CN105779708A - 高碳铬轴承钢热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高碳铬轴承钢热处理工艺，先轴承零件置于温度升高至850~870℃的淬火炉中保持5~15min奥氏体化，获得均匀一致的奥氏体组织，然后投入温度为100~160℃淬火油中保持10~60min进行马氏体淬火，获得马氏体组织并保留适量残余奥氏体组织，之后置于回火炉中进行两次稳定化处理：第一次稳定化处理，调整炉温至80~100℃，保持30~60min，陈化稳定残余奥氏体以获得轴承使用时所需残余奥氏体量，随后进行第二次稳定化处理，调整炉温至150~180℃，保持90~150min。实现轴承零件中能够获得残余奥氏体含量15~35%，可大大提高材料断裂韧性和接触疲劳强度，提高使用寿命。

Description

高碳铬轴承钢热处理工艺
技术领域
本发明涉及材料处理工艺，确切的说是高碳铬轴承钢热处理工艺。
背景技术
轴承钢常规马氏体淬回火得到的组织为回火马氏体、碳化物颗粒以及少量残余奥氏体组成，与马氏体相比，残余奥氏体硬度低、韧性好，易变性，塑性高。一方面残余奥氏体可以改善表面的接触应力状态，降低应力集中程度，使疲劳源不易形成，尤其是在污染条件下如汽车发动机、变速箱、冶金轧机等工况；另一方面，裂纹扩展时与残余奥氏体相遇，奥氏体易于发生变形并产生诱发相变，吸收裂纹扩展能量并延缓尖端应力集中，使裂纹扩展速率减慢或中止扩展，韧性和疲劳寿命提高。因此，适当提高轴承钢热处理后的残余奥氏体量有助于轴承的使用寿命。
如图1所示，常规轴承钢热处理工艺为：淬火加热温度820~850℃，保持15~30分钟后进入30~80℃的淬火油中保持3~5分钟，随后在150~180℃的回火炉中回火120~180分钟。这种工艺所获得的残余奥氏体量一般为15%以下。存在接触疲劳强度不高，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。
发明内容
本发明发明目的：为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种可有效提高残余奥氏体量的高碳铬轴承钢热处理工艺。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种高碳铬轴承钢热处理工艺，其特征在于，包括以下工序：
（1）轴承零件奥氏体化，将淬火炉中温度升高至850~870℃，在该温度下保持5~15min；目的是获得均匀一致的奥氏体组织，为后续淬火提供微观组织保证；
（2）投入淬火油中进行马氏体淬火，淬火油温度为100~160℃，保持10~60min；目的是获得轴承零件使用所必需的马氏体组织，同时保留适量的残余奥氏体组织。淬火过程中所保留的奥氏体随时间具有陈化稳定性，也即在一定温度的介质中停留时间不同所获得的奥氏体的稳定性也将不同；
（3）将步骤（2）处理后轴承零件置于回火炉中进行两次稳定化处理：第一次稳定化处理，调整炉温至80~100℃，保持30~60min该步骤目的是进一步陈化稳定残余奥氏体，以获得轴承使用时所需要的残余奥氏体量。其原理是淬火后低温时效可有效提高残余奥氏体的稳定性，其微观机理是在较低的温度下，碳原子进一步向奥氏体区域偏聚，淬火马氏体位错密度进一步增加，阻碍了残余奥氏体的转变；随后进行第二次稳定化处理，调整炉温至150~180℃，保持90~150min。该步骤的目的是获得轴承最终使用时所需要的硬度和微观组织稳定性。
通过采用上述技术方案，轴承零件中能够获得残余奥氏体含量15~35%，可以大大提高材料的断裂韧性和接触疲劳强度，从而使汽车零部件轴承如变速箱轴承寿命由10万公里提高到25万公里。
