CN105779892B - 一种高硬度耐磨轴瓦的制备方法 - Google Patents

一种高硬度耐磨轴瓦的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高硬度耐磨轴瓦的制备方法，将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温得到第一物料；将第一物料出炉，浇注，冷却，进行表面机加工得到第二物料；将第二物料升温至1100～1150℃，保温2～3h，油冷，等温淬火，空冷得到第三物料；将第三物料清洗，用Ar+粒子轰击表面进行溅射清洗，采用合金靶和氮气进行沉积，冷却得到高硬度耐磨轴瓦；沉积层中元素按重量百分比包括：V：0.20～0.26％，Mg：1.5～1.8％，Mo：0.7～1.0％，Zr：4.2～4.8％，Cu：1.8～2.5％，Ce：1.5～1.8％，Cr：18～21％，Ti：24～27％，Al：30～35％，余量为N。

Description

一种高硬度耐磨轴瓦的制备方法
技术领域
本发明涉及轴瓦技术领域，尤其涉及一种高硬度耐磨轴瓦的制备方法。
背景技术
轴承是在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的部件。也可以说，是其它机件在轴上彼此产生相对运动时，用来降低动力传递过程中的摩擦系数和保持轴中心位置固定的机件。按运动元件摩擦性质的不同，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两类。轴瓦是滑动轴承直接与轴接触的部分，非常光滑，一般用青铜、减摩合金等耐磨材料制成，形状为瓦状的半圆柱面。轴瓦的作用是承载轴颈施加的作用力，保持油膜稳定，使轴承平稳工作并减少轴承的摩擦损失。轴瓦一般包括：主轴瓦，安装在机体的主轴承座上，其作用是减小轴颈的摩擦阻力及减小轴颈的磨损；止推轴瓦，安装在主轴承座的内侧，承受曲轴的旋转时轴向窜动的推力，并具有减磨作用；曲轴轴瓦，安装在曲轴和缸体的固定托架上。
发明内容
本发明提出了一种高硬度耐磨轴瓦的制备方法，所得高硬度耐磨轴瓦韧性和耐磨性能优异，硬度可达HRC75，冲击韧性可达8.3J/cm2，摩擦系数可达0.0076，接触疲劳性能良好，使用寿命长。
本发明提出的一种高硬度耐磨轴瓦的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温，去除炉渣得到第一物料；第一物料的元素按重量百分比包括：C：0.33～0.38％，Si：0.62～0.70％，B：0.08～0.11％，V：0.25～0.28％，Mo：0.17～0.20％，Cr：2.6～2.9％，Cu：0.11～0.14％，Al：0.15～0.18％，Ti：0.15～0.25％，Nd：0.15～0.18％，S≤0.015％，P≤0.015％，余量为Fe；
S2、将第一物料出炉进行浇注，冷却至200～220℃，进行表面机加工得到第二物料；
S3、将第二物料以4～5℃/min的平均升温速度升温至450～465℃，保温4～5h，接着以2～3℃/min的平均升温速度升温至700～715℃，保温3～4h，再以1～2℃/min的平均升温速度升温至920～935℃，保温2～3h，然后以0.5～0.8℃/min的平均升温速度升温至1100～1150℃，保温2～3h，油冷至420～440℃，置于290～320℃的硝盐浴中，维持温度为325～340℃，保温2.5～3.5h，空冷得到第三物料；
S4、将第三物料清洗后，置于阴极电弧设备中，抽真空维持负压为5～8kPa，用Ar+粒子轰击清洗后第三物料表面进行溅射清洗，采用合金靶和氮气进行沉积后冷却得到高硬度耐磨轴瓦，其中清洗后第三物料的负偏压为-120～-160V，沉积温度为390～410℃，高硬度耐磨轴瓦的沉积层厚度为2～6μm；沉积层中的元素按重量百分比包括：V：0.20～0.26％，Mg：1.5～1.8％，Mo：0.7～1.0％，Zr：4.2～4.8％，Cu：1.8～2.5％，Ce：1.5～1.8％，Cr：18～21％，Ti：24～27％，Al：30～35％，余量为N。
优选地，S1的第一物料中，C元素和V元素的重量比为0.35～0.37：0.26～0.27。
优选地，S3中，将第二物料以4.2～4.5℃/min的平均升温速度升温至455～460℃，保温4.4～4.6h，接着以2.3～2.6℃/min的平均升温速度升温至705～710℃，保温3.3～3.7h，再以1.4～1.6℃/min的平均升温速度升温至925～930℃，保温2.2～2.8h，然后以0.6～0.7℃/min的平均升温速度升温至1120～1130℃，保温2.3～2.7h，油冷至425～435℃，置于300～310℃的硝盐浴中，维持温度为330～335℃，保温2.8～3.3h，空冷得到第三物料。
