CN104372160B - 齿轮圆锥滚子轴承及轴承带齿外圈的热处理方法 - Google Patents

齿轮圆锥滚子轴承及轴承带齿外圈的热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及齿轮和轴承制造领域，目的是提供一种齿轮圆锥滚子轴承及轴承带齿外圈的热处理方法。一种齿轮圆锥滚子轴承，包括内圈、滚动体组和保持架；所述的齿轮圆锥滚子轴承还包括外侧围设有一体构成的齿轮的轴承带齿外圈。该齿轮圆锥滚子轴承轴承和齿轮一体构成，轴承承载能力和功率密度相对较高，使齿轮箱的体积相对较小。该材料为GCr15的轴承外圈的热处理方法，能满足轴承带齿外圈在具有高的强度和硬度的同时需要具有好的韧性的工作要求。

Description

齿轮圆锥滚子轴承及轴承带齿外圈的热处理方法
技术领域
本发明涉及齿轮和轴承制造领域，尤其是一种齿轮圆锥滚子轴承及轴承带齿外圈的热处理方法。
背景技术
齿轮箱具有轴承和齿轮，很多额定功率较高的齿轮箱都使用了圆锥滚子轴承；传统的齿轮箱由于轴承和齿轮不一体构成，当齿轮减速比较大时，存在轴承承载能力和功率密度相对较低，使齿轮箱的体积相对较大的不足，因此，设计一种轴承和齿轮一体构成，轴承承载能力和功率密度相对较高，使齿轮箱的体积相对较小的齿轮圆锥滚子轴承及轴承带齿外圈的热处理方法，成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服目前传统的齿轮箱由于轴承和齿轮不一体构成，当齿轮减速比较大时，存在轴承承载能力和功率密度相对较低，齿轮箱的体积相对较大的不足，提供一种轴承和齿轮一体构成，轴承承载能力和功率密度相对较高，使齿轮箱的体积相对较小的齿轮圆锥滚子轴承及轴承带齿外圈的热处理方法。
本发明的具体技术方案是：
一种齿轮圆锥滚子轴承，包括内圈、滚动体组和保持架；所述的齿轮圆锥滚子轴承还包括外侧围设有一体构成的齿轮的轴承带齿外圈。该齿轮圆锥滚子轴承轴承和齿轮一体构成，轴承承载能力和功率密度相对较高，使齿轮箱的体积相对较小。
作为优选，所述的齿轮圆锥滚子轴承，所述的轴承带齿外圈的内孔大端与齿轮的齿根圆的径向距离为齿轮模数的2倍至4倍。多数情况下，使用99%可靠性或L1疲劳寿命来计算齿轮的寿命，而支承齿轮的轴承则使用90%可靠性、L10疲劳寿命来计算；通过增加滚子数量，增大滚子尺寸或是轴承的节圆直径可以提高支承齿轮的轴承的承载能力；该轴承带齿外圈轴承带齿外圈的内孔大端与齿轮的齿根圆的径向距离为齿轮模数的2倍至4倍，为通过增大轴承的节圆直径和滚子直径，从而提高轴承的承载能力和疲劳寿命及增强齿轮轴承的功率密度预留了调整设计余地。
作为优选，所述的轴承带齿外圈的材料为GCr15或GCr18No。GCr15和GCr18No是广泛应用于轴承行业的具有良好性能的低合金钢，通过热处理后能轴承带齿外圈在具有高的强度和硬度的同时具有好的韧性，获得较好的强韧性配合满足工作要求。
作为优选，所述的内孔处的硬度为HRC61至HRC65；齿轮处的硬度为HRC47至HRC52；能同时满足轴承带齿外圈的内孔和齿轮对硬度的不同工作要求。
一种轴承带齿外圈的热处理方法，所述的轴承带齿外圈的外侧围设有一体构成的齿轮；轴承带齿外圈的材料为GCr15；轴承带齿外圈的热处理方法包括：步骤一，将轴承带齿外圈在温度70℃至90℃的酸液中进行酸洗；步骤二，将轴承带齿外圈在二氧化碳作为保护气体的保护气氛中第一次加热到温度850℃至870℃并保温25分钟至40分钟,奥氏体化；步骤三，在160℃热油中进行第一次等温淬火25分钟至35分钟，获得非平衡组织作为预处理；步骤四，在二氧化碳作为保护气体的保护气氛中第二次加热到温度810℃至830℃，保温30分钟至50分钟,经相变重结晶，奥氏体晶粒被细化；步骤五，在180℃热油中进行第二次等温淬火和低温回火160分钟至200分钟，提高GCr15轴承带齿外圈的强韧性；步骤六，内孔高频加热到温度880℃至900℃并在高频淬火液中淬火，步骤七，轴承带齿外圈取出在空气中冷却。
GCr15是一种广泛应用于轴承行业的具有良好性能的低合金钢，传统的材料为GCr15的轴承外圈的热处理方法，虽能获得高硬度和好的耐磨性，但韧性较差，不能满足轴承带齿外圈在具有高的强度和硬度的同时需要具有好的韧性的工作要求；奥氏体化温度不同，奥氏体的晶粒大小不同，奥氏体所固溶的碳铬含量也不一样，随着奥氏体化温度的提高，碳化物进一步溶解，奥氏体的含碳量提高，且成分不均匀减小，强韧性提高，当奥氏体化温度太高，奥氏体晶粒变得较大，会导致等温淬火后所形成的下贝氏体针粗大，强韧性下降；通过步骤二的高温奥氏体化，使碳化物尽量溶解，奥氏体的含碳量提高，且成分不均匀减小，强韧性提高，又使奥氏体晶粒较小；等温淬火在同样硬度水平下，强度、韧性、耐磨性、疲劳强度比直接淬火有大幅度提高；通过步骤三的第一次等温淬火，获得非平衡组织作为预处理，第一次等温淬火所形成的马氏体-贝氏体复相组织中所固溶的碳量较高；在步骤四的第二次加热和保温过程中分解出极细小碳化物，使碳化物显著细化，然后再溶入奥氏体中，而且经相变重结晶，奥氏体晶粒细小，被细化至11级，碳化物小于0.36um；通过步骤五的第二次等温淬火和低温回火，使下贝氏体相对量为28％至32％时，获得较好的强韧性配合，提高GCr15轴承带齿外圈的强韧性；通过步骤六的高频淬火提高内孔的硬度；高频淬火液为全合成水溶性产品，不含油、无毒、无污染，对水有逆溶性；其特有的冷却性能（高温区接近水的快速冷却能力，低温区接近油的慢冷性能）有效替代水淬油冷的传统工艺，操作方便，可靠;具有逆溶性，其冷却能力更接近于水，但在低温区的冷却速度显著比水慢；通过步骤七轴承带齿外圈取出在空气中冷却后，经检测，冲击韧性ak值为45J/c㎡至60J/c㎡，内孔处的硬度为HRC61至HRC65，其余部位的硬度为HRC47至HRC52，强韧性较好。