本发明能提高的残余奥氏体的技术原理是，利用了在较低的温度下淬火马氏体位错密度以及碳原子进一步向奥氏体区域偏聚这一特点，而位错密度的提高以及残余奥氏体中含碳量的提高均能有效阻碍残余奥氏体的转变。因此，在本发明中，在轴承钢淬火后增加适当时间的停留，以及增加两次低温稳定工艺，能够实现轴承淬火后一定的残余奥氏体量以及其稳定性。在实施本工艺时，淬火油中的停留时间下既保证了残余奥氏体量以及其稳定性，同时具有生产效率高的优点。
兼顾本工艺发明及生产实际，在该工艺下，获得残余奥氏体含量在15~35%。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为传统工艺流程图；
图2为本发明工艺流程图；
图3a为本发明具体实施例1下热处理工艺显微组织图；
图3b为本发明具体实施例2下热处理工艺显微组织图；
图3c为本发明具体实施例3下热处理工艺显微组织图。
图3d为传统工艺下显微组织图
图4为传统工艺与本发明工艺强度对比图。
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。
实施例1
如图2所示的本申请的具体实施方式，包括以下工序：
（1）轴承零件置于淬火炉中，加热温度为850℃，在该温度下保持5分钟进行奥氏体化；
（2）随后将上述轴承零件进入淬火油槽，油温为100℃保持10分钟，进行马氏体淬火；
（3）将步骤（2）处理后的轴承零件置于回火炉中进行两次稳定化处理：第一次稳定化处理温度80℃时间保持30分钟；随后进行第二次稳定化处理，温度为150℃的回火炉中保持90分钟。
经X射线残余奥氏体分析仪及金相显微镜测试和分析，材料残余奥氏体含量为18~20%，马氏体组织细小均匀，按照JB/T1255-2014评定3级，显微组织图片见图3a所示。
实例2
如图2所示的本申请的具体实施方式，包括以下工序：
（1）轴承零件置于淬火炉中，加热温度860℃，在该温度下保持10分钟进行奥氏体化；
（2）随后将上述轴承零件进入淬火油槽，油温为130℃保持40分钟，进行马氏体淬火；
（3）将上述轴承零件置于回火炉中进行两次稳定化处理：第一次稳定化处理温度90℃时间保持45分钟；随后进行第二次稳定化处理，温度为165℃的回火炉中保持120分钟。
经X射线残余奥氏体分析仪及金相显微镜测试和分析，材料残余奥氏体含量为24~27%，马氏体组织细小均匀，按照JB/T1255-2014评定4级，显微组织图片见图3b所示。
实例3
如图2所示的本申请的具体实施方式，包括以下工序：
（1）轴承零件置于淬火炉中，加热温度870℃，在该温度下保持15分钟进行奥氏体化；
（2）随后将上述轴承零件进入淬火油槽，油温为160℃保持60分钟，进行马氏体淬火；
（3）将上述轴承零件置于回火炉中进行两次稳定化处理：第一次稳定化处理温度100℃时间保持60分钟；随后进行第二次稳定化处理，温度为180℃的回火炉中保持150分钟。
经X射线残余奥氏体分析仪及金相显微镜测试和分析，材料残余奥氏体含量为30~35%，马氏体组织细小针状均匀，按照JB/T1255-2014评定4级，显微组织图片见图3c所示。
将上述3个实施例加工形成的轴承零件以及传统工艺下的轴承零件进行抗拉试验，得出图4所示抗拉强度对比图，明显看出采用本发明的工艺下具有显著提高轴承零件的抗拉强度。

Claims (1)

1.一种高碳铬轴承钢热处理工艺，其特征在于，包括以下工序：
轴承零件奥氏体化，将淬火炉中温度升高至850~870℃，在该温度下保持5~15min；
投入淬火油中进行马氏体淬火，淬火油温度为100~160℃，保持10~60min；
将步骤（2）处理后轴承零件置于回火炉中进行两次稳定化处理：第一次稳定化处理，调整炉温至80~100℃，保持30~60min；随后进行第二次稳定化处理，调整炉温至150~180℃，保持90~150min。
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