CN104862460A - 高碳铬轴承钢的复合热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高碳铬轴承钢的复合热处理工艺，按如下工序进行：塑形强化处理，用直径为2~5毫米的陶瓷丸，以线速度40~100米/秒的速度对高碳铬轴承钢零件进行喷射15~60分钟；将强化处理好的高碳铬轴承钢零件进行第一次淬火热处理，调整淬火温度至820~830℃，保持15~60分钟，然后进入30~80℃的油中淬火，随后在400~500℃的回火炉中回火90~150分钟；然后再进行第二次淬火热处理，调整淬火温度至800~810℃，保持15~60分钟，之后进入30~80℃的油中淬火，随后在150~180℃的回火炉中回火90~150分钟。本发明的热处理工艺，材料表面可达12~13级，心部可达9~10级，耐磨性好，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及材料热处理技术领域，具体涉及高碳铬轴承钢的复合热处理工艺。
背景技术
轴承钢被炼钢届人士称为钢中之王，高碳铬轴承钢是轴承钢中有一个大的种类，为制造轴承和轴承零件的最常用钢种。
如图1所示，现有高碳铬轴承钢热处理工艺为：淬火加热830~850℃，保持适当的时间后进入30~80℃的油中淬火，随后在150~180℃的回火炉中回火一定的时间。该常规热处理工艺获得材料晶粒度只能达到8级，接触疲劳强度低，耐磨性差，寿命可靠性较差。这种常规热处理工艺越来越满足不了对于高可靠性、高舒适性 的汽车零部件发展需求，如发动机摇臂轴承比较特殊苛刻的使用工况下，使轴承无法适应其特殊的温度、负荷、润滑条件。
发明内容
为克服现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种高碳铬轴承钢的复合处理工艺，能够获得非常细小的晶粒度（材料表面可达12~13级，心部可达9~10级），耐磨性好，使用寿命长。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种高碳铬轴承钢的复合热处理工艺，按如下工序进行：
（1）塑形强化处理，用直径为2~5毫米的硬质颗粒，以线速度40~100米/秒的速度对高碳铬轴承钢零件进行喷射15~60分钟；通过该处理后，使高碳铬轴承钢零件表面产生极为强烈的塑性变形和加工硬化，在强化层内产生大量位错，并使强化层内显微组织结构细密而又具有较高的表面残余压应力，较高的残余应力有助于提高材料疲劳强度以及疲劳断裂韧性；
（2）将步骤（1）强化处理好的高碳铬轴承钢零件进行第一次淬火热处理，调整淬火温度至820~830℃，保持15~60分钟的时间，然后进入30~80℃的油中淬火，随后在400~500℃的回火炉中回火90~150分钟；由于零件表面经过步骤（1）处理的零件内产生了大量的位错，使位错密度大幅增加，形变在微观上还造成了多边化的亚结构和位错胞状结构，这种结构下，通过步骤（2）淬火加热过程中，零件表面得到明显细化的奥氏体晶粒；
（3）将步骤（2）处理后高碳铬轴承钢零件再进行第二次淬火热处理，调整淬火温度至800~810℃，保持15~60分钟的时间，然后进入30~80℃的油中淬火，随后在150~200℃的回火炉中回火90~150分钟。通过该步骤的再次低温加热淬火过程，通过第一次的淬火所得到的组织是细小马氏体以及大量弥散分布的碳化物颗粒，这些大量弥散分布的碳化物颗粒在二次加热淬火时能强烈的阻碍晶粒长大，同时表面经过强化后存在大量的位错等亚结构和碎晶，最终使零件表面的晶粒度进一步细化，更为重要的是，使得经过步骤（2）淬火后得到的较为细小的马氏体组织和弥散分布的碳化物颗粒，经过再次低温淬火加热后，弥散分布的碳化物颗粒促使奥氏体形核率提高，最终使得心部晶粒度也得到明显的细化。
优选的，所述步骤（1）中塑形强化处所用硬质颗粒物为陶瓷丸。该设计，使得零件表面强化效果好。
本发明的优点是：能够获得非常细小的晶粒度（材料表面可达12~13级，心部可达（9~10级）和很高的耐磨性，从而使得汽车零部件，如发动机摇臂轴承寿命由10万公里提高到25万公里。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为传统高碳铬轴承钢热处理工艺流程图；
图2为本发明高碳铬轴承钢的复合热处理工艺流程图；
