CN105587771B - 一种使用寿命长轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了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。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。

Description

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。

Claims (6)

1.一种使用寿命长轴承，其特征在于，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；
其中，轴承内圈（3）的组分按重量百分比包括：C：0.6～0.75%，Si：0.35～0.45%，Mn：0.5～0.55%，W：0.3～0.4%，Mo：0.25～0.35%，Nb：0.07～0.09%，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；
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（3）的组分中所占重量百分比；
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（3）的组分中所占重量百分比。
2.根据权利要求1所述使用寿命长轴承，其特征在于，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，等温淬火，回火。
3.根据权利要求2所述使用寿命长轴承，其特征在于，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。
4.根据权利要求2或3所述使用寿命长轴承，其特征在于，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。
5.根据权利要求2或3所述使用寿命长轴承，其特征在于，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。
6.根据权利要求4所述使用寿命长轴承，其特征在于，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。
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