專利名稱：一種軸承的熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軸承的熱處理方法，主要用于軸承套圈的熱處理淬火、回火工藝。
背景技術(shù)：
軸承失效的主要模式是疲勞和磨損，而原材料質(zhì)量、碳化物網(wǎng)狀組織、碳化物帶狀組織、脫碳等是軸承疲勞壽命的重要影響因素。熱處理質(zhì)量對(duì)軸承的使用壽命有著重要甚至決定性的影響。高碳鉻軸承鋼GCrl5淬火后得到馬氏體組織，馬氏體具有高硬度、高耐磨性、高強(qiáng)度、一定的韌性等特點(diǎn)。但是熱處理后組織中除了馬氏體，還有殘留碳化物、殘余奧氏體，有效壁厚比較大的還允許存在一定級(jí)別的屈氏體組織。機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T1255-2001《高碳鉻軸承鋼熱處理技術(shù)條件》和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18254-2002《高碳鉻軸承鋼》對(duì)成品軸承的硬度、金相組織、碳化物帶狀組織、 碳化物網(wǎng)狀組織、脫碳等都有規(guī)定。但是對(duì)碳化物(顆粒大小、形狀)、殘余奧氏體含量沒(méi)有明確規(guī)定。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和大量資料顯示，隨著熱處理溫度的升高，馬氏體針粗大，殘余奧氏體含量升高，硬度升高。但是殘余奧氏體達(dá)到一定含量后，硬度又逐漸的下降。也就是說(shuō)，殘余奧氏體含量和硬度之間的關(guān)系曲線基本呈拋物線形狀。奧氏體在室溫下是不穩(wěn)定組織，在外界載荷、溫度變化、自然存放等條件下都能發(fā)生奧氏體的分解和轉(zhuǎn)變，這是軸承尺寸穩(wěn)定性得不到保證的根源，為了提高軸承的使用精度和尺寸穩(wěn)定性，國(guó)內(nèi)大部分軸承制造企業(yè)多以盡可能的降低殘余奧氏體含量為目標(biāo)。奧氏體的特點(diǎn)是硬度低、耐磨性差、塑性好、韌性佳，對(duì)軸承的抗疲勞性能有利有弊。另外，殘余奧氏體可以降低軸承缺陷部位的應(yīng)力集中以及吸收部分裂紋擴(kuò)展功進(jìn)而阻止裂紋的快速擴(kuò)展，延長(zhǎng)了軸承壽命。因此，熱處理過(guò)程產(chǎn)生的殘余奧氏體的作用不容小覷。硬度是軸承熱處理質(zhì)量的重要質(zhì)量指標(biāo)之一。對(duì)于刀具、冷成型磨具和粘著磨損或磨粒磨損失效的零件，其磨損抗力和硬度呈正比關(guān)系，硬度是決定耐磨性的王要性能指標(biāo)。承受接觸疲勞載荷的軸承，在一定沮圍內(nèi)，提聞?dòng)捕葘?duì)減輕麻點(diǎn)剝落是有效的。有研究稱，隨著硬度的提高，軸承的脆性隨之增大，疲勞性能下降，在軸承加工過(guò)程中不宜選擇很高的硬度值。如何通過(guò)對(duì)鍛造和球化退火質(zhì)量的控制達(dá)到碳化物(形狀和大小)細(xì)化；如何通過(guò)熱處理工藝的改進(jìn)，來(lái)提高硬度和控制殘余奧氏體的含量，對(duì)于提高軸承的使用壽命具有
重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，而提供一種軸承的熱處理方法，通過(guò)細(xì)化碳化物顆粒、提高硬度和控制金相組織中殘余奧氏體含量來(lái)提聞?shì)S承的使用壽命。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為一種軸承的熱處理方法，包括加熱、保溫、淬火、清洗、冷處理和回火六個(gè)步驟，其特征在于加熱步驟前設(shè)置有碳化物細(xì)化處理步驟，碳化物細(xì)化處理步驟包括鍛造和球化退火兩個(gè)步驟，鍛造步驟的始鍛的溫度為105(Tll50°C，保溫時(shí)間在70至90分鐘，終鍛成型的溫度在80(T90(TC之間，然后在沸水中攪拌冷卻至30(T60(TC，出水空冷至室溫；球化退火步驟包括加熱至79(T810°C，該溫度下保溫150至210分鐘，風(fēng)冷至68(T710°C并保溫4 6小時(shí)，隨爐冷卻至650°C，出爐空冷。本發(fā)明所述的清洗步驟結(jié)束后的2個(gè)小時(shí)內(nèi)進(jìn)行冷處理步驟，冷處理步驟在冷凍箱內(nèi)進(jìn)行，采用液氮作為冷卻介質(zhì)，冷卻至-70°C -80°C，在該溫度下保溫I. 5 2個(gè)小時(shí)，然后自然回溫至室溫。