CN102108433B - 一种轴承钢淬火的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轴承钢淬火的方法，本方法的步骤为：（1)淬火加热温度：830~880℃，（2）保温时间：根据工件壁厚每100mm，保温0.6~1.5h；（3）淬火冷却方式是淬火油或盐浴，并进行搅拌，确保工件以大于临界冷却速度的冷速冷到Ms点与Mf点之间某一温度Md，Md为-150~250℃，并等温1~120min，在工件心部冷到Md温度后，将工件转入到热油或盐浴内加热到下贝氏体转变温度180~280℃，并等温4~12h；本发明的有益效果是：同常规的轴承热处理相比具有冲击韧性、断裂韧性、耐磨性高、尺寸稳定性好，表面残余应力为压应力，能有效提高轴承的疲劳寿命和可靠性等优点。

Description

一种轴承钢淬火的方法
技术领域
本发明涉及一种轴承钢淬火的方法，是在轴承热处理淬火工序过程中首创一种新的高碳铬轴承钢淬火方式——马贝复合组织淬火。
背景技术
目前传统的高碳铬轴承钢淬火方式，按照淬火后得到的淬火组织划分，分为以下三种：
1、马氏体淬火，淬火组织为：马氏体+少量残余奥氏体+少量残余碳化物；淬火工艺为：
加热温度：830-880℃（具体温度根据钢种和零件尺寸确定），保温时间：根据工件壁厚确定，每100mm,保温0.6~0.8h，最少保温10min,淬火冷却方式：采用冷却能力足够的淬火介质（主要是淬火油或盐浴）并进行适当的搅拌，确保工件以大于临界冷却速度的冷速冷到Ms点一下一定温度。临界冷却速度和Ms点温度主要由钢种和加热条件确定，Ms点温度约在220℃左右。Ms点是奥氏体开始转变为马氏体的温度，高碳铬轴承钢Ms点温度约在220℃左右。 
2、下贝氏体淬火，淬火组织为：下贝氏体+少量残余奥氏体+少量残余碳化物。下贝氏体淬火工艺为：加热温度：830~880℃（具体温度根据钢种和零件尺寸确定），保温时间：根据工件壁厚确定，每100mm,保温0.6~0.8h，最少保温10min,淬火冷却方式：采用冷却能力足够的淬火介质（主要是淬火油或盐浴）并进行适当的搅拌，确保工件以大于临界冷却速度的冷速冷到下贝氏体转变温度，并等温足够的时间（约4h）。常用高碳铬轴承钢的下贝氏体等温温度为230~250℃左右，等温温度越高，硬度越低。
    3、贝马复合淬火，淬火组织为：下贝氏体+马氏体+少量残余奥氏体+少量残余碳化物；贝马复合淬火工艺为：加热温度：830~880℃（具体温度根据钢种和零件尺寸确定），保温时间：根据工件壁厚确定，每100mm,保温0.6~0.8h，最少保温10min,淬火冷却方式：采用冷却能力足够的淬火介质（主要是淬火油或盐浴）并进行适当的搅拌，确保工件以大于临界冷却速度的冷速冷到下贝氏体转变温度，并等温一定的时间（约0.5h），使工件内奥氏体部分转变为下贝氏体，然后继续冷却到Ms点一下一定温度，是工件内其余的奥氏体大部分转变为马氏体。
发明内容
本发明的目的是提供一种轴承钢淬火的方法，它同常规的轴承热处理相比具有冲击韧性、断裂韧性、耐磨性高、尺寸稳定性好，表面残余应力为压应力，能有效提高轴承的疲劳寿命和可靠性等优点。
本发明的技术方案是：一种轴承钢淬火的方法，其特征在于，本方法为马贝复合组织淬火，淬火组织为：马氏体+下贝氏体+少量残余奥氏体+少量残余碳化物；
马贝复合组织淬火方法的步骤为：
（1) 淬火加热：加热温度为830~880℃，具体温度根据钢种和零件尺寸确定；
（2）保温时间：根据工件壁厚确定，每100mm，保温0.6~1.5h，，最少保温8min；
（3）淬火冷却方式：采用冷却能力足够的淬火介质，主要是淬火油或盐浴，并进行适当的搅拌，确保工件以大于临界冷却速度的冷速冷到Ms点与Mf点之间某一温度Md，Md为-150~250℃，并等温1~120min，具体时间根据具体工件确定，保证工件心部也冷到Md，使工件内奥氏体部分转变马氏体，在工件心部冷到Md温度后，立即将工件转入到热油或盐浴内加热到下贝氏体转变温度180~280℃，并等温4~12h，使工件内残余奥氏体转变为下贝氏体，并使已形成的马氏体回火；所述的Ms是是奥氏体开始转变为马氏体的温度，为150~250℃；Mf是奥氏体停止转变为马氏体的温度，为-150~-70℃。
本发明的有益效果是：本发明马贝复合组织淬火与马氏体淬火，下贝氏体淬火、贝马复合淬火不同，马贝复合组织淬火具有以下显著特点：
1）初期冷却速度快，可以使轴承钢更为充分淬火，扩大轴承钢应用范围，充分发挥材料的性能潜力。
2）马贝复合淬火组织内的马氏体含碳量，比贝马复合淬火组织内的马氏体含碳量低，具有更好的冲击韧性、断裂韧性、耐磨性。
马贝复合组织淬火，由于先发生马氏体转变，因而奥氏体内含碳量低的部分转变为马氏体，奥氏体内含碳量高的部分在随后的Ms以上的下贝氏体转变温度等温过程中转变为下贝氏体；
