一种使用寿命长轴承
技术领域
本发明涉及轴承技术领域,尤其涉及一种使用寿命长轴承。
背景技术
轴承是机械传动机构中的支撑件,用于确定旋转轴与其它零件相对运动位置,降低其运动过程中的摩擦系数,并保证其回转精度,它的质量及承载能力直接影响机械整机的工作性能。
高碳铬轴承钢是轴承钢中的一个大种类,为制造轴承和轴承零件的最常用钢种。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、高舒适性的机械零部件发展需求,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
基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种使用寿命长轴承,耐磨性能和韧性优异,硬度高,接触疲劳性能好,使用寿命长。
本发明提出的一种使用寿命长轴承,包括轴承外圈、滚动体、轴承内圈,轴承内圈的外滚道面包括三个向轴承内圈的外侧突出的凸起部,三个凸起部依次连接,在相邻两个凸起部的连接处形成凹部;凸起部和凹部均为弧线;三个凸起部沿轴承内圈的周向均匀分布在所述外滚道面上。
优选地,轴承内圈的组分按重量百分比包括:C:0.6~0.8%,Si:0.35~0.45%,Mn:0.5~0.55%,W:0.3~0.4%,Mo:0.25~0.35%,Nb:0.07~0.1%,Al:0.3~0.4%,Cr:2.2~2.5%,B:0.1~0.2%,Y:0.05~0.08%,S≤0.015%,P≤0.02%,余量为Fe。
优选地,轴承内圈的组分中,Si元素、W元素、Mo元素和Cr元素的含量满足如下关系:100×nCr=[100×(nSi+nw+nMo)-0.8]2+2.25;其中nSi、nw、nMo和nCr分别表示Si元素、W元素、Mo元素和Cr元素在轴承内圈的组分中所占重量百分比。
优选地,轴承内圈的组分中,Si元素、Al元素和Cr元素的含量满足如下关系:100×nAl=[100×(nCr-nSi)-1.75]2+0.3;其中nSi、nAl、nCr分别表示Si元素、Al元素和Cr元素在轴承内圈的组分中所占重量百分比。
优选地,轴承内圈的制备工艺包括:熔炼,浇注和热处理;其中热处理包括:奥氏体化处理,等温淬火,回火。
优选地,奥氏体化处理的具体操作如下:将浇注得到的内圈坯体以2~3℃/min的升温速率升温至600~630℃,保温1.5~2h,再以1~1.5℃/min的升温速率升温至750~780℃,保温2~2.5h,然后以0.5~0.8℃/min的升温速率升温至840~860℃,保温1~1.5h,接着以0.2~0.4℃/min的升温速率升温至920~940℃,保温2~3h。
优选地,等温淬火的具体操作如下:将奥氏体化处理后的内圈坯体冷却至470~500℃,然后置于硝酸盐盐浴中保温1~2h,硝酸盐盐浴的温度为290~320℃,然后空冷。
优选地,回火的具体操作如下:将等温淬火后的内圈坯体升温至180~210℃,保温2.5~4h。
本发明中各元素作用如下:
碳(C):作为形成石墨球的主要元素,可以有效的控制石墨个数及石墨大小,同时,适当的碳当量可以使铁液易于流动,增加铁液的充型能力,减少缩松缩孔,提高铸件的致密性,但是碳含量过高,容易产生石墨漂浮,影响铸铁的性能,还会降低钢的耐大气腐蚀能力,增加钢的冷脆性和时效敏感性。
硅(Si):作为强烈促进石墨化的元素,又能起到孕育的效果。较高的含硅量对铸件的浇注及自补缩都有很大的好处,能显著提高钢的弹性极限,屈服点和抗拉强度,。硅含量高些,对形成球状石墨有利,但硅含量超过3.0%时,冲击韧性会急剧降低,还能降低钢的焊接性能。硅和钼、钨、铬等结合,有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用。
锰(Mn):可以扩大奥氏体区,增强了奥氏体的稳定性;固溶在基体和碳化物中,可以强化基体,提高硬度,提高基体的淬透性。但是,较高的含锰量会引起晶粒粗大,且极易富集到共晶团的边界形成珠光体或碳化物。严重时碳化物形成网状,极大地影响了材料的韧性。
铬(Cr):可提高淬透性,能显著提高强度、硬度和耐磨性,还能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性,但会降低塑性和韧性,同时也是碳化物形成元素,在球墨铸铁中,它能与碳生成M3C型碳化物可以作为有效的硬质点弥散分布在基体上,提高材料的硬度及耐磨度。经试验发现证实:含Cr0.5%,碳化物约占15~20%,满足实际需求。
