CN107130181A - 一种家电专用轴承钢球及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种家电专用轴承钢球及其制备方法，轴承钢球的各组分的重量百分比如下：C：0.95‑1.15%，Mn：0.32‑0.55%，Si：0.35‑0.55%，Cr：2.42‑4.50%，Ti：0.002‑0.005%，P≤0.02%，S≤0.02%，Mo≤0.08%，Ni≤0.18%，Cu≤0.27%，余量为Fe；本发明的轴承钢球可避免钢球淬火开裂，增加轴承钢球的耐磨性，提高轴承钢球性能；配合本发明的制备方法可制备直径6.000mm的小微精密轴承钢球，与洗衣机、微波炉等小家电配套使用，具有使用寿命长、成本低的优点。

Description

一种家电专用轴承钢球及其制备方法

技术领域

本发明涉及轴承钢球领域，特别涉及一种家电专用轴承钢球及其制备方法。

背景技术

轴承钢球是重要的基础零部件，尤其是小微精密轴承钢球在国民经济发展中起着巨大作用。在一些特殊条件下，常常需要特殊材质的钢球，来完成不同环境下所要求达到的功能。其实一些特殊材质钢球已广泛应用于国民经济各个领域中，包括9Cr18、3Cr13不锈钢，铜、铝、钛合金钢以及玛瑙、玻璃、陶瓷球等。它们的推广应用，不仅推动了钢球生产业的发展，而且也促进了相关行业的技术发展和科技进步。

另外，我国钢球行业现在使用的标准仍然沿袭“英制”标准，与我国机械工业习惯使用的国标尺寸标注方式及实际应用有很大出入，也带来了诸多不便。例如英制15/64″钢球，换算过来直径实际尺寸为5.9531mm，不易标注和配套加工，按我国家电行业的实际需求直径6.000mm的小微精密轴承钢球应运而生,但现有的轴承钢球材质及工艺均未达到理想的标准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种家电专用轴承钢球及其制备方法，制备所得的轴承钢球性能优异、寿命长、成本低。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种家电专用轴承钢球，其各组分的重量百分比如下：C：0.95-1.15％，Mn：0.32-0.55％，Si：0.35-0.55％，Cr：2.42-4.50％，Ti：0.002-0.005％，P≤0.02％，S≤0.02％，Mo≤0.08％，Ni≤0.18％，Cu≤0.27％，余量为Fe。

优选的，各组分的重量百分比如下：C：0.98-1.05％，Mn：0.40-0.50％，Si：0.40-0.50％，Cr：3.24-3.85％，Ti：0.002-0.005％，P≤0.02％，S≤0.02％，Mo≤0.08％，Ni≤0.18％，Cu≤0.27％，余量为Fe。

本发明还提供了一种家电专用轴承钢球的制备方法，包括以下步骤：

1)冷镦：采用高速冷镦机及冷镦球模具，将轴承钢丝冲压成冷镦毛坯球，所述轴承钢丝满足上述各组分的重量百分比；

2)光球：利用光球机和光球磨削液将冷镦毛坯球进行磨削，首先把冷镦毛坯球的环带及两极磨去，基本成球；然后进一步磨削，把表面氧化层磨去，得到光球坯；

3)热处理：将光球坯清洗干净并烘干后，投入到回转炉中采用可控保护气氛进行加热淬火，淬火之后进行回火处理，得到钢球半成品；

4)硬磨：将经过热处理的钢球半成品清洗干净后，利用硬磨机和特磨液进一步研磨加工，修整钢球的圆度和球形误差。

5)冷酸洗：将研磨后的钢球置于冷酸洗液中进行冷酸洗，使钢球表面的缺陷呈现，剔除不合格钢球；

6)表面强化处理：采用表面强化机对经过冷酸洗处理后的钢球进行表面强化处理；

7)研磨：将表面强化处理后的钢球通过初级研磨和精密研磨，得到轴承钢球成品。

优选的，所述轴承钢球成品的直径为6.000mm。

优选的，所述步骤7)中的精密研磨包括精研和超精研：

所述精研包括以下步骤：将初级研磨后的半成品钢球清洗干净，再放置到精研机中研磨，所述精研机的磨板压力控制在18-22KN，主轴转速控制在16-20转/分钟；磨削效率控制在2-3um/小时；所用磨削液为水基精研液，所用磨料颗粒为直径1um的金刚石微粉；当钢球直径距离成品钢球直径仅有0.5um时，停止研磨，下球并清洗干净；

