專利名稱：新型軸承環(huán)材料及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙金屬復合管材及其生產(chǎn)工藝，特別是涉及一種軸承環(huán)材料的復 合管材及其生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
目前應(yīng)用的軸承材料主要分為以下幾種1)高碳鉻軸承鋼材料(GB/T 18254-2002)；高碳鉻軸承鋼主要有GCr9、GCrl5、GCr9SiMn和GCrl5SiMn等材質(zhì)。GCr9主要用 于制造轉(zhuǎn)動軸上尺寸較小的鋼球或者滾子，一般條件下工作的軸承環(huán)及滾動體；GCrl5用 于制造大型機械軸承的鋼球、滾子和軸承環(huán)；GCr9SiMn性能同GCrl5相近，主要用于制造尺 寸較大的軸承環(huán)；GCrl5SiMn的耐磨性和淬透性比GCrl5高，主要用于制造大型軸承的軸承 環(huán)、鋼球和滾子。2)滲碳軸承鋼材料(GB/T3203-1982)；滲碳軸承材料主要有G20CrMo、G20Cr2Ni4、G20Cr2Mn2Mo 和 G20CrNi2Mo 等材質(zhì)，此 類型軸承鋼主要用于承受沖擊荷載的軸承環(huán)和滾動體。這是因為，此類鋼經(jīng)表面滲碳后，具 有良好的硬度和韌性值，可以承受較大的沖擊荷載，如G20Cr2Ni4滲碳軸承鋼經(jīng)滲碳+熱處 理后，表面硬度HRC62，心部硬度HRC43，滲碳深度2. 3mm,沖擊韌性值達到68. 7J/cm2。3)不銹軸承鋼材料(GB/T3086-1982)；不銹軸承鋼材料目前應(yīng)用較多的是9Crl8和9Crl8MoV，該類鋼種主要用于制造耐 蝕的軸承環(huán)及滾動體，如海水、河水、硝酸、化工石油、原子反應(yīng)堆用軸承等。4)無油潤滑雙金屬軸承材料無油潤滑雙金屬軸承材料是以優(yōu)質(zhì)低碳鋼背為基體，表面燒結(jié)鉛錫青銅合金，經(jīng) 數(shù)次高溫燒結(jié)和致密軋制而成銅_鋼一體的雙金屬帶材卷制而成，適合于制造承受中速、 高沖擊載荷的襯套、止推墊圈等。滾動軸承通常都在較高的轉(zhuǎn)速或較大的荷載下運行，因此，要求滾動軸承材料須 具備下述特點1)必須可以充分淬硬，具有較高的硬度和耐磨性；2)必須具有較高的疲勞強度、特別是工作面的抗剪切疲勞強度；3)在工作溫度下，保證軸承零件具有結(jié)構(gòu)和尺寸的穩(wěn)定性；4)對于承受沖擊荷載情況下的軸承具備較大的抗沖擊能力；但是，對于同一種材料而言，硬度、耐磨性和韌性、抗沖擊能力是相互矛盾的，要求 足夠高的硬度、強度和耐磨性必然會以降低材料的韌性和抗沖擊性能為代價。雖然滲碳軸 承鋼材料可在一定程度上滿足工作面硬度和整體韌性的配合，但滲碳層的碳含量不均勻性 又大大降低了工作面的抗剪切疲勞性能。如何保證在足夠的硬度、耐磨性下不降低材料的 沖擊韌性，同時又保證工作面具有較高的抗剪切疲勞性能，正是本專利所解決的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高硬度、高耐磨性和高韌性、高沖擊韌性值 相互配合的新型軸承環(huán)材料及其生產(chǎn)工藝。本發(fā)明新型軸承環(huán)材料，由環(huán)形的復層和基層構(gòu)成，所述復層和基層沿環(huán)形的徑 向冶金結(jié)合在一起，所述復層采用常規(guī)軸承鋼材料，所述基層采用普碳鋼、低/中合金高強 度鋼或不銹鋼材料。本發(fā)明新型軸承環(huán)材料，其中所述復層為工作層，所述基層為支撐層。本發(fā)明新型軸承環(huán)材料，其中所述復層沿基層的徑向設(shè)置在基層的外側(cè)。本發(fā)明新型軸承環(huán)材料，其中所述復層沿基層的徑向設(shè)置在基層的內(nèi)側(cè)。本發(fā)明新型軸承環(huán)材料，其中所述復層采用高碳鉻軸承鋼或不銹軸承鋼材料。本發(fā)明新型軸承環(huán)材料的生產(chǎn)工藝，按照如下步驟進行(1)選材根據(jù)使用條件選擇復層材料，即常規(guī)軸承鋼材料；根據(jù)強度要求和復層的熱膨脹 系數(shù)選擇相應(yīng)的基層材料，即普碳鋼、低/中合金高強度鋼或不銹鋼材料；(2)離心澆注A、將金屬管模烘烤至200-300°C后噴涂涂料，噴涂厚度為1. 