專利名稱：一種高強度、高沖擊韌性軸承鋼及熱處理工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鋼的材料及其處理工藝技術領域，主要涉及高強度、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，需要熱處理的時間一般在四到五個小時。而對20Cr2Ni4A等滲碳鋼是采用滲碳處理，熱處理時間從幾十個小時到百八十小時，有的高達130-190小時。
它們在車加工前都需要球化處理工序，且費用高。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間需要130-190小時，工藝復雜，生產(chǎn)周期長，從能源到補助材料消耗都很大。目前國內(nèi)軸承生產(chǎn)上對滲碳鋼基本上都采用這種類似工藝。滲碳周期長。
GCr18Mo的等溫淬火工藝曲線見附圖2-1、2-2。
采用等溫處理對目前已用鋼種來講如果在Ms點以上10℃等溫，等溫時間需10小時方能得到下貝氏體組織，在Ms點以上50-60℃溫度等溫需等溫時間4小時，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，比直接高溫淬火復雜。
從目前普遍采用的軸承鋼進行等溫和滲碳熱處理工藝來看，共同存在著生產(chǎn)周期長，能耗大，原材料價格高，生產(chǎn)效率低，熱處理工藝復雜等問題。
本發(fā)明的目的就是設計一種成本低、效益大、能耗小、壽命高，并可替代滲碳鋼的軋機、鐵路機車車輛等軸承用的鋼材。該鋼對于軸承套圈有效壁厚小于45mm可以直接用高溫淬火處理或對于軸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械性能，而且有的機械性能，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，不會全部溶解，由于它彌散分布，故能細化晶粒，提高強度、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復合作用，提高強度，使彈性極限和比例極限幾倍提高，它能提高淬透性，細化晶粒，提高晶粒粗化溫度，阻止馬氏體分解，增強回火穩(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，對提高耐磨性有顯著效應。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、鈰等能細化晶粒，提高鋼的強度和屈強比，對韌性等都起到良好的作用。
總之，通過以上元素的加入，可以組合成一個高強度、高韌性的新鋼種，來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℃，保溫時間按保溫系數(shù)1.2分/mm計算，淬火后進行高溫回火，高溫回火溫度500-540℃±10℃，保溫時間按工件厚度不同為2-5小時，經(jīng)高溫回火后的鋼件車加工后再進行高頻表面淬火處理，淬火溫度為820-890℃±10℃，表面淬火后進行油回火，回火溫度為170-200℃，回火時間按工件有效厚度從3-6小時中選擇，零件出爐后空冷。
本發(fā)明的優(yōu)點和效果是對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，不僅方法簡單而且達到軸承的使用技術要求。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。
具體實施方式
下面用三個實施例對本發(fā)明作進一步說明。
本發(fā)明的熱處理工藝為對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℃，保溫時間按保溫系數(shù)1.2分/mm計算，淬火后進行高溫回表面淬火工藝，首先要在車加工前的軸承零件進行調(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℃，保溫時間按保溫系數(shù)1.2分/mm計算，淬火后進行高溫回火工藝，高溫回火溫度500-540℃±10℃，保溫時間按工件厚度不同為2-5小時，經(jīng)高溫回火后的鋼件車加工后再進行高頻表面淬火處理，淬火溫度為820-890℃±10℃，表面淬火后進行油回火，回火溫度為170-200℃，回火時間按工件有效厚度從3-6小時中選擇，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.新材料徑向負荷與滲碳鋼和GCr18Mo相當。
4.是高強度、壓入塑性形變抗力大的材料(拉伸試驗，鉗口變形夾不信試樣表面無劃痕)。
本發(fā)明鋼種有如下特點1.本鋼種發(fā)明的抗壓負荷7.8-8.8噸，為GCr153.67噸的2-2.4倍，同于20Cr2Ni4A大于等于8噸的負荷。
2.淬火硬度HRC用φ85×85mm試樣，經(jīng)淬火中剖，測剖面上硬度，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度很高，實驗證明本鋼種在HRC大于60條件下，對10×10×55無缺口試樣，一般只能打彎，不能打斷。
4.抗拉強度本鋼種抗拉強度σb的數(shù)據(jù)基本沒有測出，只有幾支σb＝2650Mpa因試樣夾入拉力試驗機后，拉力試驗機的鉗口變形，夾不住，而試樣本身表面一點劃痕沒有，說明該材料是一種強度大，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行的軋機、鐵路、石油、礦山等機械上軸承，它的主要特征是不需要采用等溫或滲碳等復雜的熱處理工藝，而是直接用高溫處理或用該鋼種索氏體通過高頻表面淬火的簡單處理工藝，既可達到大載荷、重沖擊工況條件下運行的軋機，鐵路、石油、礦山等機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)濟效益。
權利要求
1.一種高強度、高沖擊韌性軸承鋼，其特征是它的化學組份(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)權利要求1所述的高強度、高沖擊韌性軸承鋼，其特征是它的化學組份(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)權利要求1所述的高強度、高沖擊韌性軸承鋼，其特征是它的化學組份(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)權利要求1或2或3所述的高強度、高沖擊韌性軸承鋼，其特征是它的熱處理工藝為對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℃，保溫時間按保溫系數(shù)1.2分/mm計算，淬火后進行高溫回火，高溫回火溫度500-540℃±10℃，保溫時間按工件厚度不同為2-5小時，經(jīng)高溫回火后的鋼件車加工后再進行高頻表面淬火處理，淬火溫度為820-890℃±10℃，表面淬火后進行油回火，回火溫度為170-200℃，回火時間按工件有效厚度從3-6小時中選擇，零件出爐后空冷。
全文摘要
一種高強度、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領域,它的化學組份(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單處理工藝,即可達到大載荷、重沖擊工況條件下運行的軋機,鐵路、石油、礦山等機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)濟效益。
文檔編號C22C38/24GK1380435SQ0210972
公開日2002年11月20日 申請日期2002年5月24日 優(yōu)先權日2002年5月24日
發(fā)明者董錫昌, 董元宇, 董鋒宇, 鄒傳海 申請人:董元宇