CN106350647A - 一种高氮不锈轴承钢热处理工艺 - Google Patents

一种高氮不锈轴承钢热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及热处理工艺技术领域，一种高氮不锈轴承钢热处理工艺该工艺包括以下步骤：S1：选取高氮钢液体作为基础原料；S2：设置多个沙池，沙池的温度各不相同；S3：退火；S4：选取温度分别在350‑400℃、250‑300℃、150‑200℃、50‑100℃、15‑40℃之间的沙池；S5：制取表面涂抹剂；S6：预热；S7：使用火焰枪对S6步骤制得的原件进行灼烧；S8：选用冷风机，将S7步骤制得的原件立即通过冷风机冷却；S9：把S8步骤中的冷却原件进行空冷；本工艺能够在一定程度上降低了资源浪费，并且能够提高轴承原件的耐磨性、接触疲劳性以及韧性出，很大程度上提高了轴承原件的使用质量和寿命。

Description

一种高氮不锈轴承钢热处理工艺
技术领域
本发明涉及热处理工艺技术领域，一种高氮不锈轴承钢热处理工艺。
背景技术
目前，在涉及航空航天等工作条件十分恶劣的行业中使用的轴承除要求其具有高的断裂韧性、高的接触疲劳寿命、高的耐磨性外，还必须满足盐雾，霉菌和湿热的“三防”试验要求，但是国内使用的传统高碳铬不锈轴承钢无法满足使用性能要求。由于传统的钢材不可避免地会产生大块的共晶碳化物，这些碳化物分布不均匀形成带状，大部分在晶界上析出，而且热处理时无法 消除，往往对轴承套圈的磨削和超精工序产生不利的影响。
高氮钢是材料研究的一个新领域，由于高氮钢所具有的材料特性，其开发、应用受到各个国家的广泛关注，但其中还有很多的问题没有解决，例如传统的高氮钢在铸造的过程以及在热处理的过程中，会使得高氮钢制作原件与自身的完美状态存在一定程度上的差异，而造成这些差异的原因除了高氮钢中的原料配比问题，其热处理工艺也是其自身的一个主要的原因，现有技术下的热处理工艺，在进行预热、加热以及冷却的过程比较简单，由于轴承原件内部存在较多的杂质，且这些杂质不易去除，而轴承原件工作环境较为复杂，对轴承原件的要求较高，原件在普通的加工和使用过程中，会严重降低其使用质量，造成耐磨性、接触疲劳性以及韧性出现一定程度上的降低，并且传统的热处理工艺存在大量的能源浪费，所以亟待一种热处理工艺来提升高氮钢轴承不锈钢的加工质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高氮不锈轴承钢热处理工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高氮不锈轴承钢热处理工艺，该工艺包括以下步骤：
S1：选取高氮钢液体作为基础原料，使用合适的模具进行铸造成型，制得高氮不锈轴承钢原件；
S2：设置多个沙池，沙池的温度各不相同；
S3：退火，将S1步骤中的原件放置在退火炉内，设定退火炉的高温为780-800℃，低温为550-600℃，原件位于退火炉内时间不少于4.5h；
S4：选取温度分别在350-400℃、250-300℃、150-200℃、50-100℃、15-40℃之间的沙池，标号分别为1、2、3、4、5号沙池，并将S3步骤中的原件放置到1号沙池中，当沙池温度降低至沙池设定温度时，取出原件并放置到2号沙池中，同理，原件依次通过1-5号沙池；
S5：制取表面涂抹剂：选取含碳量在0.35%以下的钢液作为基础钢液，向其中充入氮气，保持基础钢液为融化状态并向其中添加Cr、Mn和Nb，之后使用电磁搅拌25-30min，表面涂抹剂制作完成；
S6：预热，将S4步骤制得的原件进行预热，先将原件放入加热设备中，设定加热设备温度在150-300℃之间，预热40-60min，将原件取出并向原件表面喷涂表面涂抹剂，喷涂过程采用喷淋式喷涂法，将原件无死角喷涂；