0-3. Omm ；B、將噴涂涂料后的金屬管模烘烤至200-350°C ；C、向步驟B所述的金屬管模中離心澆注第一層復層或基層材料金屬液，并冷卻；D、對澆注并凝固后的第一層金屬進行傳熱數(shù)值模擬分析，根據(jù)溫度分析結(jié)果澆注 第二層基層或復層材料金屬液；E、將澆注完成后的復合管胚冷卻至< 700°C時脫模并進行球化退火；(3)縱軋F、對步驟E所得鑄態(tài)復合管坯進行機加工，加工至縱軋所需尺寸；G、對步驟F所得復合管材進行縱軋，從而得到用于加工軸承環(huán)的復合管材。本發(fā)明新型軸承環(huán)材料的生產(chǎn)工藝，其中所述步驟(3)用熱擠壓方式替換，即F、對步驟E所得鑄態(tài)復合管坯進行機加工，加工至熱擠壓所需尺寸；G、對步驟F所得復合管材進行熱擠壓，從而得到用于加工軸承環(huán)的復合管材。本發(fā)明新型軸承環(huán)材料的生產(chǎn)工藝，其中所述步驟(3)用熱碾壓方式替換，即F、對步驟E所得鑄態(tài)復合管坯進行機加工，加工至熱碾壓所需尺寸；G、對步驟F所得復合管材進行熱碾壓，從而得到用于加工軸承環(huán)的復合管材。本發(fā)明新型軸承環(huán)材料的生產(chǎn)工藝，其中所述步驟(3)用鍛造方式替換，即F、對步驟E所得鑄態(tài)復合管坯進行機加工，加工至鍛造所需尺寸；G、對步驟F所得復合管材進行鍛造，從而得到用于加工軸承環(huán)的復合管材。本發(fā)明新型軸承環(huán)材料提供了一種雙金屬復合管材，由復層和基層構(gòu)成，復層選 用常規(guī)軸承鋼材料，基層選用韌性、沖擊韌性值相對較高、熱膨脹系數(shù)與復層相近的普碳 鋼、低/中合金高強度鋼或不銹鋼，在保證正常軸承鋼材料所需的性能要求下，極大的提高 軸承材料所需的韌性和高沖擊韌性值，以防止在大沖擊荷載情況下，造成的軸承的沖擊破 壞，同時又克服了滲碳軸承鋼由于滲碳層不均性帶來的工作面表層抗剪切疲勞性低的問 題。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的新型軸承環(huán)材料及其生產(chǎn)工藝作進一步說明。


圖1為本發(fā)明新型軸承環(huán)材料第一種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明新型軸承環(huán)材料第二種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式實施例1(1)選材；外層(基層)選用低合金高強度鋼16MnV，內(nèi)層(復層)選用軸承鋼GCrl5，共兩層。16MnV 成分(質(zhì)量含量)C 0.14 0.2%，Si 0.3 0.6%，Mn 1.0 1.6%， P 彡 0. 025%, S 彡 0. 025%, V 0. 05 0. 15%，其他為 Fe ；熔點約 1510°C，1783. 15K。GCr 15 成分(質(zhì)量含量)C 0. 95 1. 05 %，Si 0. 15 0. 35 %，Mn 0. 25 0. 45%,P ^ 0. 025%，S 彡 0.025%，Crl. 4 1.65%，其他為 Fe ；熔點約 1450°C, 1723. 15K。(2)離心澆注A、將金屬管模烘烤至250-260°C后噴涂涂料，噴涂厚度為2. 0-2. Imm ；B、將噴涂涂料后的金屬管模烘烤至260_290°C ；C、向B所述的金屬管模中離心澆注16MnV金屬液并冷卻，澆注溫度1587°C，澆注重 量 360Kg ；D、對澆注并凝固后的外層金屬16MnV進行傳熱數(shù)值模擬分析，為了使內(nèi)外層金屬 具有較好的結(jié)合厚度，待外層內(nèi)表面溫度降低至1400°C時，澆注內(nèi)層GCrl5金屬液，澆注溫 度1504°C，澆注重量90Kg;Ε、將上述澆注完成后的復合管材冷卻至室溫，此時內(nèi)層與外層之間達到了充分的 冶金結(jié)合，冶金熔合厚度1. 0 1. 5mm ；(3)熱擠壓F、對步驟E所得鑄態(tài)復合管材進行機加工，加工至擠壓機所需尺寸，加工尺寸 0248/0142/01O8x573mm；G、對步驟F所得復合管材進行熱擠壓，擠壓溫度1195°C，擠壓力22 25MPa，擠壓 比 12. 0，成品管尺寸，09O/064/058x56OOmm。由步驟G得到的新型軸承環(huán)材料的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，內(nèi)層復層1為工作層， 外層基層2為支撐層。實施例2(1)選材；外層(復層)選用軸承鋼GCrl5，內(nèi)層(基層)選用中合金高強度鋼30CrMnSi，共兩層。30CrMnSi 成分(質(zhì)量含量)C 0. 27 0. 34%, Si 0. 9 1. 2%,Mn 0. 8 1. 1%， Cr 0. 8 1. 1%，P 彡 0.035%，S 彡 0.035%，其他為 Fe ；熔點約 1480 1500°C，1753. 15 1773.15K。
