專(zhuān)利名稱(chēng)：硬貝氏體軸承制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼鐵材料的熱處理方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，軸承是機(jī)械設(shè)備中的關(guān)鍵基礎(chǔ)零件，它既要具有優(yōu)良的耐 磨性、又要具備高的抗接觸疲勞性能，軸承質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)設(shè)備的使用壽 命。而軸承質(zhì)量的好壞在很大程度上取決于軸承材料及其熱處理工藝。目前，常用軸 承鋼有鉻軸承鋼、無(wú)鉻軸承鋼、不銹軸承鋼、高溫軸承鋼和滲碳軸承鋼。其中，鉻軸承 鋼中的典型鋼種是GCrl5，是使用廣泛的一種軸承鋼，用于制造中小型軸承和部分大型 軸承。GCr9SiMn和GCrl5SiMn中有較高的錳和硅含量，改善了淬透性，GCrl5SiMn可 用于制造部分大型和特大型軸承。鉻軸承鋼常用熱處理為淬火和低溫回火，用鉻軸承鋼 生產(chǎn)精密軸承和量具時(shí)，出于低溫回火不能徹底消除內(nèi)應(yīng)力和殘余奧氏體，工件在長(zhǎng)期 保存或使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生變形。為避免這種情況發(fā)生，需進(jìn)行較為復(fù)雜的熱處理。無(wú) 鉻軸承鋼是后來(lái)發(fā)展出的多元合金軸承鋼，其中往往含有硅、錳、鉬、釩等合金元素， 例如GSiV、GMnMoV> GSiMnMoV等。因合金元素的共同作用，此類(lèi)鋼的淬透性均較 高。零件淬火后能得到較均勻的高硬度，耐磨性、接觸疲勞抗力和韌性，而且淬火變形 傾向小，回火穩(wěn)定性好。但也存在脫碳敏感性大，退火硬度偏高及耐蝕性不如鉻軸承鋼 的問(wèn)題。不銹軸承鋼是適應(yīng)化學(xué)、石油、造船等工業(yè)發(fā)展而研制的。在各種腐蝕環(huán)境 中工作的軸承必須有高的耐蝕性能，一般含鉻量的軸承鋼已不能勝任，因此發(fā)展了高碳 高鉻不銹軸承鋼。鉻是此類(lèi)鋼的主要合金元素，如9&18、9Crl8Mo等。它的不足之 處是應(yīng)用范圍有局限性。航空發(fā)動(dòng)機(jī)、航天飛行器、燃?xì)廨啓C(jī)等裝置中的軸承是在高溫 高速和高負(fù)荷條件下工作的，其工作溫度在300°C以上，GCrl5鋼的最高工作溫度不超過(guò) 180°C,含硅、鉬、釩、鋁的低合金軸承鋼的工作溫度也只能在250°C以下，如果溫度再 升高，則會(huì)導(dǎo)致硬度急劇下降而失效。因此在較高溫度下工作的軸承，應(yīng)采用具有足夠 高的高溫硬度、高溫耐磨性、高溫接觸疲勞強(qiáng)度及高的抗氧化等性能軸承鋼。目前高溫 軸承鋼有二類(lèi)高速鋼類(lèi)軸承鋼(如W18Cr4V)和高鉻馬氏體不銹鋼(如Crl4Mo4V)。 它的不足之處是價(jià)格比較高。滲碳軸承鋼主要用于制作大型軋機(jī)、發(fā)電機(jī)及礦山機(jī)械上 的大型(外徑大于250mm)或特大型(外徑大于450mm)軸承。這些軸承的尺寸很大， 在極高的接觸應(yīng)力下工作，頻繁地經(jīng)受沖擊和磨損，因此對(duì)大型軸承除應(yīng)有對(duì)一般軸承 的要求外，還要求心部有足夠的韌性和高的抗壓強(qiáng)度及硬度，所以選用低碳的合金滲碳 鋼來(lái)制造。經(jīng)滲碳淬火和低溫回火后，表層堅(jiān)硬耐磨，心部保持高的強(qiáng)韌性，同時(shí)表面 處于壓應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)提高疲勞壽命有利。常用的滲碳軸承鋼有G20CrMo、G20CrNiMo、 G20CrNi 2Mo、G20Cr2Ni4和G20Cr2Mn2Mo等。它的不足之處是價(jià)格比較高。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種熱處理簡(jiǎn)單、脫碳敏感性小、退火硬度適 中、耐腐蝕、價(jià)格低的硬貝氏體軸承制造方法。本發(fā)明主要是采用滲碳處理方法以及專(zhuān) 門(mén)的熱處理方法將具有一定化學(xué)成分的軸承加工成表層為硬貝氏體組織、心部為低碳回 火馬氏體的高性能軸承。硬貝氏體是高碳含量無(wú)碳化物貝氏體鐵素體組織，它是通過(guò)在略高于材料的Ms 點(diǎn)溫度等溫淬火而獲得亞結(jié)構(gòu)尺寸非常細(xì)小，且不存在碳化物的貝氏體組織。