CN106001379A - M50钢制轴承套圈锻造工艺方法 - Google Patents

M50钢制轴承套圈锻造工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种M50钢制承套圈锻造工艺方法，其包括预热、加热、升温、锻造、灰冷、退火、检测步骤，所述预热步骤中制坯前将工模具进行预热到150‑300℃，所述加热步骤中制坯从常温加热到810‑850℃，所述升温步骤中将制坯、辗环升温到1120±10℃。通过对锻件及加工后产品检验，本发明的产品淬火后晶粒度达到3级(标准2 ‑4级)，无混晶现象，产品经水浸超声波探伤0.4+16.5db‑0.4+18db检测全部合格，锻件硬度为210‑225HB。完全达到了产品在技术方面和使用方面的要求，轴承的使用寿命和发动机的续航能力获得大幅度提高，最高可达到500多小时。

Description

M50钢制轴承套圈锻造工艺方法
技术领域
本发明涉及一种轴承套圈锻造工艺方法，尤其涉及一种发动机用M50钢制轴承套圈的锻造工艺方法。
背景技术
航天用发动机的使用寿命直接影响飞机续航能力，决定发动机性能关键部件，其中之一就是发动机主轴轴承。对于新型涡扇发动机主轴轴承，由于其工况环境非常恶劣，对轴承各方面性能要求都非常高，产品质量必须满足其使用要求条件下，才能保证飞机正常飞行和长时间续航，而决定涡扇发动机性能关键之一就是主轴轴承质量。
发动机故障问题主要表现在主轴轴承辊道工作面开裂剥落，轴承早期失效，导致发动机停车重大质量问题。
我国轴承行业一直在致力解决这一难题，经过不断试验和改进，，续航时间一直在100多小时，最高达到300小时。通过对故障发动机研究发现，除其它原因产生的故障外，主要是主轴轴承提前失效导致的，表现为工作面开裂和剥落。经过对故障轴承进行了解剖分析，发现在轴承的辊道工作面下存在体积偏大和形态各异的碳化物，并在碳化物心部存在压裂的孔洞，同时在其周边与基体间存在微裂纹。
根据轴承基体滚道工作面产生的缺陷，分析结果：轴承套圈锻件在锻造过程中工艺不合理，从加热、打饼、冲孔、扩孔及辗扩工艺过程控制不严密，退火工艺不合理等原因。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种M50钢制承套圈锻造工艺方法，其使用寿命和发动机的续航能力获得大幅度提高。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，包括预热、加热、升温、锻造、灰冷、退火、检测步骤， 所述预热步骤，制坯前将工模具进行预热到150-300℃，且生产过程中全程保持150-300℃，不能降低，工模具包括制坯模具、锤砧、碾压轮、芯轴及其它附属工具；
所述加热步骤，制坯中将坯料从常温加热到810-850℃，保温时间是Φ*1.0min，Φ代表直径尺寸；
所述升温步骤，将加热步骤中所述的810-850℃升温到1120±10℃，保温时间是Φ*0.8min，热料环坯返炉S*0.6min，S代表有效厚度；
所述锻造步骤，锻造制坯的打击力为750kg，制坯方式为开式，即自由端打饼和端面盲冲、另一面影冲扩孔、 翻转扩孔、平幅，辗扩方式为D-250CYB立式碾环机进行辗扩，一次成型，碾压力为15MPa,扩孔速度为1.8-2.0 m/min， 碾压轮转速为81rpm；
所述灰冷步骤，终锻温度＞950℃以上，锻后立即放入干灰中冷却至退火装炉，16h内装炉；
所述退火步骤，预热温度780±10℃，保温4h，加热温度860±10℃，保温6-7h，炉冷至740±10℃，保温5-6h后，以20℃/h速度降至680℃后炉冷制500-550℃炉冷或空冷，退火时退火箱的密封采用木炭屑和铸铁屑按比例混合后加入热密封槽内，该工步重复一次；
所述检测步骤，采用水浸探伤方式，检查环内部是否存在锻造和辗扩后缺陷。
优选，所述制坯模具、碾压轮、芯轴及其它附属工具预热温度200-300℃，锤砧预热温度＞150℃。
本发明有益效果：
本发明工艺在小批生产检验及台架强化试验后，通过对锻件及加工后产品检验，产品退火淬火后晶粒度达到3级(标准2 -4级)，无混晶现象，产品经水浸超声波探伤0.4+16.5db-0.4+18db检测全部合格，锻件硬度为210-225HB，其达到了产品预期的使用要求后转入批产，在应用过程中，发动机轴承失效时间提高到近500小时，比早期产品轴承使用寿命提高了近五倍，在很大成度上延长了飞机的续航能力；本发明改善了锻件内部组织中一次碳化物分布和形态，解决了轴承套圈辊道工作面早期开裂失效技术困难，调高了轴承使用寿命。
附图说明
图1是本发明加热工艺曲线图；
图2是本发明灰冷步骤曲线图；
图3是本发明退火步骤曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步技术描述：
材料选用进口M50高温轴承进行试验，
首先，制坯前将制坯模具、碾压轮、芯轴及其它附属工具等工模具进行预热到150-300℃，且生产过程中全程保持150-300℃，不能降低；