5
GCr 15 成分(質(zhì)量含量)C 0. 95 1. 05 %，Si 0. 15 0. 35 %，Mn 0. 25 0. 45%, P ^ 0. 025%, S^O. 025%, Crl. 4-1. 65%，其他為 Fe ；熔點約 1450°C, 1723. 15K。(2)離心澆注A、將金屬管模烘烤至250_260°C后噴涂涂料，噴涂厚度為2. 0-2. 2mm ；B、將噴涂涂料后的金屬管模烘烤至270-300°C ；C、向B所述的管模中離心澆注GCrl5金屬液并冷卻，澆注溫度1556°C，澆注重量 270Kg ；D、對澆注并凝固后的外層金屬GCrl5進行傳熱數(shù)值模擬分析，為了使內(nèi)外層金屬 具有較好的結(jié)合厚度，待外層內(nèi)表面溫度降低至1387°C時，澆注內(nèi)層金屬30CrMnSi，澆注 溫度1587°C，澆注重量858Kg;Ε、將上述澆注完成后的復合管材冷卻至室溫，此時內(nèi)層與外層之間達到了充分的 冶金結(jié)合，冶金熔合厚度1. 0 1. 5mm ；(3)熱擠壓F、對步驟E所得鑄態(tài)復合管材進行機加工，加工至擠壓所需尺寸，加工尺寸 0280/0260/0130x780mm；G、對步驟F所得復合管材進行熱擠壓，擠壓溫度1200°C，擠壓力22 25MPa，擠壓 比 11. 3，成品管尺寸，0l39.7/0136/0118.6x7OOOmm。由步驟G得到的新型軸承環(huán)材料的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，外層復層1’為工作層， 內(nèi)層基層2’為支撐層。實施例3(1)選材；外層(基層)選用低合金高強度鋼16MnV，內(nèi)層(復層)選用軸承鋼GCrl5，共兩層。16MnV 成分(質(zhì)量含量)C 0.14 0.2%，Si 0.3 0.6%，Mn 1.0 1.6%， P 彡 0. 025%, S 彡 0. 025%, V 0. 05 0. 15%，其他為 Fe ；熔點約 1510°C，1783. 15K。GCr 15 成分(質(zhì)量含量)C 0. 95 1. 05 %，Si 0. 15 0. 35 %，Mn 0. 25 0. 45%, P ^ 0. 025%, S^O. 025%, Crl. 4-1. 65%，其他為 Fe ；熔點約 1450°C, 1723. 15K。(2)離心澆注A、將金屬管模烘烤至250_260°C后噴涂涂料，噴涂厚度為2. 0-2. 2mm ；B、將噴涂涂料后的金屬管模烘烤至270-300°C ；C、向B所述的管模中離心澆注16MnV金屬液并冷卻，澆注溫度1576°C，澆注重量 372Kg ；D、對澆注并凝固后的外層金屬16MnV進行傳熱數(shù)值模擬分析，為了使內(nèi)外層金屬 具有較好的結(jié)合厚度，待外層內(nèi)表面溫度降低至1395°C時，澆注內(nèi)層金屬GCrl5，澆注溫度 1555°C，澆注重量 135Kg ；E、將上述澆注完成后的復合管材冷卻至室溫，此時內(nèi)層與外層之間達到了充分的 冶金結(jié)合，冶金熔合厚度1. 0 1. 5mm ；(3)連軋F、對步驟E所得鑄態(tài)復合管材進行機加工，加工至連軋所需尺寸，加工尺寸0220/0140/0110χ2000mm ；G、對步驟F所得復合管材進行連軋，軋制溫度1210 °C，成品管尺寸 0219/0198.6/0193 χ 6000mm。對實例1、2、3中步驟G所獲得的管材取樣按照常規(guī)軸承鋼的熱處理工藝制度進行 熱處理后的基層和復層性能見附表1。表1新型軸承材料的性能 對上述3個實施例中步驟G得到的新型軸承環(huán)材料進行常規(guī)熱處理，再通過常規(guī) 的軸承環(huán)生產(chǎn)工藝即可制成軸承環(huán)。