專利名稱：一種高強(qiáng)度、高沖擊韌性軸承鋼及熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼的材料及其處理工藝技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及高強(qiáng)度、高沖擊韌性的軸承鋼及適用于該鋼種的熱處理工藝。
2.軸承生產(chǎn)所用的熱處理對(duì)GCr18Mo等是采用等溫處理，以獲得下貝氏體或下貝加馬氏體組織，需要熱處理的時(shí)間一般在四到五個(gè)小時(shí)。而對(duì)20Cr2Ni4A等滲碳鋼是采用滲碳處理，熱處理時(shí)間從幾十個(gè)小時(shí)到百八十小時(shí)，有的高達(dá)130-190小時(shí)。
它們?cè)谲嚰庸で岸夹枰蚧幚砉ば?，且費(fèi)用高。20Cr2Ni4A等滲碳鋼的深層滲碳處理滲碳工藝曲線見附

圖1。
從附圖1可以看出，20Cr2Ni4A等滲碳鋼的深層滲碳處理的總時(shí)間需要130-190小時(shí)，工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，從能源到補(bǔ)助材料消耗都很大。目前國(guó)內(nèi)軸承生產(chǎn)上對(duì)滲碳鋼基本上都采用這種類似工藝。滲碳周期長(zhǎng)。
GCr18Mo的等溫淬火工藝曲線見附圖2-1、2-2。
采用等溫處理對(duì)目前已用鋼種來(lái)講如果在Ms點(diǎn)以上10℃等溫，等溫時(shí)間需10小時(shí)方能得到下貝氏體組織，在Ms點(diǎn)以上50-60℃溫度等溫需等溫時(shí)間4小時(shí)，并且等溫處理，如果采用鹽浴、淬火后尚需增加清洗工件表面鹽膜工序，比直接高溫淬火復(fù)雜。
從目前普遍采用的軸承鋼進(jìn)行等溫和滲碳熱處理工藝來(lái)看，共同存在著生產(chǎn)周期長(zhǎng)，能耗大，原材料價(jià)格高，生產(chǎn)效率低，熱處理工藝復(fù)雜等問(wèn)題。
本發(fā)明的目的就是設(shè)計(jì)一種成本低、效益大、能耗小、壽命高，并可替代滲碳鋼的軋機(jī)、鐵路機(jī)車車輛等軸承用的鋼材。該鋼對(duì)于軸承套圈有效壁厚小于45mm可以直接用高溫淬火處理或?qū)τ谳S承套圈有效壁厚大于45mm直接用電頻率表面1000-8000Hz高頻淬火這一簡(jiǎn)單熱處理工藝，就可獲得GCr18Mo等溫處理或20Cr2Ni4A滲碳處理所獲得的機(jī)械性能，而且有的機(jī)械性能，比如ak沖擊值，壓入塑性變形的抗力等又高于GCr18Mo等溫處理和20Cr2Ni4A滲碳方法所獲得的機(jī)械性能。
1.首先考慮到Si、Mn彈簧鋼的特性。如果1.2-1.8％ Si和0.55-0.85％Mn的滲入，將提高鋼材的硬度，提高強(qiáng)度及耐沖擊性能，并能增加淬透性及回火穩(wěn)定(Si能阻止馬氏體分解)。
2.Mo(鉬)當(dāng)有Cr存在的情況下(FeMo)23C6優(yōu)先生成，在這種碳化物中，Cr、V都能溶解。在0.5％Mo左右，基本消除鋼回火脆，當(dāng)Mo含量高于0.8％消除回火脆效果不明顯。一般合金鋼中Mo含量在0.15-0.6(％)，鉬的碳化物在較高溫度時(shí)，不會(huì)全部溶解，由于它彌散分布，故能細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度、韌性。
3.V(釩)合金鋼中，釩的含量一般不大于0.5％，在0.2-0.5范圍內(nèi)，與Cr、Mn、Si復(fù)合作用，提高強(qiáng)度，使彈性極限和比例極限幾倍提高，它能提高淬透性，細(xì)化晶粒，提高晶粒粗化溫度，阻止馬氏體分解，增強(qiáng)回火穩(wěn)定性，特別降低鉻、錳的回火脆。
4.C(碳)C含量在0.6％以下，對(duì)大壁厚的軸承，其淬透性、淬硬性都不好，為此提高含碳量在0.6-0.8％。如再提高將影響沖擊韌性等。
5.W(鎢)對(duì)軸承壽命有耐磨性，鎢在560高溫回火，能析出特殊的碳化物，W2C彌散分布，這就出現(xiàn)二次硬化，具有紅硬性，對(duì)提高耐磨性有顯著效應(yīng)。另外，鎢不產(chǎn)生回火脆，而且降低Mo、Cr、Ni元素所形成的回火脆。
6.稀土元素的加入，如鎂、鈰等能細(xì)化晶粒，提高鋼的強(qiáng)度和屈強(qiáng)比，對(duì)韌性等都起到良好的作用。