其次，将坯料从常温预热到810-850℃，保温Φ×1.0min，升温到1200±10℃，保温Φ×0.8min，环坯二次返炉保温时间Φ×0.6min，按照先进炉先出炉原则进行制坯，制坯打击力为750kg，锤砧预热温度＞150℃，采用自由端打饼和端面盲冲、另一面影冲扩孔、双面扩孔、平幅方式锻造制坯和辗扩，制坯过程中要保证加热时间的一致性；灰冷终锻温度＞950℃，锻后立即放入干灰中冷却至退火装炉，16h内装炉；然后进行退火，预热温度780±10℃，保温4h，加热温度860±10℃，保温6-7h，炉冷至740±10℃，保温5-6h后，以20℃/h速度降至680℃后炉冷制500-550℃炉冷或空冷，退火时退火箱的密封采用木炭屑和铸铁屑按比例混合后加入热密封槽内，该工步重复一次；进行硬度检测和水侵探伤检测；
再次，锻造制坯件从常温预热到810-850℃，保温24min，升温到1200±10℃，保温19min，按照先进炉先出炉原则进行辗扩，采用D-250CYB立式碾环机，碾压力为15MPa, 扩孔速度为1.8-2.0 m/min，碾压轮转速为81rpm，辗环过程中要保证加热温度的一致性；灰冷终锻温度＞950℃以上，锻后立即放入干灰中冷却至退火装炉，16h内装炉；然后进行退火，预热温度780±10℃，保温4h，加热温度860±10℃，保温6-7h，炉冷至740±10℃，保温5-6h后，以20℃/h速度降至680℃后炉冷制500-550℃炉冷或空冷，退火时退火箱的密封采用木炭屑和铸铁屑按比例入混合后加入热密封槽内，该工步重复一次；进行硬度检测和水侵探伤检测；
最后，进行产品检测；经过检测，其淬火后晶粒度3级(标准2 -4级)，无混晶现象，产品经水浸超声波探伤0.4+16.5db-0.4+18db检测全部合格（标准要求10+14db），完全达到了产品的技术方面的要求。
本发明最优的工艺参数为：
1、制坯保温温度、辗扩保温温度均为1120±10℃；
2、坯料预热保温时间Φ*1.0（min），高温保温时间Φ*0.8（min），热料环坯返炉加热保温时间S*0.6(min)（S-有效厚度）；
3、锻造制坯打击力为750kg，工模具预热温度200-300℃，锤砧预热温度＞150℃；
4、制坯方式采用自由端打饼和端面盲冲、另一面影冲扩孔、双面扩孔、平幅锻造制坯；
5、辗扩工序中采用D-250CYB立式碾环机进行辗扩，碾压力为15MPa, 扩孔速度为1.8-2.0 m/min，碾压轮转速为81rpm；
通过对锻件及加工后产品检验，本发明的产品退火淬火后晶粒度达到3级(标准2 -4级)，无混晶现象，产品经水浸超声波探伤0.4+16.5db-0.4+18db检测全部合格，硬度为210HB，完全达到了产品在技术方面和使用方面的要求，轴承的使用寿命和发动机的续航能力获得大幅度提高，最高可达到500多小时。（国外发达国家发动机续航可达到1000小时左右，目前差距还很大，还需在原材料、工艺等科研方面改进和提高。）
本发明不局限于上述的优选实施例，凡是与本发明具有相同或者相近似的技术方案，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种M50钢制轴承套圈锻造工艺方法，其特征在于：包括预热、加热、升温、锻造、灰冷、退火、检测步骤，
所述预热步骤，制坯前将工模具进行预热到150-300℃，且生产过程中全程保持150-300℃，不能降低，工模具包括制坯模具、锤砧、碾压轮、芯轴及其它附属工具；
所述加热步骤，制坯中将坯料从常温加热到810-850℃，保温时间是Φ*1.0min，Φ代表直径；
所述升温步骤，将加热步骤中所述的810-850℃升温到1120±10℃，保温时间是Φ*0.8min，热料环坯返炉加热S*0.6min，S代表有效厚度；
所述锻造步骤，锻造制坯的打击力为750kg，制坯方式为开放式，即自由端打饼和端面盲冲、另一面影冲扩孔、 翻转扩孔、平幅，辗扩方式为D-250CYB立式碾环机进行辗扩，一次成型，碾压力为15MPa,扩孔速度为1.8-2.0 m/min， 碾压轮转速为81rpm；
所述灰冷步骤，终锻温度＞950℃以上，锻后立即放入干灰中冷却至退火装炉，16h内装炉；
所述退火步骤，预热温度780±10℃，保温4h，加热温度860±10℃，保温6-7h，炉冷至740±10℃，保温5-6h后，以20℃/h速度降至680℃后炉冷至500-550℃炉冷或空冷，退火时退火箱的密封采用木炭屑和铸铁屑按比例混合后加入热密封槽内；
所述检测步骤，采用水浸探伤方式，检查轴承环内部组织是否存在锻造和辗扩的缺陷。
2.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于：所述加热步骤中坯料预热保温时间是Φ*1.0min，锻造制坯件加热保温时间是Φ*0.8min。
3.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于：所述制坯模具、碾压轮、芯轴及其它附属工具预热温度200-300℃，锤砧预热温度＞150℃。
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