它具有淬火馬氏體組織的硬度和調(diào)質(zhì)組織的韌度。本發(fā)明的技術(shù)方案是1、軸承的原材料采用真空冶煉和真空自耗電渣技術(shù)制備的純凈20CrAl鋼， 該20CrAl的化學(xué)成分為碳含量為0.15 0.22wt%、鋁含量為1.0 1.2wt%，鉻含量為 1.2 2.0wt%，磷和硫含量分別都小于0.005wt% ；含氧和含氫量分別為5ppm和0.5ppm 以下，其余為鐵。對(duì)于尺寸較大、要求淬透性較高的軸承，可以在20CrAl成分鋼中加入 Ni、Mo或者W等元素，與之對(duì)應(yīng)的鋼為20CrMoAl或者20CrWAl或者20CrNiMoAl或 者20CrNiWAl鋼，并且鉬含量< 0.5wt%，鎳含量<0.5wt%，鎢含量<1.0wt%。2、采用常規(guī)的鍛造或者軋制對(duì)原材料進(jìn)行塑性熱加工。3、機(jī)械加工軸承將上述塑性熱加工的材料進(jìn)行機(jī)械冷加工成軸承。4、對(duì)軸承表面進(jìn)行滲碳處理將上述軸承加熱至920 950°C、滲碳200 300 分鐘，滲碳后軸承表面碳含量為0.9 1.2wt%、滲碳層深度1.0 1.5mm。5、軸承的熱處理a、將上述軸承加熱到900 930°C保溫60 120分鐘，進(jìn)行正火處理，以消除 網(wǎng)狀碳化物；b、將上述軸承加熱到860 880°C保溫60 120分鐘，進(jìn)行奧氏體化處理，然 后在200 300°C保溫30 200min進(jìn)行等溫淬火處理；C、將上述軸承空氣冷卻到室溫，在-100 -50°C保持30 90分鐘進(jìn)行冷處 理；d、將上述軸承加熱到150 250°C保溫60 120min進(jìn)行回火處理。本發(fā)明的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的產(chǎn)品一方面保證了軸承 的淬透性能，使之經(jīng)過(guò)淬火后心部得到馬氏體組織，另一方面保證了軸承的表層易于獲 得貝氏體組織，并且貝氏體應(yīng)是無(wú)碳化物貝氏體。這有利于提高軸承的抗?jié)L動(dòng)接觸疲勞 性能。該軸承母體材料組織狀態(tài)為回火馬氏體組織，其保持了回火馬氏體組織的拉力和 沖擊等常規(guī)力學(xué)性能。本發(fā)明的表層具有硬貝氏體組織軸承的滾動(dòng)接觸疲勞壽命是傳統(tǒng) GCrl5鋼軸承疲勞壽命的3倍以上。利用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)試了這種硬貝氏體組織的摩 擦磨損性能，發(fā)現(xiàn)其摩擦磨損性能是傳統(tǒng)GCrl5鋼的3倍以上。換句話(huà)說(shuō)獲得心部回 火馬氏體而表面為超細(xì)貝氏體組織的高性能軸承，這樣的軸承在使用過(guò)程中尺寸穩(wěn)定， 在高應(yīng)力條件下，其使用壽命比目前廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)G&15鋼軸承疲勞壽命提高2倍以 上。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1采用真空冶煉和真空自耗電渣技術(shù)制備的純凈20CrAl鋼，其化學(xué)成分的重量百 分比為碳含量為0.15%、鋁含量為1.08%，鉻含量為1.26%，磷含量為0.0009%，硫 含量為0.003%，含氧量為4ppm，含氫量為0.4ppm，其余為鐵。將上述原材料進(jìn)行鍛 造塑性熱加工，將上述塑性熱加工的材料進(jìn)行機(jī)械冷加工成軸承。將上述軸承加熱至 945°C滲碳300分鐘，滲碳后軸承表面碳含量為1.2wt%、滲碳層深度1.4mm?？绽浜髮?上述軸承加熱到930°C保溫115分鐘正火處理；然后再加熱到880°C保溫110分鐘，然后置于溫度為290°C的硝鹽中保溫100分鐘；將上述軸承空冷到室溫，再置于溫度為_(kāi)95°C 保持90分鐘；最后將上述軸承再加熱到240°C保溫60分鐘。得到的本發(fā)明產(chǎn)品表層硬 度為HRC63，心部硬度為HRC43，這種軸承應(yīng)用于港口輸煤系統(tǒng)中，其使用壽命比普通 GCr 15鋼軸承提高80%以上。實(shí)施例2采用真空冶煉和真空自耗電渣技術(shù)制備的純凈20CrMoAl鋼，其化學(xué)成分的重量 百分比為碳含量為0.19%、鋁含量為1.0%，鉻含量為1.85%，鉬含量為0.45%，磷含 量為0.003%，硫含量為0.002%，含氧量為4.5ppm，含氫量為0.3ppm，其余為鐵。