钼(Mo):能细化晶粒,提高淬透性和热强性能,在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力,提高机械性能;还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。
钨(W):可与碳形成碳化钨,具有很高的硬度和耐磨性,能显著提高红硬性和热强性。
铌(Nb):能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性,提高强度、抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力,改善焊接性能,防止晶间腐蚀现象,但塑性和韧性有所下降。
铝(Al):作为钢中常用的脱氧剂,可细化晶粒,提高冲击韧性,还具有抗氧化性和抗腐蚀性能,与铬、硅合用可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力;但会影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
硼(B):钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能,提高强度。
钇(Y):影响钢中非金属夹杂物的类型、数量和形态,净化钢质,减少了Al2O3对疲劳性能的危害,对高周疲劳和低周疲劳都很有利,促进钢中的组织转变,可吸附在正在长大的固态晶核表面,形成薄的富集层,降低表面能,阻碍晶体生长,从而降低了晶体长大速率,细化树枝状晶体,抑制柱状晶生长,进而减少枝晶偏析和区域偏析,细化晶粒,改变合金中的M6C相形状和分布,使其由链条状变为弥散的颗粒状,分布位置则由晶界变为晶界和晶内。
本发明耐磨性能和韧性优异,硬度高,接触疲劳性能良好,使用寿命长;钨元素、钼元素和铬元素固溶于奥氏体中,降低了碳的扩散速度,从而延缓奥氏体的转变,延长贝氏体转变的孕育期,因此便于增加贝氏体型铁素体的数量;硅元素、钨元素、钼元素和铬元素相互配合,在奥氏体化过程中阻碍了晶界的移动和晶粒的长大,细化了奥氏体的晶粒,从而为贝氏体提供了更多的有利形核位置,使得在等温淬火过程中贝氏体的数量增加,并细化了贝氏体组织,使外圈中残余奥氏体的量逐渐减少,针状铁素体的量逐渐增加且变得细小致密,且碳化物的数量也随之增多,大幅提高本发明的韧性、硬度、耐磨性能和接触疲劳性能;硅元素、铝元素和铬元素相互配合,细化晶粒,提高冲击韧性,而且能提高铸铁共析相变点,防止了珠光体的石墨化分解,提高轴承在高温环境中的力学性能和耐腐蚀能力,提高了轴承的使用寿命,满足实际生产过程中对轴承的高要求;而内圈的制备工艺中,在奥氏体化处理中,采用阶梯式升温,使内圈的表面和中心温度维持一致,使内圈能够均匀的奥氏体化;再采用等温淬火,置于硝酸盐盐浴中保温,利用硝酸盐的高比热容进行快速降温,使奥氏体转化成贝氏体,大幅度提高内圈的韧性,从而满足轴承的实际需求,然后通过低温回火,降低内圈的淬火残留应力和脆性,进一步提高内圈的硬度和耐磨性。
附图说明
图1为本发明提出的一种使用寿命长轴承的剖视图。
图2为本发明提出的一种使用寿命长轴承的轴承内圈结构示意图。
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
如图1和图2所示,图1为本发明提出的一种使用寿命长轴承的剖视图,图2为本发明提出的一种使用寿命长轴承的轴承内圈结构示意图。
参照图1和图2,本发明提出的一种使用寿命长轴承,包括轴承外圈1、滚动体2、轴承内圈3,轴承内圈3的外滚道面包括三个向轴承内圈3的外侧突出的凸起部31,三个凸起部31依次连接,在相邻两个凸起部31的连接处形成凹部32;凸起部31和凹部32均为弧线;三个凸起部31沿轴承内圈3的周向均匀分布在所述外滚道面上。
优选地,轴承内圈3的组分按重量百分比包括:C:0.6%,Si:0.45%,Mn:0.5%,W:0.4%,Mo:0.25%,Nb:0.1%,Al:0.3196%,Cr:2.34%,B:0.1%,Y:0.08%,S≤0.015%,P≤0.02%,余量为Fe。
轴承内圈3的制备工艺包括:熔炼,浇注和热处理;其中热处理包括:
奥氏体化处理:将浇注得到的内圈坯体以2~3℃/min的升温速率升温至600~630℃,保温1.5~2h,再以1~1.5℃/min的升温速率升温至750~780℃,保温2~2.5h,然后以0.5~0.8℃/min的升温速率升温至840~860℃,保温1~1.5h,接着以0.2~0.4℃/min的升温速率升温至920~940℃,保温2~3h;
