CN103341728B - 一种轴承环组织细匀化控轧控冷方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴承制造技术。一种轴承环组织细匀化控轧控冷方法，其特征在于它包括以下步骤：（1）热锻制坯；（2）控制热轧：将热锻轴承环坯在轧环机上热轧成形为轴承环，合理控制轧制变形量、变形速度和变形温度，得到热轧轴承环；（3）强制冷却：对热轧轴承环进行水冷与风冷强制冷却；先将热轧轴承环浸入60℃～80℃的冷却水中冷却至400℃～500℃温度，取出后利用风机吹风冷却至室温。该方法获得的轴承环晶粒尺寸和碳化物颗粒均得到细化，且晶粒尺寸更均匀，可使轴承环组织有效细化和均匀化。

Description

一种轴承环组织细匀化控轧控冷方法

技术领域

本发明涉及轴承制造技术，具体涉及一种轴承环组织细化、均匀化控轧控冷方法。

背景技术

轴承环是轴承的基体和核心组件，其组织性能对轴承质量和使用寿命有重要的影响。热轧成形是轴承环的一种先进塑性加工方法，它通过使热态轴承环坯产生连续局部塑性变形而快速精密成形规定尺寸的轴承环，适用于各种材料和尺寸范围的轴承环成形，是轴承环生产应用最广泛的加工方法。目前，轴承环热轧生产中，热轧和轧后冷却工艺条件波动较大，缺乏稳定控制。对于热轧过程，同型号轴承环热轧温度波动较大，导致轴承环变形和组织均匀性产生较大波动，热轧温度低，变形均匀性差，轴承环晶粒组织不能通过轧制变形得到均匀细化，热轧温度高，热轧和轧后冷却过程轴承环晶粒容易长大粗化。对于轧后冷却过程，普遍采用堆放空冷，冷却速度慢、效率低，且不同区域轴承环冷却速度不一致，不仅促进冷却过程轴承环晶粒长大，而且导致同批轴承环冷却后组织状态一致性差。由于轴承环热轧和轧后冷却工艺条件缺乏稳定控制，导致热轧冷却后轴承环晶粒粗大不均、组织状态离散度大，对后续热处理产生严重的遗传危害，并最终影响轴承环的组织性能和轴承寿命。

发明内容

针对以上现状，本发明的目的在于提供一种轴承环组织细匀化控轧控冷方法，该方法获得的轴承环晶粒尺寸和碳化物颗粒均得到细化，且晶粒尺寸更均匀，可使轴承环组织有效细化和均匀化。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种轴承环组织细匀化控轧控冷方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)热锻制坯：将加热后棒料段在压力机上镦粗、冲孔、冲连皮、平端面，制成规定尺寸轴承环坯，得到热锻轴承环坯；锻造温度控制在950℃～1050℃范围内(此处锻造即为将棒料段在压力机上镦粗、冲孔、冲连皮、平端面制成规定尺寸轴承环坯的过程；避免因锻造温度高促进奥氏体晶粒长大、锻造温度低导致环坯锻造变形不均匀和损伤开裂)；

(2)控制热轧：将热锻轴承环坯在轧环机上热轧成形为轴承环，合理控制轧制变形量、变形速度和变形温度，得到热轧轴承环；

轧制变形量主要控制轴承环坯壁厚减薄率；轧制变形量大，轴承环表面和心部变形程度差异大，变形不均匀性增加，导致内部组织分布不均匀，而且轧制时间增加，轴承环温度下降明显使得塑性变差，易导致轧制开裂；轧制变形量小，轴承环晶粒组织不能通过轧制变形得到有效细化；为了合理控制轴承环热轧变形量，可控制轴承环坯壁厚减薄率在30％～60％范围内(“减薄率”为轴承环坯壁厚减小量与轴承环坯初始壁厚的比值)，轴承环厚大，则轴承环坯壁厚减薄率取大值；

轧制速度主要控制轧制线速度和进给速度；轧制线速度过大或进给速度过小，轴承环不易被塑性穿透，变形分布不均匀，使得组织分布不均匀；轧制线速度过小或进给速度过大，轴承环不易咬入轧制孔型，壁厚不均匀程度大，影响轧制精度；为了合理控制轴承环热轧变形速度，可控制轧制线速度在1.1～1.5m/s范围内，轴承环外径大，则轧制线速度取小值；可控制进给速度在下述公式范围内：

$v=\left(0.4~0.8\right){\[\frac{1}{2}{\left(\frac{P}{{\mathrm{n\σ}}_s{b}_0}\right)}^2\left(\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_0}-\frac{1}{r_0}\right),\frac{{\left(\arctan \mathrm{\μ}\right)}^2{\mathrm{VR}}_1^2{R}_2^2}{{\mathrm{\πR}}_0{\left(R_1+R_2\right)}^2}\left(\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_0}-\frac{1}{r_0}\right)\]}_{\min }$

式中，v为直线进给速度；V为轧制线速度；r₀、R₀、b₀分别为轴承环坯内、外半径和轴向高度；R₁、R₂分别为轧环机的驱动辊和芯辊工作面半径；P为轧环机的额定轧制力；σ_s为轧制温度下材料屈服强度；n为系数取3～6，轴承环材料为低碳钢时取小值，轴承环材料为高合金钢时取大值；μ为轴承环与轧辊摩擦系数；