總之，通過(guò)以上元素的加入，可以組合成一個(gè)高強(qiáng)度、高韌性的新鋼種，來(lái)滿足作用條件惡劣情況下軸承特性的需求。
其熱處理工藝為對(duì)上述成份軸承套圈有效壁厚大于45mm以上尺寸段軸承在車加工后采用電頻率1000-8000Hz高頻表面淬火工藝，首先要在車加工前的軸承零件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，使零件得到索氏體組織；調(diào)質(zhì)處理工藝為淬火加高溫回火，其中淬火溫度為820-890℃±10℃，保溫時(shí)間按保溫系數(shù)1.2分/mm計(jì)算，淬火后進(jìn)行高溫回火，高溫回火溫度500-540℃±10℃，保溫時(shí)間按工件厚度不同為2-5小時(shí)，經(jīng)高溫回火后的鋼件車加工后再進(jìn)行高頻表面淬火處理，淬火溫度為820-890℃±10℃，表面淬火后進(jìn)行油回火，回火溫度為170-200℃，回火時(shí)間按工件有效厚度從3-6小時(shí)中選擇，零件出爐后空冷。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果是對(duì)于軸承套圈有效壁厚大于45mm以上尺寸段，由于采用本發(fā)明鋼種和熱處理工藝，可直接用高頻表面淬火處理工藝，不僅方法簡(jiǎn)單而且達(dá)到軸承的使用技術(shù)要求。它與傳統(tǒng)的工藝方案(等溫和滲碳工藝)相比，提高軸承的硬度，提高強(qiáng)度及耐沖擊性能。
附圖2-1為中大壁厚套圈等溫淬火工藝曲線。
附圖2-2為特大壁厚套圈等溫淬火工藝曲線。
附圖3為本發(fā)明調(diào)質(zhì)處理淬火工藝曲線圖。
附圖4本發(fā)明調(diào)質(zhì)處理高溫回火工藝曲線圖。
具體實(shí)施方式
下面用三個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
本發(fā)明的熱處理工藝為對(duì)上述成份軸承套圈有效壁厚大于45mm以上尺寸段軸承在車加工后采用電頻率1000-8000Hz高頻調(diào)質(zhì)處理工藝為淬火加高溫回火，其中淬火溫度為820-890℃±10℃，保溫時(shí)間按保溫系數(shù)1.2分/mm計(jì)算，淬火后進(jìn)行高溫回表面淬火工藝，首先要在車加工前的軸承零件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，使零到索氏體組織。
調(diào)質(zhì)處理工藝為淬火加高溫回火，其中淬火溫度為820-890℃±10℃，保溫時(shí)間按保溫系數(shù)1.2分/mm計(jì)算，淬火后進(jìn)行高溫回火工藝，高溫回火溫度500-540℃±10℃，保溫時(shí)間按工件厚度不同為2-5小時(shí)，經(jīng)高溫回火后的鋼件車加工后再進(jìn)行高頻表面淬火處理，淬火溫度為820-890℃±10℃，表面淬火后進(jìn)行油回火，回火溫度為170-200℃，回火時(shí)間按工件有效厚度從3-6小時(shí)中選擇，零件出爐后空冷。其調(diào)質(zhì)處理淬火和回火工藝曲線分別見附圖3、4。
表1 注1。新材料淬火后HRC大于下貝氏體，提高耐磨性。
2.新材料沖擊韌性高于目前軸承鋼，適用于大載荷、重沖擊工況下用軸承制造。
3.新材料徑向負(fù)荷與滲碳鋼和GCr18Mo相當(dāng)。
4.是高強(qiáng)度、壓入塑性形變抗力大的材料(拉伸試驗(yàn)，鉗口變形夾不信試樣表面無(wú)劃痕)。
本發(fā)明鋼種有如下特點(diǎn)1.本鋼種發(fā)明的抗壓負(fù)荷7.8-8.8噸，為GCr153.67噸的2-2.4倍，同于20Cr2Ni4A大于等于8噸的負(fù)荷。
2.淬火硬度HRC用φ85×85mm試樣，經(jīng)淬火中剖，測(cè)剖面上硬度，距元柱表面12mmHRC60-64。
3.沖擊韌性本鋼種沖擊韌性與多次沖擊疲勞強(qiáng)度很高，實(shí)驗(yàn)證明本鋼種在HRC大于60條件下，對(duì)10×10×55無(wú)缺口試樣，一般只能打彎，不能打斷。
4.抗拉強(qiáng)度本鋼種抗拉強(qiáng)度σb的數(shù)據(jù)基本沒(méi)有測(cè)出，只有幾支σb＝2650Mpa因試樣夾入拉力試驗(yàn)機(jī)后，拉力試驗(yàn)機(jī)的鉗口變形，夾不住，而試樣本身表面一點(diǎn)劃痕沒(méi)有，說(shuō)明該材料是一種強(qiáng)度大，壓入塑性形變抗力也大的材料。