S7：使用火焰枪对S6步骤制得的原件进行灼烧，灼烧时间在30min-75min之间，待原件得到完全灼烧后，立即取出；
S8：选用冷风机，将S7步骤制得的原件立即通过冷风机冷却，冷风机吹扫原件后，将原件放入到冷却液中冷却至60℃以下后，取出；
S9：把S8步骤中的冷却原件进行空冷，使用回火炉并设定回火炉温度在130-170℃之间，待温度升至设定温度后，保持时间45min以上，取出原件，至此该高氮不锈轴承钢热处理工艺完成。
优选的，所述沙池的沙粒直径不少于三种，且沙粒直径分别为1mm、1.5mm与2mm。
优选的，所述Cr在表面涂抹剂中的含量在13-15%之间，Mn在表面涂抹剂中的含量≤1.2%，Nb在表面涂抹剂中的含量≤0.8%。
优选的，所述火焰枪设置不少于3组，且火焰枪围绕待处理原件呈均匀设置。
优选的，所述S6步骤中原件位于表面涂抹剂熔炉的上方，采用循环式喷涂结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的工艺更加科学合理，通过合理的工艺操作步骤，能够将高氮不锈钢轴承的表面进行合理化处理，使轴承原件的避免0.5mm以上得到较好的加固处理，并且通过沙池的降温以及保温效果，能够提高原件的热处理质量，相比传统的热处理工艺，本工艺能够在一定程度上降低了资源浪费，并且能够提高轴承原件的耐磨性、接触疲劳性以及韧性出，很大程度上提高了轴承原件的使用质量和寿命。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明提供一种技术方案：一种高氮不锈轴承钢热处理工艺，该工艺包括以下步骤：
S1：选取高氮钢液体作为基础原料，使用合适的模具进行铸造成型，制得高氮不锈轴承钢原件；
S2：设置多个沙池，沙池的温度各不相同；
S3：退火，将S1步骤中的原件放置在退火炉内，设定退火炉的高温为800℃℃，低温为550℃，原件位于退火炉内时间4.5h；
S4：选取温度分别在350℃、250℃、150℃、50℃、15℃之间的沙池，标号分别为1、2、3、4、5号沙池，并将S3步骤中的原件放置到1号沙池中，当沙池温度降低至沙池设定温度时，取出原件并放置到2号沙池中，同理，原件依次通过1-5号沙池；
S5：制取表面涂抹剂：选取含碳量在0.35%的钢液作为基础钢液，向其中充入氮气，保持基础钢液为融化状态并向其中添加Cr、Mn和Nb，之后使用电磁搅拌25min，表面涂抹剂制作完成；
S6：预热，将S4步骤制得的原件进行预热，先将原件放入加热设备中，设定加热设备温度在150℃，预热40min，将原件取出并向原件表面喷涂表面涂抹剂，喷涂过程采用喷淋式喷涂法，将原件无死角喷涂；
S7：使用火焰枪对S6步骤制得的原件进行灼烧，灼烧时间在30min，待原件得到完全灼烧后，立即取出；
S8：选用冷风机，将S7步骤制得的原件立即通过冷风机冷却，冷风机吹扫原件后，将原件放入到冷却液中冷却至60℃后，取出；
S9：把S8步骤中的冷却原件进行空冷，使用回火炉并设定回火炉温度在130℃，待温度升至设定温度后，保持时间45min，取出原件，至此该高氮不锈轴承钢热处理工艺完成。
其中：所述沙池的沙粒直径不少于三种，且沙粒直径分别为1mm、1.5mm与2mm，所述Cr在表面涂抹剂中的含量在13%，Mn在表面涂抹剂中的含量为1.2%，Nb在表面涂抹剂中的含量为0.8%，所述火焰枪设置3组，且火焰枪围绕待处理原件呈均匀设置，所述S6步骤中原件位于表面涂抹剂熔炉的上方，采用循环式喷涂结构。
实施例二
本发明提供一种技术方案：一种高氮不锈轴承钢热处理工艺，该工艺包括以下步骤：
S1：选取高氮钢液体作为基础原料，使用合适的模具进行铸造成型，制得高氮不锈轴承钢原件；