该材料为GCr15的轴承外圈的热处理方法，能满足轴承带齿外圈在具有高的强度和硬度的同时需要具有好的韧性，并能同时满足轴承带齿外圈的内孔和齿轮对硬度的不同工作要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该齿轮圆锥滚子轴承轴承和齿轮一体构成，轴承承载能力和功率密度相对较高，使齿轮箱的体积相对较小。轴承带齿外圈的内孔大端与齿轮的齿根圆的径向距离为齿轮模数的2倍至4倍，为通过增大轴承的节圆直径和滚子直径，从而提高轴承的承载能力和疲劳寿命及增强齿轮轴承的功率密度预留了调整设计余地。GCr15和GCr18No是广泛应用于轴承行业的具有良好性能的低合金钢，通过热处理后能轴承带齿外圈在具有高的强度和硬度的同时具有好的韧性，获得较好的强韧性配合满足工作要求。内孔处的硬度为HRC61至HRC65；齿轮处的硬度为HRC47至HRC52；能同时满足轴承带齿外圈的内孔和齿轮对硬度的不同工作要求。
该材料为GCr15的轴承外圈的热处理方法，能满足轴承带齿外圈在具有高的强度和硬度的同时需要具有好的韧性，并能同时满足轴承带齿外圈的内孔和齿轮对硬度的不同工作要求。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图。
图中：内圈-1、滚动体组-2、保持架-3、轴承带齿外圈-4、齿轮-41、内孔-42、齿根圆-43。
具体实施方式
下面结合附图所示对本发明进行进一步描述。
如附图1所示：一种齿轮圆锥滚子轴承，包括内圈1、滚动体组2和保持架3，外侧围设有一体构成的齿轮41的轴承带齿外圈4。
所述的轴承带齿外圈4的内孔42大端与齿轮41的齿根圆43的径向距离为齿轮41模数的3倍。
所述的轴承带齿外圈4的材料为GCr15。
所述的内孔42处的硬度为HRC63；齿轮41处的硬度为HRC50。能同时满足轴承带齿外圈的内孔和齿轮对硬度的不同工作要求。
一种轴承带齿外圈4的热处理方法，所述的轴承带齿外圈4的外侧围设有一体构成的齿轮41；轴承带齿外圈4的材料为GCr15；轴承带齿外圈4的热处理方法包括：步骤一，将轴承带齿外圈4在温度80℃的酸液中进行酸洗；步骤二，将轴承带齿外圈4在二氧化碳作为保护气体的保护气氛中第一次加热到温度860℃并保温30分钟,奥氏体化；步骤三，在160℃热油中进行第一次等温淬火30分钟，获得非平衡组织作为预处理；步骤四，在二氧化碳作为保护气体的保护气氛中第二次加热到温度820℃，40分钟,经相变重结晶，奥氏体晶粒被细化；步骤五，在180℃热油中进行第二次等温淬火和低温回火180分钟，提高GCr15轴承带齿外圈4的强韧性；步骤六，内孔42高频加热到温度880℃至900℃并在高频淬火液中淬火，步骤七，轴承带齿外圈4取出在空气中冷却。
GCr15是一种广泛应用于轴承行业的具有良好性能的低合金钢，传统的材料为GCr15的轴承外圈的热处理方法，虽能获得高硬度和好的耐磨性，但韧性较差，不能满足轴承带齿外圈在具有高的强度和硬度的同时需要具有好的韧性的工作要求；奥氏体化温度不同，奥氏体的晶粒大小不同，奥氏体所固溶的碳铬含量也不一样，随着奥氏体化温度的提高，碳化物进一步溶解，奥氏体的含碳量提高，且成分不均匀减小，强韧性提高，当奥氏体化温度太高，奥氏体晶粒变得较大，会导致等温淬火后所形成的下贝氏体针粗大，强韧性下降；通过步骤二的高温奥氏体化，使碳化物尽量溶解，奥氏体的含碳量提高，且成分不均匀减小，强韧性提高，又使奥氏体晶粒较小；等温淬火在同样硬度水平下，强度、韧性、耐磨性、疲劳强度比直接淬火有大幅度提高；通过步骤三的第一次等温淬火，获得非平衡组织作为预处理，第一次等温淬火所形成的马氏体-贝氏体复相组织中所固溶的碳量较高；在步骤四的第二次加热和保温过程中分解出极细小碳化物，使碳化物显著细化，然后再溶入奥氏体中，而且经相变重结晶，奥氏体晶粒细小，被细化至11级，碳化物小于0.36um；通过步骤五的第二次等温淬火和低温回火，使下贝氏体相对量为30％时，获得较好的强韧性配合，提高GCr15轴承带齿外圈的强韧性；通过步骤六的高频淬火提高内孔的硬度；高频淬火液为全合成水溶性产品，不含油、无毒、无污染，对水有逆溶性，其特有的冷却性能（高温区接近水的快速冷却能力，低温区接近油的慢冷性能）有效替代水淬油冷的传统工艺，操作方便，可靠;具有逆溶性，其冷却能力更接近于水，但在低温区的冷却速度显著比水慢；通过步骤七轴承带齿外圈取出在空气中冷却后，经检测，冲击韧性ak值为53J/c㎡，内孔处的硬度为HRC63，其余部位的硬度为HRC50，强韧性较好。
本发明的有益效果是：该齿轮圆锥滚子轴承轴承和齿轮一体构成，轴承承载能力和功率密度相对较高，使齿轮箱的体积相对较小。轴承带齿外圈的内孔大端与齿轮的齿根圆的径向距离为齿轮模数的3倍，为通过增大轴承的节圆直径和滚子直径，从而提高轴承的承载能力和疲劳寿命及增强齿轮轴承的功率密度预留了调整设计余地。GCr15和GCr18No是广泛应用于轴承行业的具有良好性能的低合金钢，通过热处理后能轴承带齿外圈在具有高的强度和硬度的同时具有好的韧性，获得较好的强韧性配合满足工作要求。内孔处的硬度为HRC63；齿轮处的硬度为HRC50；能同时满足轴承带齿外圈的内孔和齿轮对硬度的不同工作要求。该材料为GCr15的轴承外圈的热处理方法，能满足轴承带齿外圈在具有高的强度和硬度的同时需要具有好的韧性，并能同时满足轴承带齿外圈的内孔和齿轮对硬度的不同工作要求。
本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。

