CN102392211A - 一种低碳钢轴承保持架的氮化处理方法 - Google Patents

一种低碳钢轴承保持架的氮化处理方法 Download PDF

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刘斌
张文朝
牛玉周
郭长健
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Abstract

本发明提供了一种低碳钢轴承保持架的氮化处理方法，包括以下步骤：（1）在至少含有氨的气氛下，将轴承保持架在550~590℃的温度范围内保持10~120分钟；在-0.05MPa~+0.05MPa的压强范围内保持10~200秒；（2）在至少含有氨的气氛下，将轴承保持架冷却至300~450℃的温度范围内；（3）将轴承保持架置于空气中自然冷却。本发明所述的氮化处理方法通过改变氮化温度、压差、保压时间、氮化时间和随炉冷却温度等工艺参数，消除了氮化处理后轴承保持架内的针状氮化物。由于轴承保持架基体组织中不含针状氮化物，其耐冲击性能和强度得以大大提高。

Description

一种低碳钢轴承保持架的氮化处理方法
技术领域
 本发明属于轴承热处理领域，具体涉及一种低碳钢轴承保持架的氮化处理方法。
背景技术
目前，为了满足轴承的高强度、高冲击性能和高耐磨性能，通常需要对轴承保持架进行表面热处理。轴承保持架通常由低碳钢（如08、10、st12、SPCC等）材料加工制造而成的，而提高其表面硬度、耐磨性、强度一种有效的方法就是采用低温氮碳共渗（即软氮化）方法。低碳钢低温氮碳共渗的常规工艺为将工件置于氮化炉中，氮化温度为560~590℃，通入氮化气氛（如氨气NH3+乙醇CH3CH2OH，或者氨气NH3+二氧化碳CO2），保温2~6小时后随炉冷却至200℃以下出炉。
采用常规低温碳氮共渗处理后，轴承保持架的显微组织构成由表及里依次为白亮层、过渡层和含针状氮化物的基体组织。白亮层硬度高、强度也高，白亮层和过渡层均有利于提高材料的强度及耐磨性、冲击性能。但是，针状氮化物脆性大，且材料晶界分布，非常不利于材料的强度和冲击性能。所以，经过常规低温氮碳共渗的轴承保持架容易断裂，造成轴承卡死。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种低碳钢轴承保持架的氮化处理方法，该氮化处理方法能够消除低碳钢氮化处理后的针状组织，提高轴承保持架的耐冲击性能和强度。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种低碳钢轴承保持架的氮化处理方法，包括以下步骤：
（1）在至少含有氨的气氛下，将轴承保持架在550~590℃的温度范围内保持10~120分钟；在-0.05MPa ~ +0.05MPa的压强范围内保持10~200秒；
（2）在至少含有氨的气氛下，将轴承保持架冷却至300~450℃的温度范围内；
（3）将轴承保持架置于空气中自然冷却。
进一步的，步骤（1）和步骤（2）中所述的至少含有氨的气氛为氨气与二氧化碳的混合气体。
进一步的，所述轴承保持架在氮化炉内进行氮化处理。
进一步的，所述的氮化炉为支持压力调节的氮化炉。
  本发明所述的氮化处理方法通过改变氮化温度、压差、保压时间、氮化时间和随炉冷却温度等工艺参数，消除了氮化处理后轴承保持架内的针状氮化物。由于轴承保持架基体组织中不含针状氮化物，其耐冲击性能和强度得以大大提高。本发明所述的氮化方法可以取代目前常规的热处理方法，并维持目前的生产效率不变甚至提高生产效率，已经在汽车变速器轴承和摩托车轴承等工况较为恶劣的条件下得以成功应用。
附图说明
图1为本发明所述的低碳钢轴承保持架的氮化处理方法流程图；
图2为实施例一中轴承保持架试验片的基体组织图片（放大500倍）；
图3为实施例二中轴承保持架试验片的基体组织图片（放大200倍）；
图4为实施例三中轴承保持架试验片的基体组织图片（放大200倍）；
图5为实施例四中轴承保持架试验片的基体组织图片（放大200倍）。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供了一种低碳钢轴承保持架的氮化处理方法，包括以下步骤：
（（1）在至少含有氨的气氛下，将轴承保持架在550~590℃的温度范围内保持10~120分钟；在-0.05MPa ~ +0.05MPa的压强范围内保持10~200秒；