等温淬火:将奥氏体化处理后的内圈坯体冷却至470~500℃,然后置于硝酸盐盐浴中保温1~2h,硝酸盐盐浴的温度为290~320℃,然后空冷;
回火:将等温淬火后的内圈坯体升温至180~210℃,保温2.5~4h。
实施例2
本发明提出的一种使用寿命长轴承,包括轴承外圈1、滚动体2、轴承内圈3,轴承内圈3的外滚道面包括三个向轴承内圈3的外侧突出的凸起部31,三个凸起部31依次连接,在相邻两个凸起部31的连接处形成凹部32;凸起部31和凹部32均为弧线;三个凸起部31沿轴承内圈3的周向均匀分布在所述外滚道面上。
轴承内圈3的组分按重量百分比包括:C:0.8%,Si:0.35%,Mn:0.55%,W:0.3%,Mo:0.35%,Nb:0.07%,Al:0.3361%,Cr:2.29%,B:0.2%,Y:0.05%,S≤0.015%,P≤0.02%,余量为Fe。
轴承内圈3的制备工艺包括:熔炼,浇注和热处理;其中热处理包括:
奥氏体化处理:将浇注得到的内圈坯体以2~3℃/min的升温速率升温至600~630℃,保温1.5~2h,再以1~1.5℃/min的升温速率升温至750~780℃,保温2~2.5h,然后以0.5~0.8℃/min的升温速率升温至840~860℃,保温1~1.5h,接着以0.2~0.4℃/min的升温速率升温至920~940℃,保温2~3h;
等温淬火:将奥氏体化处理后的内圈坯体冷却至470~500℃,然后置于硝酸盐盐浴中保温1~2h,硝酸盐盐浴的温度为290~320℃,然后空冷;
回火:将等温淬火后的内圈坯体升温至180~210℃,保温2.5~4h。
实施例3
本发明提出的一种使用寿命长轴承,包括轴承外圈1、滚动体2、轴承内圈3,轴承内圈3的外滚道面包括三个向轴承内圈3的外侧突出的凸起部31,三个凸起部31依次连接,在相邻两个凸起部31的连接处形成凹部32;凸起部31和凹部32均为弧线;三个凸起部31沿轴承内圈3的周向均匀分布在所述外滚道面上。
轴承内圈3的组分按重量百分比包括:C:0.65%,Si:0.42%,Mn:0.52%,W:0.37%,Mo:0.27%,Nb:0.09%,Al:0.3218%,Cr:2.3176%,B:0.12%,Y:0.07%,S≤0.015%,P≤0.02%,余量为Fe。
轴承内圈3的制备工艺包括:熔炼,浇注和热处理;其中热处理包括:
奥氏体化处理:将浇注得到的内圈坯体以2.2℃/min的升温速率升温至620℃,保温1.6h,再以1.3℃/min的升温速率升温至760℃,保温2.3h,然后以0.6℃/min的升温速率升温至855℃,保温1.2h,接着以0.35℃/min的升温速率升温至925℃,保温2.6h;
等温淬火:将奥氏体化处理后的内圈坯体冷却至480℃,然后置于硝酸盐盐浴中保温1.8h,硝酸盐盐浴的温度为300℃,然后空冷;
回火:将等温淬火后的内圈坯体升温至200℃,保温3h。
实施例4
本发明提出的一种使用寿命长轴承,包括轴承外圈1、滚动体2、轴承内圈3,轴承内圈3的外滚道面包括三个向轴承内圈3的外侧突出的凸起部31,三个凸起部31依次连接,在相邻两个凸起部31的连接处形成凹部32;凸起部31和凹部32均为弧线;三个凸起部31沿轴承内圈3的周向均匀分布在所述外滚道面上。
轴承内圈3的组分按重量百分比包括:C:0.75%,Si:0.38%,Mn:0.53%,W:0.33%,Mo:0.32%,Nb:0.08%,Al:0.3299%,Cr:2.3029%,B:0.18%,Y:0.06%,S≤0.015%,P≤0.02%,余量为Fe。
轴承内圈3的制备工艺包括:熔炼,浇注和热处理;其中热处理包括:
奥氏体化处理:将浇注得到的内圈坯体以2.5℃/min的升温速率升温至610℃,保温1.8h,再以1.2℃/min的升温速率升温至770℃,保温2.2h,然后以0.7℃/min的升温速率升温至845℃,保温1.3h,接着以0.25℃/min的升温速率升温至935℃,保温2.3h;
等温淬火:将奥氏体化处理后的内圈坯体冷却至490℃,然后置于硝酸盐盐浴中保温1.5h,硝酸盐盐浴的温度为310℃,然后空冷;
回火:将等温淬火后的内圈坯体升温至190℃,保温3.5h。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。