Claims (3)

1.一种齿轮圆锥滚子轴承，包括内圈、滚动体组和保持架；其特征是：所述的齿轮圆锥滚子轴承还包括外侧围设有一体构成的齿轮的轴承带齿外圈；轴承带齿外圈的材料为GCr15；所述的轴承带齿外圈的热处理方法，包括：步骤一，将轴承带齿外圈在温度70℃至90℃的酸液中进行酸洗；步骤二，将轴承带齿外圈在二氧化碳作为保护气体的保护气氛中第一次加热到温度850℃至870℃并保温25分钟至40分钟,奥氏体化；步骤三，在160℃热油中进行第一次等温淬火25分钟至35分钟，获得非平衡组织作为预处理；步骤四，在二氧化碳作为保护气体的保护气氛中第二次加热到温度810℃至830℃，保温30分钟至50分钟,经相变重结晶，奥氏体晶粒被细化；步骤五，在180℃热油中进行第二次等温淬火和低温回火160分钟至200分钟，提高GCr15轴承带齿外圈的强韧性；步骤六，内孔高频加热到温度880℃至900℃并在高频淬火液中淬火，步骤七，轴承带齿外圈取出在空气中冷却。
2.根据权利要求1所述的齿轮圆锥滚子轴承，其特征是：所述的轴承带齿外圈的内孔大端与齿轮的齿根圆的径向距离为齿轮模数的2倍至4倍。
3.根据权利要求1或2所述的齿轮圆锥滚子轴承，其特征是：所述的内孔处的硬度为HRC61至HRC65；齿轮处的硬度为HRC47至HRC52。
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