本發(fā)明所述淬火步驟采用馬氏體淬火，熱處理設(shè)備為輥底式周期淬火生產(chǎn)線，淬火介質(zhì)為硝鹽，硝鹽中的硝酸鉀亞硝酸鈉=1 :1，硝鹽介質(zhì)溫度為165°c 175°C，淬火過(guò)程在硝鹽介質(zhì)中冷卻8 15分鐘。本發(fā)明所述清洗步驟包括熱清洗和冷清洗，在設(shè)備淬火槽后有兩個(gè)清洗槽，第一個(gè)清洗槽為熱清洗槽，熱清洗水溫為70V 90°C，采用噴淋式結(jié)構(gòu)完成熱清洗，第二個(gè)清洗槽為冷清洗槽，冷清洗水溫為6°C 12°C。 本發(fā)明回火步驟采用輥底式周期淬火生產(chǎn)線，加熱過(guò)程分為預(yù)熱、升溫、保溫三個(gè)階段，預(yù)熱時(shí)間8 15分鐘，升溫區(qū)溫度為845°C，保溫區(qū)溫度為850°C，總加熱時(shí)間為98 100分鐘。本發(fā)明所述的軸承材料采用GCrl6高碳鉻軸承鋼。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果通過(guò)細(xì)化碳化物顆粒、提高硬度和控制金相組織中殘余奧氏體含量來(lái)提高軸承的使用壽命。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例碳化物細(xì)化處理中的鍛造工藝流程示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例碳化物細(xì)化處理中的球化退火工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例的目的是要通過(guò)熱處理工藝的改進(jìn)，細(xì)化碳化物顆粒、提高硬度和控制金相組織中殘余奧氏體含量來(lái)進(jìn)一步提高軸承疲勞壽命，使軸承的疲勞壽命能提高到額定壽命的3倍。本發(fā)明實(shí)施例熱處理方法包括依次進(jìn)行的加熱、保溫、淬火、清洗、冷處理和回火六個(gè)步驟，其特征在于加熱步驟前設(shè)置有碳化物細(xì)化處理步驟，碳化物細(xì)化處理步驟包括鍛造和球化退火兩個(gè)步驟，鍛造步驟的始鍛的溫度為105(Γ1150 ，保溫時(shí)間在70至90分鐘，終鍛成型的溫度在80(T90(TC之間，然后在沸水中攪拌冷卻至30(T60(TC，出水空冷至室溫；球化退火步驟包括加熱至79(T810°C，該溫度下保溫150至210分鐘，風(fēng)冷(用風(fēng)扇快速冷卻，風(fēng)冷時(shí)間本實(shí)施例在40 60分鐘)至68(T710°C并保溫4飛小時(shí)，隨爐冷卻至650°C，出爐空冷自然冷卻。參見(jiàn)圖I、圖2。本發(fā)明實(shí)施例的清洗步驟結(jié)束后的2個(gè)小時(shí)時(shí)間內(nèi)(開始)進(jìn)行冷處理步驟。冷處理步驟在冷凍箱內(nèi)進(jìn)行，采用液氮作為冷卻介質(zhì)，冷卻至-70°C -80°C，在該溫度下保溫
I.5 2個(gè)小時(shí)，然后自然回溫至室溫。本發(fā)明實(shí)施例所述淬火步驟采用馬氏體淬火，熱處理設(shè)備為輥底式周期淬火生產(chǎn)線，淬火介質(zhì)為硝鹽(硝酸鉀亞硝酸鈉=1 :1)，硝鹽介質(zhì)溫度為165°C 175°C，淬火過(guò)程在硝鹽介質(zhì)中冷卻8 15分鐘(按設(shè)備設(shè)定的淬火周期)。本發(fā)明實(shí)施例所述清洗步驟包括熱清洗和冷清洗，在設(shè)備淬火槽后有兩個(gè)清洗槽，第一個(gè)清洗槽為熱清洗槽，安裝有加熱電阻絲和控溫裝置，熱清洗水溫為70°C 90°C，采用噴淋式結(jié)構(gòu)完成熱清洗。第二個(gè)清洗槽為冷清洗槽，冷清洗槽安裝有循環(huán)管道，經(jīng)設(shè)備外部的冷卻裝置冷卻后循環(huán)到冷清洗槽，水溫為6°C 12°C。本發(fā)明實(shí)施例回火步驟采用輥底式周期淬火生產(chǎn)線，回火溫度為165°C 170°C，回火時(shí)間為4 6小時(shí)。加熱過(guò)程分為預(yù)熱、升溫、保溫三個(gè)階段。設(shè)備的加熱區(qū)分為預(yù)熱區(qū)、升溫區(qū)和保溫區(qū)，預(yù)熱區(qū)溫度為設(shè)備正常運(yùn)行過(guò)程中自然升高的溫度，該溫度一般較低，遠(yuǎn)低于材料的相變點(diǎn)溫度，因該溫度對(duì)內(nèi)部組織沒(méi)影響沒(méi)有溫度監(jiān)控，預(yù)熱時(shí)間8 15分鐘。升溫區(qū)為845°C，保溫區(qū)為850°C，總加熱時(shí)間為98 100分鐘。本發(fā)明實(shí)施例的軸承套圈材料采用高碳鉻軸承鋼GCrl6，其化學(xué)成分見(jiàn)表一，非金屬夾雜物見(jiàn)表二。