綜上所述采用本鋼種及該鋼種的生產(chǎn)工藝制造大載荷、重沖擊工況條件下運(yùn)行的軋機(jī)、鐵路、石油、礦山等機(jī)械上軸承，它的主要特征是不需要采用等溫或滲碳等復(fù)雜的熱處理工藝，而是直接用高溫處理或用該鋼種索氏體通過(guò)高頻表面淬火的簡(jiǎn)單處理工藝，既可達(dá)到大載荷、重沖擊工況條件下運(yùn)行的軋機(jī)，鐵路、石油、礦山等機(jī)械上用的軸承性能需要。并且有的性能即沖擊韌性、耐磨性、壓入塑性變形抗力等還高于等溫處理及滲碳處理所能達(dá)到的性能。這樣既縮短生產(chǎn)周期，提高軸承質(zhì)量，又具有很大的經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度、高沖擊韌性軸承鋼，其特征是它的化學(xué)組份(按重量百分比)C0.6-1.0、Si0.7-1.8、Mn0.3-0.8 5、Cr0.1-1.9、Mo0.15-0.8、V0.15-0.6、W0.1-0.6、稀土0.01-0.20、S≤0.025、P≤0.025、其余除不可避免雜質(zhì)外為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度、高沖擊韌性軸承鋼，其特征是它的化學(xué)組份(按重量百分比)C0.6-0.65、Si1.0-1.2、Mn0.4-0.6、Cr0.2-0.4、Mo0.5-0.6、V0.18-0.25、W0.1-0.2、稀土0.04-0.05、S≤0.025、P≤0.025、其余除不可避免雜質(zhì)外為Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度、高沖擊韌性軸承鋼，其特征是它的化學(xué)組份(按重量百分比)C0.65-0.75、Si1.2-1.3、Mn0.6-0.7、Cr0.25-0.35、Mo0.3-0.5、V0.2-0.4、W0.31-0.45、稀土0.01-0.03、S≤0.025、P≤0.025、其余除不可避免雜質(zhì)外為Fe。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的高強(qiáng)度、高沖擊韌性軸承鋼，其特征是它的熱處理工藝為對(duì)上述成份軸承套圈有效壁厚大于45mm以上尺寸段軸承在車加工后采用電頻率1000-8000Hz高頻表面淬火工藝，首先要在車加工前的軸承零件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，使零件得到索氏體組織；調(diào)質(zhì)處理工藝為淬火加高溫回火，其中淬火溫度為820-890℃±10℃，保溫時(shí)間按保溫系數(shù)1.2分/mm計(jì)算，淬火后進(jìn)行高溫回火，高溫回火溫度500-540℃±10℃，保溫時(shí)間按工件厚度不同為2-5小時(shí)，經(jīng)高溫回火后的鋼件車加工后再進(jìn)行高頻表面淬火處理，淬火溫度為820-890℃±10℃，表面淬火后進(jìn)行油回火，回火溫度為170-200℃，回火時(shí)間按工件有效厚度從3-6小時(shí)中選擇，零件出爐后空冷。
全文摘要
一種高強(qiáng)度、高沖擊韌性軸承鋼及熱處理工藝。屬于鋼的材料及其處理工藝技術(shù)領(lǐng)域,它的化學(xué)組份(按重量百分比):C:0.6－1.0、Si:0.7－1.8、Mn:0.3－0.85、Cr:0.1－1.9、MO:0.15－0.8、V:0.15－0.6、W:0.1－0.6、稀土:0.01－0.20、S:≤0.025、P≤0.025、其余除不可避免雜質(zhì)外為Fe。本發(fā)明直接采用高頻表面淬火的簡(jiǎn)單處理工藝,即可達(dá)到大載荷、重沖擊工況條件下運(yùn)行的軋機(jī),鐵路、石油、礦山等機(jī)械上用的軸承性能需要。這樣既縮短生產(chǎn)周期,提高軸承質(zhì)量,又具有很大的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)C22C38/24GK1380435SQ0210972
公開日2002年11月20日 申請(qǐng)日期2002年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月24日
發(fā)明者董錫昌, 董元宇, 董鋒宇, 鄒傳海 申請(qǐng)人:董元宇