优选地，S4的沉积层中，V元素、Mg元素的关系如下：0.129≤nV/nMg≤0.150，其中nV、nMg分别表示V元素、Mg元素在沉积层中所占重量百分比。
优选地，S4的沉积层中，Cr元素、Ti元素、Al元素的关系如下：100×nAl＝100×(nCr+nTi)+12，其中nCr、nAl、nTi分别表示Cr元素、Ti元素、Al元素在沉积层中所占重量百分比。
优选地，S4的沉积层中，Mo元素、Zr元素、Ce元素的关系如下：100×nZr＝100×(nMo+nCe)+2，其中nMo、nZr、nCe分别表示Mo元素、Zr元素、Ce元素在沉积层中所占重量百分比。
本发明所得高硬度耐磨轴瓦韧性和耐磨性能优异，硬度可达HRC75，冲击韧性可达8.3J/cm2，摩擦系数可达0.0076，接触疲劳性能良好，使用寿命长。
在第三物料中，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；铬元素作为中等碳化物形成元素，与碳元素配合形成稳定的铬碳化物，减缓碳的扩散和生成紧固的氧化皮膜，也可均匀地分布在钢中，而且较难溶解，能阻碍晶粒长大，减缓奥氏体分解速度，降低淬火时的临界冷却速度，有助于M体形成和提高M体的稳定性，提高了本发明强度、韧性、硬度、屈服点和耐磨性；同时铬元素、钼元素和铜元素配合，提高钢中奥氏体的稳定性，强化铁素体，增加淬火钢中残余奥氏体，有助于获得需要粉碎程度的碳化物相，可降低钢的过热倾向性，提高本发明强度、硬度、热稳定性、耐蚀性和韧性；而铝元素作为脱氧剂，可生成高度细碎的、超显微的氧化物，分散于钢体积中，因而可阻止钢加热时的晶粒长大和改善钢的淬透性。
本发明在进行沉积前进行清洗，再用Ar+粒子轰击清除第三物料表面吸附的气体及杂质，提高表面清洁度，改善形核和生长状态，提高界面结合强度；再通过合金靶熔化成滴状物，经高压空气雾化的熔滴粒子高速撞击试样表面后，铺展并迅速沉积固化，层层堆积，使沉积层与第三物料间、沉积层与沉积层间结合紧密，同时沉积层中的铬元素、钛元素和铝元素相互配合，使沉积层与第三物料间相互扩散程度高，更易于与铁基体进行互扩散，从而更有利于提高沉积层的附着力，使沉积层与第三物料之间有一个平缓的成分和结构过渡，这种过渡可以有效的减缓沉积层的内应力在沉积层与基体的界面处积聚，有利于提高沉积层的附着性；而锆元素、铈元素和钼元素相互配合，使得沉积层结构中的晶格常数减小，沉积层的晶粒变小，降低了沉积层的孔隙率和氧化物含量，使沉积层结构会变得更加致密，从而提高了沉积层的耐磨性能；而沉积层中的氮原子以两种存在方式：一是以固溶方式存在，形成“固溶强化”效应，二是聚集于晶界处，产生“钉扎效应”，这些缺陷的存在使位错滑移更为困难，同时能进一步细化晶粒，使晶界增多，还能使晶粒中出现了大量的非晶区域，晶界和非晶区域能有效阻止位错的运动，提高沉积层硬度，从而提高了本发明所得轴瓦的硬度。
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
本发明提出的一种高硬度耐磨轴瓦的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温，去除炉渣得到第一物料；第一物料的元素按重量百分比包括：C：0.33％，Si：0.70％，B：0.08％，V：0.28％，Mo：0.17％，Cr：2.9％，Cu：0.11％，Al：0.18％，Ti：0.15％，Nd：0.18％，S≤0.015％，P≤0.015％，余量为Fe；
S2、将第一物料出炉进行浇注，冷却至200℃，进行表面机加工得到第二物料；
S3、将第二物料以5℃/min的平均升温速度升温至450℃，保温5h，接着以2℃/min的平均升温速度升温至715℃，保温3h，再以2℃/min的平均升温速度升温至920℃，保温3h，然后以0.5℃/min的平均升温速度升温至1150℃，保温2h，油冷至440℃，置于290℃的硝盐浴中，维持温度为340℃，保温2.5h，空冷得到第三物料；
S4、将第三物料清洗后，置于阴极电弧设备中，抽真空维持负压为8kPa，用Ar+粒子轰击清洗后第三物料表面进行溅射清洗，采用合金靶和氮气进行沉积后冷却得到高硬度耐磨轴瓦，其中清洗后第三物料的负偏压为-120V，沉积温度为410℃，高硬度耐磨轴瓦的沉积层厚度为2μm；沉积层中的元素按重量百分比包括：V：0.26％，Mg：1.5％，Mo：1.0％，Zr：4.2％，Cu：2.5％，Ce：1.5％，Cr：21％，Ti：24％，Al：35％，余量为N。
实施例2