表一 GCrl6化學(xué)成分(單位重量百分比，其余為鐵)
C Si Mn Cr PS Mo- Ni Cu 0/模鑄
0.95 0.03 0.27 1.59 0.009 0.009 0.026 0.055 0.083 6 ppm Al Ca Ti As Sn Sb Pb Ni+ Cu 0.045 0.0004 0.0007 0.026 00079 0,0045 0.0017 |___0.138
表二 非金屬夾雜物
非金屬夾雜物類型 _非金屬夾雜物級(jí)別_
_細(xì)系_粗系_
_A__I__05_
_B__05__O_
COO
_D__05__O_
通過(guò)熱處理工藝的改進(jìn)，提高了成品軸承的硬度，按照機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T1255-2001，金相組織評(píng)定為4 5級(jí)，成品軸承硬度達(dá)到64. OHRC左右，和國(guó)內(nèi)有些研究的結(jié)果相反。有研究認(rèn)為高的金相組織會(huì)增加軸承內(nèi)部產(chǎn)生顯微裂紋的可能性,會(huì)降低沖擊性能和疲勞強(qiáng)度從而降低軸承使用壽命。碳化物硬度高且脆，金相組織中大顆粒的碳化物會(huì)導(dǎo)致材料出現(xiàn)應(yīng)力集中。軸承服役條件下，當(dāng)局部應(yīng)力超過(guò)材料本身強(qiáng)度將會(huì)出現(xiàn)疲勞剝落和產(chǎn)生微裂紋等缺陷，致使軸承疲勞壽命降低而出現(xiàn)早期失效。而細(xì)小彌散分布的碳化物顆粒，不但能提高材料的耐磨性能，還可以降低材料的應(yīng)力集中效應(yīng)和開裂傾向從而提高沖擊韌性。另外，奧氏體組織向馬氏體組織轉(zhuǎn)變的一個(gè)特性就是不完全轉(zhuǎn)變，經(jīng)淬回火后的軸承零件金相組織中存在一定含量的殘余奧氏體。正常淬回火后，一般殘余奧氏體含量比較高，達(dá)到8% 15%左右，甚至更高。奧氏體硬度低，韌性好，但在室溫下是不穩(wěn)定組織，正常使用條件下殘余奧氏體會(huì)發(fā)生向馬氏體轉(zhuǎn)變或其他轉(zhuǎn)變。由于奧氏體的比容最低，轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌M織后將發(fā)生體積變化，使軸承零件的尺寸發(fā)生改變從而影響使用精度降低使用壽命。但是，殘余奧氏體的存在可以減緩材料中的應(yīng)力集中和吸收一部分裂紋擴(kuò)展功以及提高材料的沖擊韌性。馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束點(diǎn)低于室溫，要想使一部分奧氏體繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，須進(jìn)一步降低冷卻介質(zhì)的溫度使之達(dá)到室溫下某一溫度。馬氏體數(shù)量的增多和殘余奧氏體的減少，既提高了軸承零件的硬度，也提高了軸承零件的尺寸穩(wěn)定性，且對(duì)沖擊韌性等其他性能無(wú)明顯影響。本發(fā)明經(jīng)過(guò)多次的試驗(yàn)驗(yàn)證，通過(guò)增加對(duì)碳化物的細(xì)化和增加冷處理工藝，在提高硬度的同時(shí)，增加了韌性和疲勞強(qiáng)度，減小了開裂傾向。對(duì)熱處理工藝過(guò)程加以嚴(yán)格控制，有效的避免了淬火(顯微)裂紋出現(xiàn)，不但不會(huì)降低軸承的疲勞壽命，反之會(huì)提高軸承的疲勞強(qiáng)度進(jìn)而提高軸承的實(shí)際使用壽命。熱處理工序之前增加碳化物細(xì)化處理工藝是本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)。有研究表明，細(xì) 小顆粒狀(球狀或橢球狀)均勻分布的碳化物對(duì)提高軸承的力學(xué)性能有很大好處。碳化物的細(xì)化可以提高軸承的耐磨性、沖擊韌性、抗疲勞性能和降低開裂傾向等。經(jīng)過(guò)碳化物細(xì)化處理，還可以加寬熱處理溫度的選擇范圍，減小組織過(guò)熱傾向。碳化物細(xì)化的對(duì)比效果見(jiàn)表
表三碳化物細(xì)化效果檢查項(xiàng)目__昔通GCrlS本發(fā)明GCrl 6 某進(jìn)口件
