CN105624569A - 一种高耐磨轴承 - Google Patents

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陈书龙
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Abstract

本发明公开了一种高耐磨轴承，包括轴承外圈、滚动体、轴承内圈，轴承外圈的内滚道面包括三个向轴承外圈的内侧突出的凸起部，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；三个凸起部沿轴承外圈的周向均匀分布在所述内滚道面上。轴承外圈的组分按重量百分比包括：C：0.6～0.8％，Si：0.5～0.6％，Mn：0.3～0.4％，W：0.1～0.2％，V：0.2～0.3％，Nb：0.05～0.08％，Al：0.15～0.25％，Cr：1.1～1.3％，B：0.02～0.05％，Ce：0.007～0.01％，S≤0.015％，P≤0.02％，余量为Fe。

Description

一种高耐磨轴承
技术领域
本发明涉及轴承技术领域，尤其涉及一种高耐磨轴承。
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，本发明提出了一种高耐磨轴承，耐磨性能和韧性优异，硬度高，接触疲劳性能好，使用寿命长。
本发明提出的一种高耐磨轴承，包括轴承外圈、滚动体、轴承内圈，轴承外圈的内滚道面包括三个向轴承外圈的内侧突出的凸起部，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；三个凸起部沿轴承外圈的周向均匀分布在所述内滚道面上。
优选地，轴承外圈的组分按重量百分比包括：C：0.6～0.8％，Si：0.5～0.6％，Mn：0.3～0.4％，W：0.1～0.2％，V：0.2～0.3％，Nb：0.05～0.08％，Al：0.15～0.25％，Cr：1.1～1.3％，B：0.02～0.05％，Ce：0.007～0.01％，S≤0.015％，P≤0.02％，余量为Fe。
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。
钒(V)：作为钢的优良脱氧剂，可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。
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。
铈(Ce)：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，抑制回火脆性，提高钢的热塑性、热强性、疲劳性能、耐磨性、抗氢致脆性、抗氧化性。
优选地，轴承外圈的组分中，C元素和V元素的含量满足如下关系：100×nc＝(100×nv+0.2)2+0.5，其中nc和nv分别表示C元素和V元素在轴承外圈的组分中所占重量百分比。
优选地，轴承外圈的组分中，C元素、Mn元素和Cr元素的含量满足如下关系：100×nCr＝(100×nc+100×nMn-0.8)2+1.1，其中nc、nMn、nCr分别表示C元素、Mn元素、Cr元素在轴承外圈的组分中所占重量百分比。
优选地，轴承外圈的制备工艺包括：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：将浇注得到的外圈坯体升温至350～380℃，保温1～1.5h，再升温至550～580℃，保温1.3～1.6h，接着升温至700～730℃，保温1.5～1.8h，再升温至780～800℃，保温1.8～2.2h，接着升温至840～860℃，保温2～2.5h，再升温至880～900℃，保温1.5～1.8h。
优选地，等温淬火的具体操作如下：将奥氏体化处理后的外圈坯体油冷至450～480℃，然后置于硝酸盐盐浴中保温25～45min，硝酸盐盐浴的温度为300～350℃，然后空冷。
优选地，回火的具体操作如下：将等温淬火后的外圈坯体升温至220～230℃，保温1～2h。
本发明所得高耐磨轴承，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；钒元素与碳元素相互配合，钒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；在奥氏体化过程中，凝固组织中形成的VC颗粒具有“钉扎”作用，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(Cr，Fe)7C3、VC和V4C3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；碳元素、锰元素和铬元素相互配合，提高淬透性，使得贝氏体+奥氏体基体中弥散分布着M3C型铬碳化合物，进一步提高本发明的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性；而外圈的制备工艺中，在奥氏体化处理中，采用阶梯式升温，使外圈的表面和中心温度维持一致，使外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25～45min，硝酸盐盐浴的温度为300～350℃，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，大幅度提高外圈的韧性，从而满足轴承的实际需求。