本发明提出的一种高硬度耐磨轴瓦的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温，去除炉渣得到第一物料；第一物料的元素按重量百分比包括：C：0.38％，Si：0.62％，B：0.11％，V：0.25％，Mo：0.20％，Cr：2.6％，Cu：0.14％，Al：0.15％，Ti：0.25％，Nd：0.15％，S≤0.015％，P≤0.015％，余量为Fe；
S2、将第一物料出炉进行浇注，冷却至220℃，进行表面机加工得到第二物料；
S3、将第二物料以4℃/min的平均升温速度升温至465℃，保温4h，接着以3℃/min的平均升温速度升温至700℃，保温4h，再以1℃/min的平均升温速度升温至935℃，保温2h，然后以0.8℃/min的平均升温速度升温至1100℃，保温3h，油冷至420℃，置于320℃的硝盐浴中，维持温度为325℃，保温3.5h，空冷得到第三物料；
S4、将第三物料清洗后，置于阴极电弧设备中，抽真空维持负压为5kPa，用Ar+粒子轰击清洗后第三物料表面进行溅射清洗，采用合金靶和氮气进行沉积后冷却得到高硬度耐磨轴瓦，其中清洗后第三物料的负偏压为-160V，沉积温度为390℃，高硬度耐磨轴瓦的沉积层厚度为6μm；沉积层中的元素按重量百分比包括：V：0.2％，Mg：1.8％，Mo：0.7％，Zr：4.8％，Cu：1.8％，Ce：1.8％，Cr：18％，Ti：27％，Al：30～35％，余量为N。
实施例3
本发明提出的一种高硬度耐磨轴瓦的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温，去除炉渣得到第一物料；第一物料的元素按重量百分比包括：C：0.35％，Si：0.68％，B：0.09％，V：0.27％，Mo：0.18％，Cr：2.8％，Cu：0.12％，Al：0.17％，Ti：0.18％，Nd：0.17％，S≤0.015％，P≤0.015％，余量为Fe；
S2、将第一物料出炉进行浇注，冷却至210℃，进行表面机加工得到第二物料；
S3、将第二物料以4.5℃/min的平均升温速度升温至455℃，保温4.6h，接着以2.3℃/min的平均升温速度升温至710℃，保温3.3h，再以1.6℃/min的平均升温速度升温至925℃，保温2.8h，然后以0.6℃/min的平均升温速度升温至1130℃，保温2.3h，油冷至435℃，置于300℃的硝盐浴中，维持温度为335℃，保温2.8h，空冷得到第三物料；
S4、将第三物料清洗后，置于阴极电弧设备中，抽真空维持负压为7kPa，用Ar+粒子轰击清洗后第三物料表面进行溅射清洗，采用合金靶和氮气进行沉积后冷却得到高硬度耐磨轴瓦，其中清洗后第三物料的负偏压为-130V，沉积温度为400℃，高硬度耐磨轴瓦的沉积层厚度为5μm；沉积层中的元素按重量百分比包括：V：0.22％，Mg：1.7％，Mo：0.8％，Zr：4.6％，Cu：2％，Ce：1.7％，Cr：19％，Ti：26％，Al：32％，余量为N。
实施例4
本发明提出的一种高硬度耐磨轴瓦的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温，去除炉渣得到第一物料；第一物料的元素按重量百分比包括：C：0.37％，Si：0.64％，B：0.1％，V：0.26％，Mo：0.19％，Cr：2.7％，Cu：0.13％，Al：0.16％，Ti：0.22％，Nd：0.16％，S≤0.015％，P≤0.015％，余量为Fe；
S2、将第一物料出炉进行浇注，冷却至215℃，进行表面机加工得到第二物料；
S3、将第二物料以4.2℃/min的平均升温速度升温至460℃，保温4.4h，接着以2.6℃/min的平均升温速度升温至705℃，保温3.7h，再以1.4℃/min的平均升温速度升温至930℃，保温2.2h，然后以0.7℃/min的平均升温速度升温至1120℃，保温2.7h，油冷至425℃，置于310℃的硝盐浴中，维持温度为330℃，保温3.3h，空冷得到第三物料；
S4、将第三物料清洗后，置于阴极电弧设备中，抽真空维持负压为6kPa，用Ar+粒子轰击清洗后第三物料表面进行溅射清洗，采用合金靶和氮气进行沉积后冷却得到高硬度耐磨轴瓦，其中清洗后第三物料的负偏压为-140V，沉积温度为400℃，高硬度耐磨轴瓦的沉积层厚度为3μm；沉积层中的元素按重量百分比包括：V：0.24％，Mg：1.6％，Mo：0.9％，Zr：4.4％，Cu：2.2％，Ce：1.6％，Cr：20％，Ti：25％，Al：34％，余量为N。
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)