轧制温度主要控制轴承环终轧温度；终轧温度高，促进热轧轴承环晶粒长大以及网状碳化物析出，终轧温度低，轧制变形均匀性差，导致组织不均匀；终轧温度应控制在800℃～850℃之间；

(3)强制冷却：对热轧轴承环进行水冷与风冷强制冷却；先将热轧轴承环浸入冷却水池中(冷却水温控制在60℃～80℃)冷却至400℃～500℃温度，取出后利用风机吹风冷却至室温；强制冷却过程主要控制水冷温度和冷却水温，水冷温度过高，后续风冷时间长，效率低；水冷温度过低，轴承环会产生马氏体相变，加重轴承环冷却变形，影响其尺寸精度，冷却水温过低，则冷却速度快，轴承环内应力增大易导致开裂；为了合理控制冷却过程，水冷温度控制在400℃～500℃，冷却水温控制在60℃～80℃。

本发明的有益效果是：通过热锻制坯和热轧成形工艺条件合理稳定控制，使轴承环产生充分均匀的塑性变形而获得细匀组织；通过对热轧后轴承环进行强制冷却，有效提高冷却速度并实现均匀冷却，从而抑制奥氏体晶粒冷却过程长大粗化，保障冷却后轴承环组织细匀性和一致性，同时减少冷却时间，提高了生产效率。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

以最常见的GCr15钢轴承环为例，某型号轴承环组织细匀化控轧控冷方法按如下步骤实现：

(1)热锻制坯：将加热后棒料段在压力机上镦粗、冲孔、冲连皮、平端面，制成规定尺寸轴承环坯，热锻过程坯料初锻温度控制在1040±10℃、终锻温度控制在980±20℃(热锻即为将加热后棒料段在压力机上镦粗、冲孔、冲连皮、平端面制成规定尺寸轴承环坯的过程，即锻造)。

(2)控制热轧：将热锻制成的轴承环坯放上轧环机热轧成形为轴承环。为了控制热轧均匀变形，根据本发明所述热轧变形量、变形速度和变形温度控制方法进行计算，设计轧制壁厚减薄率为50％、轧制线速度为1.3m/s、进给速度为1.5mm/s、热轧后轴承环温度控制在830±10℃。

(3)强制冷却：将热轧后轴承环浸入70℃水温的冷却水池中冷却至450±10℃取出，然后利用风机吹风冷却至室温。

将本发明控轧控冷轴承环与常规热轧工艺轴承环取样进行晶粒度和碳化物测试比较，常规热轧工艺轴承环晶粒度为7～9级，本发明控轧控冷轴承环晶粒度为10～10.5级；常规热轧工艺轴承环碳化物平均尺寸为0.4μm，本发明控轧控冷轴承环碳化物平均尺寸为0.3μm。

上述实例说明，采用本发明控轧控冷方法获得的轴承环晶粒尺寸和碳化物均得到细化，且晶粒分布更均匀，说明本发明控轧控冷方法可使轴承环组织有效细化和均匀化。

本发明技术方法还适用于其它材料的轴承环，其控轧控冷方法与上述实例相同，效果也相同，在此不逐一列举实施例。

Claims (1)

1.一种轴承环组织细匀化控轧控冷方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)热锻制坯：将加热后棒料段在压力机上镦粗、冲孔、冲连皮、平端面，制成规定尺寸轴承环坯，得到热锻轴承环坯；锻造温度控制在950℃～1050℃范围内；

(2)控制热轧：将热锻轴承环坯在轧环机上热轧成形为轴承环，

轧制变形量为控制轴承环坯壁厚减薄率；控制轴承环坯壁厚减薄率在30％～60％范围内；

控制轧制速度为控制轧制线速度和进给速度；控制轧制线速度在1.1～1.5m/s范围内；控制进给速度在下述公式范围内：

$v=(0.4~0.8){\[\frac{1}{2}{\left(\frac{P}{{\mathrm{n\σ}}_s{b}_0}\right)}^2(\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_0}-\frac{1}{r_0}),\frac{{\left(\arctan \mathrm{\μ}\right)}^2{\mathrm{VR}}_1^2{R}_2^2}{{\mathrm{\πR}}_0{(R_1+R_2)}^2}(\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_0}-\frac{1}{r_0})\]}_{\min }$

式中，v为直线进给速度；V为轧制线速度；r₀、R₀、b₀分别为轴承环坯内、外半径和轴向高度；R₁、R₂分别为轧环机的驱动辊和芯辊工作面半径；P为轧环机的额定轧制力；σ_s为轧制温度下材料屈服强度；n为系数取3～6，轴承环材料为低碳钢时取小值，轴承环材料为高合金钢时取大值；μ为轴承环与轧辊摩擦系数；

控制轧制温度为控制轴承环终轧温度；终轧温度应控制在800℃～850℃之间；

得到热轧轴承环；

(3)强制冷却：对热轧轴承环进行水冷与风冷强制冷却；先将热轧轴承环浸入60℃～80℃的冷却水中冷却至400℃～500℃温度，取出后利用风机吹风冷却至室温。