附图说明
图1为本发明提出的一种高耐磨轴承的剖视图。
图2为本发明提出的一种高耐磨轴承的轴承外圈结构示意图。
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高耐磨轴承的剖视图，图2为本发明提出的一种高耐磨轴承的轴承外圈结构示意图。
参照图1和图2，本发明提出的一种高耐磨轴承，包括轴承外圈1、滚动体2、轴承内圈3，轴承外圈1的内滚道面包括三个向轴承外圈1的内侧突出的凸起部11，三个凸起部11依次连接，在相邻两个凸起部11的连接处形成凹部12；凸起部11和凹部12均为弧线；三个凸起部11沿轴承外圈1的周向均匀分布在所述内滚道面上。
轴承外圈1的组分按重量百分比包括：C：0.66％，Si：0.5％，Mn：0.3％，W：0.2％，V：0.2％，Nb：0.05％，Al：0.25％，Cr：1.1256％，B：0.02％，Ce：0.01％，S≤0.015％，P≤0.02％，余量为Fe。
轴承外圈1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：将浇注得到的外圈坯体升温至350℃，保温1.5h，再升温至550℃，保温1.6h，接着升温至700℃，保温1.8h，再升温至780℃，保温2.2h，接着升温至840℃，保温2.5h，再升温至880℃，保温1.8h；
等温淬火：将奥氏体化处理后的外圈坯体油冷至450℃，然后置于硝酸盐盐浴中保温45min，硝酸盐盐浴的温度为300℃，然后空冷；
回火：将等温淬火后的外圈坯体升温至230℃，保温1h。
实施例2
本发明提出的一种高耐磨轴承，包括轴承外圈1、滚动体2、轴承内圈3，轴承外圈1的内滚道面包括三个向轴承外圈1的内侧突出的凸起部11，三个凸起部11依次连接，在相邻两个凸起部11的连接处形成凹部12；凸起部11和凹部12均为弧线；三个凸起部11沿轴承外圈1的周向均匀分布在所述内滚道面上。
轴承外圈1的组分按重量百分比包括：C：0.75％，Si：0.6％，Mn：0.4％，W：0.1％，V：0.3％，Nb：0.08％，Al：0.15％，Cr：1.2225％，B：0.05％，Ce：0.007％，S≤0.015％，P≤0.02％，余量为Fe。
轴承外圈1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：将浇注得到的外圈坯体升温至380℃，保温1h，再升温至580℃，保温1.3h，接着升温至730℃，保温1.5h，再升温至800℃，保温1.8h，接着升温至860℃，保温2h，再升温至900℃，保温1.5h；
等温淬火：将奥氏体化处理后的外圈坯体油冷至480℃，然后置于硝酸盐盐浴中保温25min，硝酸盐盐浴的温度为350℃，然后空冷；
回火：将等温淬火后的外圈坯体升温至220℃，保温2h。
实施例3
本发明提出的一种高耐磨轴承，包括轴承外圈1、滚动体2、轴承内圈3，轴承外圈1的内滚道面包括三个向轴承外圈1的内侧突出的凸起部11，三个凸起部11依次连接，在相邻两个凸起部11的连接处形成凹部12；凸起部11和凹部12均为弧线；三个凸起部11沿轴承外圈1的周向均匀分布在所述内滚道面上。
轴承外圈1的组分按重量百分比包括：C：0.7025％，Si：0.55％，Mn：0.33％，W：0.16％，V：0.25％，Nb：0.07％，Al：0.18％，Cr：1.1541％，B：0.04％，Ce：0.008％，S≤0.015％，P≤0.02％，余量为Fe。
轴承外圈1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：将浇注得到的外圈坯体升温至370℃，保温1.2h，再升温至570℃，保温1.4h，接着升温至720℃，保温1.6h，再升温至795℃，保温1.9h，接着升温至855℃，保温2.2h，再升温至895℃，保温1.6h；
等温淬火：将奥氏体化处理后的外圈坯体油冷至470℃，然后置于硝酸盐盐浴中保温30min，硝酸盐盐浴的温度为340℃，然后空冷；
回火：将等温淬火后的外圈坯体升温至222℃，保温1.6h。
实施例4
本发明提出的一种高耐磨轴承，包括轴承外圈1、滚动体2、轴承内圈3，轴承外圈1的内滚道面包括三个向轴承外圈1的内侧突出的凸起部11，三个凸起部11依次连接，在相邻两个凸起部11的连接处形成凹部12；凸起部11和凹部12均为弧线；三个凸起部11沿轴承外圈1的周向均匀分布在所述内滚道面上。
轴承外圈1的组分按重量百分比包括：C：0.7304％，Si：0.58％，Mn：0.37％，W：0.12％，V：0.28％，Nb：0.06％，Al：0.22％，Cr：1.1902％，B：0.03％，Ce：0.009％，S≤0.015％，P≤0.02％，余量为Fe。
轴承外圈1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：将浇注得到的外圈坯体升温至360℃，保温1.3h，再升温至560℃，保温1.5h，接着升温至710℃，保温1.7h，再升温至785℃，保温2h，接着升温至845℃，保温2.4h，再升温至885℃，保温1.7h；
等温淬火：将奥氏体化处理后的外圈坯体油冷至460℃，然后置于硝酸盐盐浴中保温40min，硝酸盐盐浴的温度为320℃，然后空冷；
回火：将等温淬火后的外圈坯体升温至225℃，保温1.3h。
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 (8)