S2：设置多个沙池，沙池的温度各不相同；
S3：退火，将S1步骤中的原件放置在退火炉内，设定退火炉的高温为790℃，低温为580℃，原件位于退火炉内时间5h；
S4：选取温度分别在370℃、270℃、170℃、80℃、25℃之间的沙池，标号分别为1、2、3、4、5号沙池，并将S3步骤中的原件放置到1号沙池中，当沙池温度降低至沙池设定温度时，取出原件并放置到2号沙池中，同理，原件依次通过1-5号沙池；
S5：制取表面涂抹剂：选取含碳量在0.3%的钢液作为基础钢液，向其中充入氮气，保持基础钢液为融化状态并向其中添加Cr、Mn和Nb，之后使用电磁搅拌27min，表面涂抹剂制作完成；
S6：预热，将S4步骤制得的原件进行预热，先将原件放入加热设备中，设定加热设备温度在230℃之间，预热50min，将原件取出并向原件表面喷涂表面涂抹剂，喷涂过程采用喷淋式喷涂法，将原件无死角喷涂；
S7：使用火焰枪对S6步骤制得的原件进行灼烧，灼烧时间在50min之间，待原件得到完全灼烧后，立即取出；
S8：选用冷风机，将S7步骤制得的原件立即通过冷风机冷却，冷风机吹扫原件后，将原件放入到冷却液中冷却至650℃后，取出；
S9：把S8步骤中的冷却原件进行空冷，使用回火炉并设定回火炉温度在155℃，待温度升至设定温度后，保持时间50min上，取出原件，至此该高氮不锈轴承钢热处理工艺完成。
其中：所述沙池的沙粒直径不少于三种，且沙粒直径分别为1mm、1.5mm与2mm，所述Cr在表面涂抹剂中的含量在14%之间，Mn在表面涂抹剂中的含量为1%，Nb在表面涂抹剂中的含量为0.7%，所述火焰枪设置4组，且火焰枪围绕待处理原件呈均匀设置，所述S6步骤中原件位于表面涂抹剂熔炉的上方，采用循环式喷涂结构。
实施例三
本发明提供一种技术方案：一种高氮不锈轴承钢热处理工艺，该工艺包括以下步骤：
S1：选取高氮钢液体作为基础原料，使用合适的模具进行铸造成型，制得高氮不锈轴承钢原件；
S2：设置多个沙池，沙池的温度各不相同；
S3：退火，将S1步骤中的原件放置在退火炉内，设定退火炉的高温为800℃，低温为600℃，原件位于退火炉内时间5.5h；
S4：选取温度分别在400℃、300℃、200℃、100℃、40℃之间的沙池，标号分别为1、2、3、4、5号沙池，并将S3步骤中的原件放置到1号沙池中，当沙池温度降低至沙池设定温度时，取出原件并放置到2号沙池中，同理，原件依次通过1-5号沙池；
S5：制取表面涂抹剂：选取含碳量在0.29%以下的钢液作为基础钢液，向其中充入氮气，保持基础钢液为融化状态并向其中添加Cr、Mn和Nb，之后使用电磁搅拌30min，表面涂抹剂制作完成；
S6：预热，将S4步骤制得的原件进行预热，先将原件放入加热设备中，设定加热设备温度在300℃之间，预热60min，将原件取出并向原件表面喷涂表面涂抹剂，喷涂过程采用喷淋式喷涂法，将原件无死角喷涂；
S7：使用火焰枪对S6步骤制得的原件进行灼烧，灼烧时间在75min之间，待原件得到完全灼烧后，立即取出；
S8：选用冷风机，将S7步骤制得的原件立即通过冷风机冷却，冷风机吹扫原件后，将原件放入到冷却液中冷却至68℃后，取出；
S9：把S8步骤中的冷却原件进行空冷，使用回火炉并设定回火炉温度在170℃之间，待温度升至设定温度后，保持时间55min，取出原件，至此该高氮不锈轴承钢热处理工艺完成。
其中：所述沙池的沙粒直径不少于三种，且沙粒直径分别为1mm、1.5mm与2mm，所述Cr在表面涂抹剂中的含量在15%之间，Mn在表面涂抹剂中的含量为1.1%，Nb在表面涂抹剂中的含量为0.75%，所述火焰枪设置5组，且火焰枪围绕待处理原件呈均匀设置，所述S6步骤中原件位于表面涂抹剂熔炉的上方，采用循环式喷涂结构。