贝马复合淬火时，由于先发生下贝氏体转变，因而奥氏体内含碳量低的部分转变为下贝氏体，奥氏体内含碳量高的部分在随后Ms以下温度继续过程中转变为马氏体，马氏体为大片状的高碳马氏体，其亚结构为孪晶，脆性极大，同时，大片状的高碳马氏体在高碳马氏体片形成时，互相撞击，极易产生内应力和微裂纹。
3）马贝复合组织淬火时先生成的马氏体，在随后奥氏体内含碳量高的部分向下贝氏体转变的过程中，阻止下贝氏体的长大，有效的细化下贝氏体的晶粒尺寸，因而使马贝复合淬火组织内的下贝氏体也具有比贝马复合淬火组织内的下贝氏体更好的强度、冲击韧性、断裂韧性、耐磨性。
4）更低的裂纹敏感性
    由于淬火裂纹主要在马氏体转变组织产生，马氏体含碳量越高，性能越脆，裂纹越容易产生，马贝复合组织淬火时，马氏体含碳量低于贝马复合淬火的马氏体含碳量，同时，淬火过程转变的马氏体组织，在随后下贝氏体转变温度等温时，进行了及时回火，因而淬火过程不易产生裂纹。
5）更高的尺寸稳定性
马贝复合组织淬火，由于先发生马氏体转变，随后升温至Ms以上的下贝氏体转变温度等温，使剩余奥氏体转变为下贝氏体，不存在奥氏体的稳定化，剩余奥氏体可以更为充分的转变为下贝氏体，淬火后，残余奥氏体量少，尺寸稳定性高。
贝马复合淬火时，由于先发生下贝氏体转变，在下贝氏体转变的过程中，剩余奥氏体产生稳定化，而且剩余奥氏体的含碳量较高，淬火后，残余奥氏体量多，尺寸稳定性差。
因而，马贝复合组织具有比贝马复合淬火组织更高的尺寸稳定性。
6）可以按性能要求任意调整马贝复合组织比例
马贝复合组织淬火，通过在Ms和Mf之间调整淬火冷却温度，可以灵活有效的调整马贝复合淬火组织内的马氏体和下贝氏体含量，得到需要的组织和性能。
7）不需要回火，节约能源，缩短生产周期
马贝复合组织淬火，由于在随后升温至Ms以上的下贝氏体转变温度等温，使剩余奥氏体转变为下贝氏体贝的同时，也对先生成马氏体组织进行了充分回火，因而下贝氏体淬火一样，不需要回火。
贝马复合淬火时，由于先发生下贝氏体转变，奥氏体内含碳量低的部分转变为下贝氏体，奥氏体内含碳量高的部分在随后Ms以下温度继续过程中转变为脆性极大的大片状高碳马氏体，同时，存在极大的内应力，甚至存在微裂纹，因此，必须及时回火。
马贝复合组织具有比马氏体淬火，下贝氏体淬火、贝马复合淬火组织更好的强度、冲击韧性、断裂韧性、耐磨性，从而可以有效提高轴承的疲劳寿命和可靠性。轴承钢马贝复合组织淬火新方法，有独特的优越性，是一种有前途的新的轴承钢淬火方法。
附图说明
图1是本发明马贝复合组织淬火工艺曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
实施例一：
如图1所示， 
某型号轴承套圈，有效壁厚为15 mm，材料为GCr15.
加热温度：850℃，
保温时间：10min,
淬火介质：盐浴，盐浴温度为190℃，工件淬入盐浴冷却，并中度搅拌，工件在盐浴内冷却10min 后，工件温度冷到190℃（Md温度）。
立即将工件转入温度为235℃的盐浴内加热到235℃（下贝氏体转变温度），等温4.5h。
实施例二： 
另一型号轴承套圈，有效壁厚为32mm，材料为GCr18Mo.
加热温度：860℃，
保温时间：15min,
淬火介质：盐浴，盐浴温度为180℃，工件淬入盐浴冷却，并中度搅拌，工件在盐浴内冷却10min 后，工件温度冷到180℃（Md温度）。
立即将工件转入温度为235℃的盐浴内加热到235℃（下贝氏体转变温度），等温4.5h。
两种型号轴承套圈上述热处理工艺淬火后，淬火组织均为为回火马氏体+下贝氏体+少量残余奥氏体+少量残余碳化物；不需要再进行回火处理，具有良好的机械性能和尺寸稳定性。

Claims (1)

1.一种轴承钢淬火的方法，其特征在于，本方法为马贝复合组织淬火，淬火组织为：马氏体+下贝氏体+少量残余奥氏体+少量残余碳化物；
马贝复合组织淬火方法的步骤为：
（1) 淬火加热温度：830~880℃，具体温度根据钢种和零件尺寸确定；
（2）保温时间：根据工件壁厚确定，每100mm，保温0.6~1.5h，最少保温8min；
（3）淬火冷却方式：采用冷却能力足够的淬火介质，主要是淬火油或盐浴，并进行适当的搅拌，确保工件以大于临界冷却速度的冷速冷到Ms点与Mf点之间某一温度Md，Md为-150~250℃，并等温1~120min，具体时间根据具体工件确定，保证工件心部也冷到Md，使工件内奥氏体部分转变马氏体，在工件心部冷到Md温度后，立即将工件转入到热油或盐浴内加热到下贝氏体转变温度180~280℃，并等温4~12h，使工件内残余奥氏体转变为下贝氏体，并使已形成的马氏体回火；所述的Ms是奥氏体开始转变为马氏体的温度，为150~250℃；Mf是奥氏体停止转变为马氏体的温度，为-150~-70℃。
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