將 上述原材料進(jìn)行軋制塑性熱加工，將上述塑性熱加工的材料進(jìn)行機(jī)械冷加工成軸承。將 上述軸承加熱至935°C滲碳200分鐘，滲碳后軸承表面碳含量為1.05wt%、滲碳層深度 1.2mm?？绽浜髮⑸鲜鲚S承加熱到920°C保溫80分鐘正火處理；然后再加熱到870°C保 溫80分鐘，然后在220°C的流態(tài)粒子冷床中保溫180分鐘；將上述軸承空冷到室溫，再 置于溫度為-70°C保持60分鐘；最后將上述軸承再加熱到200°C保溫80分鐘。得到的本 發(fā)明產(chǎn)品表層硬度為HRC64，心部硬度為HRC47，本發(fā)明制造的煤礦機(jī)械重載軸承，其 使用壽命比普通G&15鋼軸承提高1倍以上。實(shí)施例3采用真空冶煉和真空自耗電渣技術(shù)制備的純凈20&MWA1鋼鋼，其化學(xué)成分的 重量百分比為碳含量為0.18%、鋁含量為1.18%，鉻含量為1.55%，鎢含量為0.79%， 鎳含量為0.41%，磷含量為0.005%，硫含量為0.0013%，含氧量為4ppm，含氫量為 0.3ppm,其余為鐵。將上述原材料進(jìn)行鍛造塑性熱加工，將上述塑性熱加工的材料進(jìn)行 機(jī)械冷加工成軸承。將上述軸承加熱至925°C滲碳220分鐘，滲碳后軸承表面碳含量為 0.92wt%,滲碳層深度1.1mm?？绽浜髮⑸鲜鲚S承加熱到910°C保溫65分鐘正火處理； 然后再加熱到860°C保溫65分鐘，然后置于溫度為230°C的硝鹽中保溫40分鐘；將上述 軸承空冷到室溫，再置于溫度為-80°C保持40分鐘；最后將上述軸承再加熱到160°C保溫 70分鐘。得到的本發(fā)明產(chǎn)品表層硬度為HRC62，心部硬度為HRC43，本發(fā)明制造的大 尺寸軸承，其使用壽命比普通GCrl5鋼軸承提高1倍以上。
權(quán)利要求
1.一種硬貝氏體軸承制造方法，其特征在于(1)采用真空冶煉和真空自耗電渣技術(shù)制備的純凈20&A1鋼，其化學(xué)成分的重量百 分比為碳含量為0.15 0.22%、鋁含量為1.0 1.2%、鉻含量為1.2 2.0%，磷和硫 含量分別都小于0.005%，含氧和含氫量分別為5ppm和0.5ppm以下，其余為鐵；(2)采用常規(guī)的鍛造或者軋制對(duì)原材料進(jìn)行塑性加工；(3)將上述塑性熱加工的材料進(jìn)行機(jī)械冷加工成軸承；(4)將上述軸承加熱至920 950°C，滲碳200 300分鐘，滲碳后軸承表面碳含量 為0.9 1.2wt%、滲碳層深度1.0 1.5mm ；(5)軸承的熱處理a、將上述軸承加熱到900 930°C保溫60 120分鐘，進(jìn)行正火處理；b、將上述軸承加熱到860 880°C保溫60 120分鐘，然后在200 300°C保溫30 200分鐘；C、將上述軸承空氣冷卻到室溫，在-100 _50°C保持30 90分鐘；d、將上述軸承加熱到150 250°C保溫60 120min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬貝氏體軸承制造方法，其特征在于在20CrAl成分鋼中 加入Ni、Mo或者W元素，與之對(duì)應(yīng)的鋼為20CrMoAl或者20CrWAl或者20CrNiMoAl 或者20CrNiWAl鋼，并且鉬含量< 0.5wt%，鎳含量<0.5wt%，鎢含量<1.0wt%。
全文摘要
一種硬貝氏體軸承制造方法，其主要是采用純凈低碳低合金鋼，其中氧和氫含量分別為5ppm和0.5ppm以下，磷和硫含量分別都小于0.005wt％，并且碳含量為0.15～0.22wt％、鋁含量為1.0～1.2wt％；制造工藝為將原材料進(jìn)行塑性熱加工；然后機(jī)械冷加工成軸承；對(duì)軸承表面進(jìn)行滲碳處理；然后對(duì)軸承進(jìn)行正火、奧氏體化、淬火、冷處理及回火等熱處理。本發(fā)明產(chǎn)品心部為低碳回火馬氏體組織、而表面為高碳硬貝氏體組織的長(zhǎng)壽命軸承。這樣的軸承在使用過(guò)程中尺寸穩(wěn)定。在高應(yīng)力條件下，其使用壽命比目前廣泛應(yīng)用的GCr15鋼軸承提高2倍以上。
文檔編號(hào)F16C33/62GK102011055SQ20101058352
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者張福成, 王天生, 鄭煬曾 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)