1.一种高耐磨轴承，其特征在于，包括轴承外圈(1)、滚动体(2)、轴承内圈(3)，轴承外圈(1)的内滚道面包括三个向轴承外圈(1)的内侧突出的凸起部(11)，三个凸起部(11)依次连接，在相邻两个凸起部(11)的连接处形成凹部(12)；凸起部(11)和凹部(12)均为弧线；三个凸起部(11)沿轴承外圈(1)的周向均匀分布在所述内滚道面上。
2.根据权利要求1所述高耐磨轴承，其特征在于，轴承外圈(1)的组分按重量百分比包括：C：0.6～0.8％，Si：0.5～0.6％，Mn：0.3～0.4％，W：0.1～0.2％，V：0.2～0.3％，Nb：0.05～0.08％，Al：0.15～0.25％，Cr：1.1～1.3％，B：0.02～0.05％，Ce：0.007～0.01％，S≤0.015％，P≤0.02％，余量为Fe。
3.根据权利要求2所述高耐磨轴承，其特征在于，轴承外圈(1)的组分中，C元素和V元素的含量满足如下关系：100×nc＝(100×nv+0.2)2+0.5，其中nc和nv分别表示C元素和V元素在轴承外圈(1)的组分中所占重量百分比。
4.根据权利要求2或3所述高耐磨轴承，其特征在于，轴承外圈(1)的组分中，C元素、Mn元素和Cr元素的含量满足如下关系：100×nCr＝(100×nc+100×nMn-0.8)2+1.1，其中nc、nMn、nCr分别表示C元素、Mn元素、Cr元素在轴承外圈(1)的组分中所占重量百分比。
5.根据权利要求1-4任一项所述高耐磨轴承，其特征在于，轴承外圈(1)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。
6.根据权利要求5所述高耐磨轴承，其特征在于，奥氏体化处理的具体操作如下：将浇注得到的外圈坯体升温至350～380℃，保温1～1.5h，再升温至550～580℃，保温1.3～1.6h，接着升温至700～730℃，保温1.5～1.8h，再升温至780～800℃，保温1.8～2.2h，接着升温至840～860℃，保温2～2.5h，再升温至880～900℃，保温1.5～1.8h。
7.根据权利要求5或6所述高耐磨轴承，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外圈坯体油冷至450～480℃，然后置于硝酸盐盐浴中保温25～45min，硝酸盐盐浴的温度为300～350℃，然后空冷。
8.根据权利要求5-7任一项所述高耐磨轴承，其特征在于，回火的具体操作如下：将等温淬火后的外圈坯体升温至220～230℃，保温1～2h。
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