将三组实施例所制得的高氮轴承不锈钢，加工制成原件，将轴承原件使用相同规格进行安装并同时进行转动磨损、断裂强度以及接触疲劳性实验，实验数据如下：
组别 断裂韧性 耐磨性 接触疲劳性
实施例一 + ++ ++
实施例二 +++ ++++ +++
实施例三 + + ++
以传统的不锈钢轴承最为基础对照，将传统的不锈钢轴承的断裂韧性、耐磨性、接触疲劳性均设为“+”。
由上表数据可知，三组实施例相比传统的不锈钢轴承均有较好的功能性提高，其中以实施例二效果最佳。
本工艺相比传统的热处理工艺，通过沙池的降温以及保温处理，能够较好的将轴承原件的温度进行合理的控制，提高轴承原件的热处理质量，并且通过在表面进行灼烧，配合Cr、Mn和Nb能够提高轴承原件表面的氮元素含量，更好的维持轴承原件避免0.5mm以上的结构韧性。
总的来说，本工艺优化了传统的高氮轴承不锈钢的热处理工艺，并且在一定程度上实现了资源节约，很大程度上提高了轴承原件的断裂韧性、耐磨性以及接触疲劳性，具有广泛的市场应用前景，利于推广。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种高氮不锈轴承钢热处理工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：
S1：选取高氮钢液体作为基础原料，使用合适的模具进行铸造成型，制得高氮不锈轴承钢原件；
S2：设置多个沙池，沙池的温度各不相同；
S3：退火，将S1步骤中的原件放置在退火炉内，设定退火炉的高温为780-800℃，低温为550-600℃，原件位于退火炉内时间不少于4.5h；
S4：选取温度分别在350-400℃、250-300℃、150-200℃、50-100℃、15-40℃之间的沙池，标号分别为1、2、3、4、5号沙池，并将S3步骤中的原件放置到1号沙池中，当沙池温度降低至沙池设定温度时，取出原件并放置到2号沙池中，同理，原件依次通过1-5号沙池；
S5：制取表面涂抹剂：选取含碳量在0.35%以下的钢液作为基础钢液，向其中充入氮气，保持基础钢液为融化状态并向其中添加Cr、Mn和Nb，之后使用电磁搅拌25-30min，表面涂抹剂制作完成；
S6：预热，将S4步骤制得的原件进行预热，先将原件放入加热设备中，设定加热设备温度在150-300℃之间，预热40-60min，将原件取出并向原件表面喷涂表面涂抹剂，喷涂过程采用喷淋式喷涂法，将原件无死角喷涂；
S7：使用火焰枪对S6步骤制得的原件进行灼烧，灼烧时间在30min-75min之间，待原件得到完全灼烧后，立即取出；
S8：选用冷风机，将S7步骤制得的原件立即通过冷风机冷却，冷风机吹扫原件后，将原件放入到冷却液中冷却至60℃以下后，取出；
S9：把S8步骤中的冷却原件进行空冷，使用回火炉并设定回火炉温度在130-170℃之间，待温度升至设定温度后，保持时间45min以上，取出原件，至此该高氮不锈轴承钢热处理工艺完成。
2.根据权利要求1所述的一种高氮不锈轴承钢热处理工艺，其特征在于： 所述沙池的沙粒直径不少于三种，且沙粒直径分别为1mm、1.5mm与2mm。
3.根据权利要求1所述的一种高氮不锈轴承钢热处理工艺，其特征在于：所述Cr在表面涂抹剂中的含量在13-15%之间，Mn在表面涂抹剂中的含量≤1.2%，Nb在表面涂抹剂中的含量≤0.8%。
4.根据权利要求1所述的一种高氮不锈轴承钢热处理工艺，其特征在于：所述火焰枪设置不少于3组，且火焰枪围绕待处理原件呈均匀设置。
5.根据权利要求1所述的一种高氮不锈轴承钢热处理工艺，其特征在于：所述S6步骤中原件位于表面涂抹剂熔炉的上方，采用循环式喷涂结构。
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