以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范 圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方 案作出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種新型軸承環(huán)材料，其特征在于由環(huán)形的復層和基層構(gòu)成，所述復層和基層沿環(huán)形的徑向冶金結(jié)合在一起，所述復層采用常規(guī)軸承鋼材料，所述基層采用普碳鋼、低/中合金高強度鋼或不銹鋼材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型軸承環(huán)材料，其特征在于所述復層為工作層，所述基層 為支撐層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型軸承環(huán)材料，其特征在于所述復層沿基層的徑向設(shè)置 在基層的外側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型軸承環(huán)材料，其特征在于所述復層沿基層的徑向設(shè)置 在基層的內(nèi)側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述之一的新型軸承環(huán)材料，其特征在于所述復層采用高碳 鉻軸承鋼或不銹軸承鋼材料。
6.一種如權(quán)利要求1所述新型軸承環(huán)材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于按照如下步驟進行(1)選材根據(jù)使用條件選擇復層材料，即常規(guī)軸承鋼材料；根據(jù)強度要求和復層的熱膨脹系數(shù) 選擇相應(yīng)的基層材料，即普碳鋼、低/中合金高強度鋼或不銹鋼材料；(2)離心澆注A、將金屬管模烘烤至200-300°C后噴涂涂料，噴涂厚度為1.0-3. Omm ；B、將噴涂涂料后的金屬管模烘烤至200-350°C；C、向步驟B所述的金屬管模中離心澆注第一層復層或基層材料金屬液，并冷卻；D、對澆注并凝固后的第一層金屬進行傳熱數(shù)值模擬分析，根據(jù)溫度分析結(jié)果澆注第二 層基層或復層材料金屬液；E、將澆注完成后的復合管胚冷卻至<700°C時脫模并進行球化退火；(3)縱軋F、對步驟E所得鑄態(tài)復合管坯進行機加工，加工至縱軋所需尺寸；G、對步驟F所得復合管材進行縱軋，從而得到用于加工軸承環(huán)的復合管材。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型軸承環(huán)材料生產(chǎn)工藝，其特征在于所述步驟(3)用熱 擠壓方式替換，即F、對步驟E所得鑄態(tài)復合管坯進行機加工，加工至熱擠壓所需尺寸；G、對步驟F所得復合管材進行熱擠壓，從而得到用于加工軸承環(huán)的復合管材。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型軸承環(huán)材料生產(chǎn)工藝，其特征在于所述步驟(3)用熱 碾壓方式替換，即F、對步驟E所得鑄態(tài)復合管坯進行機加工，加工至熱碾壓所需尺寸；G、對步驟F所得復合管材進行熱碾壓，從而得到用于加工軸承環(huán)的復合管材。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的新型軸承環(huán)材料生產(chǎn)工藝，其特征在于所述步驟(3)用鍛 造方式替換，即F、對步驟E所得鑄態(tài)復合管坯進行機加工，加工至鍛造所需尺寸；G、對步驟F所得復合管材進行鍛造，從而得到用于加工軸承環(huán)的復合管材。
全文摘要
本發(fā)明新型軸承環(huán)材料及其生產(chǎn)工藝涉及一種雙金屬復合管材及其生產(chǎn)工藝。其目的是為了提供一種高硬度、高耐磨性和高韌性、高沖擊韌性值相互配合的新型軸承環(huán)材料及其生產(chǎn)工藝。本發(fā)明新型軸承環(huán)材料由環(huán)形的復層和基層構(gòu)成，所述復層和基層沿環(huán)形的徑向冶金結(jié)合在一起，所述復層采用常規(guī)軸承鋼材料，所述基層采用普碳鋼、低/中合金高強度鋼或不銹鋼材料。
文檔編號B32B15/01GK101915273SQ2010102529
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者唐勇, 宋亞峰, 李赤波, 王黎暉, 高杰, 鮑善勤, 黃曉斌 申請人:新興鑄管股份有限公司;北京長興凱達復合材料科技發(fā)展有限公司