球化組織__2—4__2___
碳化物網(wǎng)狀組織(M)__<2.5<1__Si_
碳化物帶狀組織(M)__<2.5<1__￡1_
碳化物顆粒最大值(Ltm)__152__L83__120_
碳化物顆粒最小值(,)__034__0權(quán)利要求
1.一種軸承的熱處理方法，包括加熱、保溫、淬火、清洗、冷處理和回火六個(gè)步驟，其特征在于加熱步驟前設(shè)置有碳化物細(xì)化處理步驟，碳化物細(xì)化處理步驟包括鍛造和球化退火兩個(gè)步驟，鍛造步驟的始鍛的溫度為105(Tl 150°C，保溫時(shí)間在70至90分鐘，終鍛成型的溫度在80(T90(TC之間，然后在沸水中攪拌冷卻至30(T60(TC，出水空冷至室溫；球化退火步驟包括加熱至790 810で，該溫度下保溫150至210分鐘，風(fēng)冷至680 710で并保溫4 6小時(shí)，隨爐冷卻至650°C，出爐空冷。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的軸承的熱處理方法，其特征在于所述的清洗步驟結(jié)束后的2個(gè)小時(shí)內(nèi)進(jìn)行冷處理步驟，冷處理步驟在冷凍箱內(nèi)進(jìn)行，采用液氮作為冷卻介質(zhì)，冷卻至-70°C _80°C，在該溫度下保溫I. 5 2個(gè)小時(shí)，然后自然回溫至室溫。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的軸承的熱處理方法，其特征在于所述淬火步驟采用馬氏體淬火，熱處理設(shè)備為輥底式周期淬火生產(chǎn)線，淬火介質(zhì)為硝鹽，硝鹽中的硝酸鉀亞硝酸鈉=1 :1，硝鹽介質(zhì)溫度為165°C 175°C，淬火過(guò)程在硝鹽介質(zhì)中冷卻8 15分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3任ー權(quán)利要求所述的軸承的熱處理方法，其特征在于所述清洗步驟包括熱清洗和冷清洗，在設(shè)備淬火槽后有兩個(gè)清洗槽，第一個(gè)清洗槽為熱清洗槽，熱清洗水溫為70°C 90°C，采用噴淋式結(jié)構(gòu)完成熱清洗，第二個(gè)清洗槽為冷清洗槽，冷清洗水溫為6°C 12°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 3任ー權(quán)利要求所述的軸承的熱處理方法，其特征在于所述回火步驟采用輥底式周期淬火生產(chǎn)線，加熱過(guò)程分為預(yù)熱、升溫、保溫三個(gè)階段，預(yù)熱時(shí)間8^15分鐘，升溫區(qū)溫度為845°C，保溫區(qū)溫度為850°C，總加熱時(shí)間為98 100分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求I 3任ー權(quán)利要求所述的軸承的熱處理方法，其特征在于所述的軸承材料采用GCrl6高碳鉻軸承鋼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種軸承的熱處理方法，包括加熱、保溫、淬火、清洗、冷處理和回火六個(gè)步驟，其特征在于加熱步驟前設(shè)置有碳化物細(xì)化處理步驟，碳化物細(xì)化處理步驟包括鍛造和球化退火兩個(gè)步驟，鍛造步驟的始鍛的溫度為1050～1150℃，保溫時(shí)間在70至90分鐘，終鍛成型的溫度在800～900℃之間，然后在沸水中攪拌冷卻至300～600℃，出水空冷至室溫；球化退火步驟包括加熱至790～810℃，該溫度下保溫150至210分鐘，風(fēng)冷至680～710℃并保溫4～6小時(shí)，隨爐冷卻至650℃，出爐空冷。本發(fā)明淬火后的清洗步驟結(jié)束后2個(gè)小時(shí)內(nèi)進(jìn)行冷處理步驟，采用液氮作為冷卻介質(zhì)，冷卻至-70℃～-80℃，在該溫度下保溫1.5～2個(gè)小時(shí)，自然回溫至室溫。本發(fā)明通過(guò)細(xì)化碳化物顆粒、提高硬度和控制金相組織中殘余奧氏體含量來(lái)提高軸承的使用壽命。
文檔編號(hào)C21D9/40GK102758073SQ20121024890
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月18日
發(fā)明者時(shí)大方, 楊軍, 趙玲權(quán), 陳康胤, 馬興法 申請(qǐng)人:浙江天馬軸承股份有限公司