图3为本发明实施例1 材料表面显微组织图；
图4为本发明实施例1材料心部显微组织图；
图5为本发明实施例2 材料表面显微组织图；
图6为本发明实施例2材料心部显微组织图；
图7本发明实施例3 材料表面显微组织图；
图8为本发明实施例3材料心部显微组织图；
图9为本发明制得产品与传统工艺制得产品磨损量对比图；
图10为本发明制得产品与传统工艺制得产品强化疲劳寿命对比图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
以轴承套圈为例：
实施例1
如图2所示，本申请的具体实施方式，按以下工序进行：
（1）塑形强化处理，选用陶瓷丸直径2mm，以喷丸线速度40m/s对轴承套圈进行喷射时间为15分钟的喷丸；
（2）第一次淬火热处理，调整淬火温度至820℃，保持15分钟，然后进入30℃的油中淬火，随后在400℃回火炉中回火90分钟；
（3）第二次淬火热处理，调整淬火温度至800℃，保持15分钟，然后进入30℃的油中淬火，随后在150℃回火炉中回火90分钟。
经测试和分析（测试的方法不同是否对检测结果有影响，采用的测试方法是什么），材料表面晶粒度12级、心部晶粒度10级；显微组织图片见图3（表面显微组织图，表面晶粒度（×500））、图4（心部显微组织图，心部晶粒度（×500））所示。
实施例2
如图2所示，本申请的具体实施方式，按以下工序进行：
（1）塑形强化处理，选用陶瓷丸直径3mm，以喷丸线速度70m/s对轴承套圈进行喷射时间为40分钟的喷丸；
（2）第一次淬火热处理，调整淬火温度至825℃，保持35分钟，然后进入60℃的油中淬火，随后在400℃回火炉中回火120分钟；
（3）第二次淬火热处理，调整淬火温度至805℃，保持35分钟，然后进入60℃的油中淬火，随后在160℃回火炉中回火120分钟。
经测试和分析，材料表面晶粒度12.5级、心部晶粒度9级；显微组织图片见图5（表面显微组织图，表面晶粒度（×500））、图6（心部显微组织图，心部晶粒度（×500））所示。
实施例3
如图2所示，本申请的具体实施方式，按以下工序进行：
（1）塑形强化处理，选用陶瓷丸直径5mm，以喷丸线速度100m/s对轴承套圈进行喷射时间为60分钟的喷丸；
（2）第一次淬火热处理，调整淬火温度至830℃，保持60分钟，然后进入80℃的油中淬火，随后在500℃回火炉中回火150分钟；
（3）第二次淬火热处理，调整淬火温度至810℃，保持60分钟，然后进入80℃的油中淬火，随后在180℃回火炉中回火150分钟。
经测试和分析，材料表面晶粒度13级、心部晶粒度9.5级；显微组织图片见图7（表面显微组织图，表面晶粒度（×500））、图8（心部显微组织图，心部晶粒度（×500））所示。
上述三个实施例中，陶瓷丸还可以用铸铁丸、不锈钢丸等硬质颗粒，但其强化效果较陶瓷丸差，故优先选用陶瓷丸。
对本发明中具体实施例1、2、3制得的轴承套圈以及传统工艺制得的轴承套圈，采用滚动磨损试验机进行试验，试验条件为：试验样品转速分别为360r/min，400r/min，滑差率为10%，接触应力为870MPa；利用称重法测定磨损量，得到磨损量对比，如图9所示。进行强化疲劳寿命试验，试验条件为：试验载荷为轴承额定动载荷的30%，试验转速为轴承极限转的50%；获得强化疲劳寿命对比，如图10所示。实验证明，利用本发明的工艺，大大提高了获得材料的抗磨损性能和疲劳寿命。
Claims (2)
1.一种高碳铬轴承钢的复合热处理工艺，按如下工序进行：
（1）塑形强化处理，用直径为2~5毫米的硬质颗粒物，以线速度40~100米/秒的速度对高碳铬轴承钢零件进行喷射15~60分钟；
（2）将步骤（1）强化处理好的高碳铬轴承钢零件进行第一次淬火热处理，调整淬火温度至820~830℃，保持15~60分钟的时间，然后进入30~80℃的油中淬火，随后在400~500℃的回火炉中回火90~150分钟；
（3）将步骤（2）处理后高碳铬轴承钢零件再进行第二次淬火热处理，调整淬火温度至800~810℃，保持15~60分钟的时间，然后进入30~80℃的油中淬火，随后在150~180℃的回火炉中回火90~150分钟。
2.根据权利要求1所述高碳铬轴承钢的复合热处理工艺，其特征在于：所述步骤（1）中塑形强化处所用硬质颗粒物为陶瓷丸。
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