（2）在至少含有氨的气氛下，将轴承保持架冷却至300~450℃的温度范围内；
（3）将轴承保持架置于空气中自然冷却。
经本发明所述的氮化处理方法处理后的轴承保持架，其组织由表及里依次为白亮层、过渡层和不含针状氮化物的基体组织，所述基体组织为均匀分布的铁素体和珠光体组织。由于轴承保持架基体组织中不含针状氮化物，其强度得以大大提高。
实施例一：
对低碳钢轴承保持架的试验片进行氮化处理，所述试验片的规格与GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》中确定的材料试验片规格一致。本发明所述的的氮化处理方法包括以下步骤：
（1）将轴承保持架试验片放置于氮化炉中，向氮化炉内通入氨气和二氧化碳气体；保持氮化炉内的氮化温度为550℃，氮化时间为10分钟；压差范围为- 0.05MPa ~ +0.05MPa（上压+0.05MPa，下压-0.05MPa），保压时间为30秒；
（2）随炉冷却至300℃；
（3）取出轴承保持架试验片，置于空气中自然冷却。
经检测和试验，氮化处理后轴承保持架试验片的基体组织（如图2所示）含极少量的针状氮化物组织，表面白亮深度为2~5μm，抗拉强度σb均值为410 Mpa，相比常规低温氮碳共渗处理的试验片（σb均值为370MPa）提高了10%。
实施例二：
轴承保持架试验片与实施例一相同。本发明所述的氮化处理方法包括以下步骤：
（1）将轴承保持架试验片放置于氮化炉中，向氮化炉内通入氨气和二氧化碳气体；保持氮化炉内的氮化温度为580℃，压差范围-0.02MPa~+0.02MPa（上压+0.02MPa，下压-0.02MPa），保压时间为60秒，氮化时间为60分钟；
（2）随炉冷却至400℃；
（3）取出轴承保持架试验片，置于空气中自然冷却。
经检测和试验后，氮化处理后轴承保持架试验片的基体组织（如图3所示）不含的针状氮化物组织，表面白亮深度为4~9μm，抗拉强度σb均值为450 Mpa，相比常规低温氮碳共渗处理的试验片（σb均值为370MPa）提高了20%。 
实施例三：
轴承保持架试验片与实施例一相同。本发明所述的氮化处理方法包括以下步骤：
（1）将轴承保持架试验片放置于氮化炉中，向氮化炉内通入氨气和二氧化碳气体；保持氮化炉内的氮化温度590℃，压差范围-0.01MPa~+0.01MPa（上压+0.01MPa，下压-0.01MPa），保压时间为120秒，氮化时间为90分钟；
（2）随炉冷却至450℃；
（3）取出轴承保持架试验片，置于空气中自然冷却。
经检测和试验后，氮化处理后轴承保持架试验片的基体组织（如图4所示）不含的针状氮化物组织，表面白亮深度为10~20μm，抗拉强度σb均值为470 Mpa，相比常规低温氮碳共渗处理的试验片（σb均值为370MPa）提高了27%。 
实施例四：
轴承保持架试验片与实施例一相同。本发明所述的氮化处理方法包括以下步骤：
（1）将轴承保持架试验片放置于氮化炉中，向氮化炉内通入氨气和二氧化碳气体；保持氮化炉内的氮化温度590℃，压差范围-0.01MPa~+0.01MPa（上压+0.01MPa，下压-0.01MPa），保压时间为200秒，氮化时间为120分钟；
（2）随炉冷却至450℃；
（3）取出轴承保持架试验片，置于空气中自然冷却。
经检测和试验后，氮化处理后轴承保持架试验片的基体组织（如图5所示）不含针状氮化物组织，表面白亮深度为15~25μm，抗拉强度σb均值为480 Mpa，相比常规低温氮碳共渗处理的试验片（σb均值为370MPa）提高了近30%。
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种低碳钢轴承保持架的氮化处理方法，包括以下步骤：
（1）在至少含有氨的气氛下，将轴承保持架在550~590℃的温度范围内保持10~120分钟；在-0.05MPa ~ +0.05MPa的压强范围内保持10~200秒；
（2）在至少含有氨的气氛下，将轴承保持架冷却至300~450℃的温度范围内；
（3）将轴承保持架置于空气中自然冷却。
2.根据权利要求1所述的氮化处理方法，其特征在于，步骤（1）和步骤（2）中所述的至少含有氨的气氛为氨气与二氧化碳的混合气体。
3.根据权利要求1所述的氮化处理方法，其特征在于，所述轴承保持架在氮化炉内进行氮化处理。
4.根据权利要求3所述的氮化处理方法，其特征在于，所述的氮化炉为支持压力调节的氮化炉。
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