1.一种高硬度耐磨轴瓦的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将原料在氩气气氛中升温至熔融状态，然后真空保温，去除炉渣得到第一物料；第一物料的元素按重量百分比包括：C：0.33～0.38％，Si：0.62～0.70％，B：0.08～0.11％，V：0.25～0.28％，Mo：0.17～0.20％，Cr：2.6～2.9％，Cu：0.11～0.14％，Al：0.15～0.18％，Ti：0.15～0.25％，Nd：0.15～0.18％，S≤0.015％，P≤0.015％，余量为Fe；
S2、将第一物料出炉进行浇注，冷却至200～220℃，进行表面机加工得到第二物料；
S3、将第二物料以4～5℃/min的平均升温速度升温至450～465℃，保温4～5h，接着以2～3℃/min的平均升温速度升温至700～715℃，保温3～4h，再以1～2℃/min的平均升温速度升温至920～935℃，保温2～3h，然后以0.5～0.8℃/min的平均升温速度升温至1100～1150℃，保温2～3h，油冷至420～440℃，置于290～320℃的硝盐浴中，维持温度为325～340℃，保温2.5～3.5h，空冷得到第三物料；
S4、将第三物料清洗后，置于阴极电弧设备中，抽真空维持负压为5～8kPa，用Ar+粒子轰击清洗后第三物料表面进行溅射清洗，采用合金靶和氮气进行沉积后冷却得到高硬度耐磨轴瓦，其中清洗后第三物料的负偏压为-120～-160V，沉积温度为390～410℃，高硬度耐磨轴瓦的沉积层厚度为2～6μm；沉积层中的元素按重量百分比包括：V：0.20～0.26％，Mg：1.5～1.8％，Mo：0.7～1.0％，Zr：4.2～4.8％，Cu：1.8～2.5％，Ce：1.5～1.8％，Cr：18～21％，Ti：24～27％，Al：30～35％，余量为N。
2.根据权利要求1所述高硬度耐磨轴瓦的制备方法，其特征在于，S1的第一物料中，C元素和V元素的重量比为0.35～0.37：0.26～0.27。
3.根据权利要求1或2所述高硬度耐磨轴瓦的制备方法，其特征在于，S3中，将第二物料以4.2～4.5℃/min的平均升温速度升温至455～460℃，保温4.4～4.6h，接着以2.3～2.6℃/min的平均升温速度升温至705～710℃，保温3.3～3.7h，再以1.4～1.6℃/min的平均升温速度升温至925～930℃，保温2.2～2.8h，然后以0.6～0.7℃/min的平均升温速度升温至1120～1130℃，保温2.3～2.7h，油冷至425～435℃，置于300～310℃的硝盐浴中，维持温度为330～335℃，保温2.8～3.3h，空冷得到第三物料。
4.根据权利要求1或2所述高硬度耐磨轴瓦的制备方法，其特征在于，S4的沉积层中，V元素、Mg元素的关系如下：0.129≤nV/nMg≤0.150，其中nV、nMg分别表示V元素、Mg元素在沉积层中所占重量百分比。
5.根据权利要求3所述高硬度耐磨轴瓦的制备方法，其特征在于，S4的沉积层中，V元素、Mg元素的关系如下：0.129≤nV/nMg≤0.150，其中nV、nMg分别表示V元素、Mg元素在沉积层中所占重量百分比。
6.根据权利要求1或2所述高硬度耐磨轴瓦的制备方法，其特征在于，S4的沉积层中，Mo元素、Zr元素、Ce元素的关系如下：100×nZr＝100×(nMo+nCe)+2，其中nMo、nZr、nCe分别表示Mo元素、Zr元素、Ce元素在沉积层中所占重量百分比。
7.根据权利要求3所述高硬度耐磨轴瓦的制备方法，其特征在于，S4的沉积层中，Mo元素、Zr元素、Ce元素的关系如下：100×nZr＝100×(nMo+nCe)+2，其中nMo、nZr、nCe分别表示Mo元素、Zr元素、Ce元素在沉积层中所占重量百分比。
8.根据权利要求4所述高硬度耐磨轴瓦的制备方法，其特征在于，S4的沉积层中，Mo元素、Zr元素、Ce元素的关系如下：100×nZr＝100×(nMo+nCe)+2，其中nMo、nZr、nCe分别表示Mo元素、Zr元素、Ce元素在沉积层中所占重量百分比。
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Denomination of invention: A preparation method of high hardness wear-resistant bearing bush

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Pledgee: Wuhu Jinsheng Rural Commercial Bank Co.,Ltd.

Pledgor: WUHU DEYE FRICTION MATERIAL Co.,Ltd.

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