機(jī)構(gòu)置于等溫鹽浴中，工件按一定的節(jié)拍進(jìn)出，記憶控制順序出料，動(dòng)作由PLC程序控制，該類設(shè)備自動(dòng)化程度高，投資大；由沙菲公司開(kāi)發(fā)的輸送帶式等溫淬火自動(dòng)線與目前普遍使用的網(wǎng)帶式保護(hù)氣氛淬火自動(dòng)線結(jié)構(gòu)原理相似，只是所用淬火介質(zhì)為鹽浴，這類設(shè)備一般只適用于小尺寸的零件。
（2）周期式等溫淬火設(shè)備：軋機(jī)軸承由于品種多、批量小，中小型軋機(jī)軸承生產(chǎn)廠家多采用箱式爐+淬火冷卻槽+等溫槽+清洗槽，也有采用箱式爐+多個(gè)等溫槽。該配置投資少，適用性強(qiáng)，但勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全性差。易普森公司把多用爐和貝氏體淬火等溫結(jié)合為一體,避免了由加熱設(shè)備到等溫淬火之間的氧化,且等溫采用空氣爐,配一套殘鹽回收系統(tǒng),避免了殘鹽的環(huán)境污染。除此之外，可利用多用爐的特點(diǎn)進(jìn)行小批量多品種軸承零件的處理，克服了一般自動(dòng)等溫設(shè)備的尺寸限制。目前，在貝氏體等溫淬火大力推廣之際，該設(shè)備具有很大的推廣價(jià)值。
3.4 保護(hù)氣氛及控制
隨著對(duì)工件淬火后表面質(zhì)量要求的提高，保護(hù)（可控）氣氛加熱越來(lái)越普及，包括退火在內(nèi)的熱處理均采用保護(hù)（或可控）氣氛加熱。20世紀(jì)70年代，主要采用吸熱式氣氛。吸熱式氣氛是原料氣和空氣的混合氣體在催化劑的作用下部分反應(yīng)形成一種含18～23%CO、37～ 42%H2、余量N2的保護(hù)氣氛。80年代，國(guó)際能源危機(jī)給世界經(jīng)濟(jì)以巨大沖擊，氮基氣氛應(yīng)運(yùn)而生，氮-甲醇?xì)夥盏慕M份與吸熱式氣氛相近，以氮-甲醇為代表的氮基氣氛得到廣泛推廣。90年代，出現(xiàn)了把空氣和碳?xì)浠衔镏苯油ㄈ敫哂?00°C爐膛內(nèi)的產(chǎn)氣方法，即直生式氣氛。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，這種含有高CH4成分的氣氛，雖然其氣體反應(yīng)達(dá)不到類似于吸熱式氣氛的平衡程度，但其碳的傳輸能力還是由氣氛中CO與H2的含量來(lái)控制，用氧探頭結(jié)合CO2 分析儀進(jìn)行碳勢(shì)控制是可以實(shí)現(xiàn)的。直生式氣氛的主要優(yōu)點(diǎn)是大量節(jié)省了原料氣消耗量，據(jù)統(tǒng)計(jì)這種氣氛無(wú)論用在周期式氣氛爐還是連續(xù)性氣氛爐，其原料氣消耗節(jié)省費(fèi)用70%左右。今天，全球約有300多臺(tái)套氣氛爐使用這種氣氛進(jìn)行滲碳、碳氮共滲、保護(hù)氣氛淬火等多種熱處理。
近幾年的實(shí)際應(yīng)用表明，氧探頭的使用壽命是不定的，氧探頭信號(hào)的逐步漂移是固定電解質(zhì)的典型缺陷所致。由于這種漂移主要受爐子運(yùn)行工況的影響，而且漂移的開(kāi)始及大幅度的漂移是不可預(yù)見(jiàn)的，所以由氧探頭測(cè)量的碳勢(shì)與實(shí)際值之間差異也是不可預(yù)見(jiàn)的。因此，人們定期校驗(yàn)其測(cè)量精度，例如，一個(gè)星期一次，用鋼箔定碳片來(lái)檢測(cè)氧探頭信號(hào)是否失真，這真是一個(gè)麻煩的工作，不利于爐子實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，有時(shí)甚至?xí)绊懻Ｉa(chǎn)。鑒于上述原因，Ipsen開(kāi)發(fā)了一個(gè)雙重測(cè)量系統(tǒng)。 其中一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)氧探頭用于正常的控制碳勢(shì)，另一個(gè)獨(dú)立測(cè)量系統(tǒng)用于檢測(cè)這個(gè)氧探頭的工作狀況，即這兩個(gè)系統(tǒng)分別測(cè)量氣氛的碳勢(shì)，當(dāng)結(jié)果出現(xiàn)很大偏差時(shí)，就會(huì)報(bào)警。這第二個(gè)測(cè)量系統(tǒng)工作元件可以是CO2紅外分析儀，也可以是一個(gè)微型氧探頭（λ-探頭），迄今為止，已有許多氣氛爐安裝了這種雙重測(cè)量系統(tǒng)。