所述超精研包括以下步骤：将精研后的半成品钢球清洗干净，再放置到精研机中研磨，所述精研机的磨板压力控制在10-14KN，主轴转速控制在25-35转/分钟；磨削效率控制在0.75-0.82um/小时；所用磨削液为水基精研液，所用磨料颗粒为直径0.5um的金刚石微粉；当钢球直径达到成品钢球直径尺寸时，停止研磨，下球并清洗干净。

优选的，还包括步骤8)成品清洗：采用清洁无尘的航空煤油和海绵钢球成品清洗机进行清洗。

优选的，还包括步骤9)光电外观检测：经过成品清洗后的钢球，采用钢球光电自动检测仪对钢球缺陷进行选别，剔除不合格品。

优选的，还包括步骤10)防锈包装：将选别出的合格品进行防锈包装，包装采用钢球智能计数自动包装系统，包装过程中落差不超过5cm。

本发明具备以下有益效果：本发明的轴承钢球可避免钢球淬火开裂，增加轴承钢球的耐磨性，提高轴承钢球性能；配合本发明的制备方法可制备直径6.000mm的小微精密轴承钢球，与洗衣机、微波炉等小家电配套使用，具有使用寿命长、成本低的优点。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，其目的仅在于更好理解本发明目的，而非限制本发明的保护范围。

实施例1

一种家电专用轴承钢球，其各组分的重量百分比如下：C：0.95％，Mn：0.32％，Si：0.35％，Cr：2.42％，Ti：0.002％，S：0.02％，Mo：0.08％，Ni：0.18％，Cu：0.27％，余量为Fe。

具体制备方法如下：

1)冷镦：采用高速冷镦机及冷镦球模具，将轴承钢丝冲压成冷镦毛坯球，所述轴承钢丝满足上述各组分的重量百分比。

2)光球：利用光球机和光球磨削液将冷镦毛坯球进行磨削，首先把冷镦毛坯球的环带及两极磨去，基本成球；然后进一步磨削，把表面氧化层磨去。此工序得到半成品光球坯。

3)热处理：将光球坯清洗干净并烘干后，投入到回转炉中采用可控保护气氛进行加热淬火，淬火之后进行回火处理，得到钢球半成品，钢球硬度值为63-64HRC。

4)硬磨：将经过热处理的钢球半成品清洗干净后，利用硬磨机和特磨液进一步研磨加工，修整钢球的圆度和球形误差。

5)冷酸洗：将钢球置于冷酸洗液中进行冷酸洗，使钢球在光球和硬磨加工时有可能产生的轻微烧伤，以及可能因原材料引起的一些缺陷，如裂纹、拉伤等不良缺陷清晰呈现，利用人工肉眼便于剔除不合格品，确保了整批钢球的质量可靠性。

6)表面强化处理：采用表面强化机对经过冷酸洗处理后的钢球进行表面强化处理；处理参数为：转速：20-30rpm/min，处理时间：80-120min，硬度值：65-68HRC。

7)研磨：将表面强化处理后的钢球通过初级研磨和精密研磨，得到轴承钢球成品，所制备的轴承钢球直径为6.000mm，属于小微精密钢球。

其中，精密研磨包括精研和超精研：

所述精研包括以下步骤：将初级研磨后的半成品钢球清洗干净，再放置到精研机中研磨，所述精研机的磨板压力控制在18-22KN，主轴转速控制在16-20转/分钟；磨削效率控制在2-3um/小时；所用磨削液为水基精研液，所用磨料颗粒为直径1um的金刚石微粉；当钢球直径距离成品钢球直径仅有0.5um时，停止研磨，下球并清洗干净；

所述超精研包括以下步骤：将精研后的半成品钢球清洗干净，再放置到精研机中研磨，所述精研机的磨板压力控制在10-14KN，主轴转速控制在25-35转/分钟；磨削效率控制在0.75-0.82um/小时；所用磨削液为水基精研液，所用磨料颗粒为直径0.5um的金刚石微粉；当钢球直径达到成品钢球直径尺寸时，停止研磨，下球并清洗干净。

8)成品清洗：钢球成品清洗采用清洁无尘的航空煤油和海绵钢球成品清洗机进行清洗，带有保护效果，避免了钢球因清洗而产生的清洗划伤及超声波清洗机造成的钢球伤害，钢球清洗得更干净。

9)光电外观检测：经过成品清洗机清洗后的钢球，还要采用先进的钢球光电自动检测仪对钢球缺陷进行选别，选别时光源探头发出的光源照射到钢球上产生折射，钢球检测盘下方有展开轮，使钢球每个面全部展开，利用图像处理系统，对钢球的表面360度进行全面分析，通过在电脑上的软件系统设定伤的大小，当钢球上反射的光源通过CPU计算处理后满足所设定的伤的感度以及浅黑的感度范围值时，钢球被判定为合格品。

10)防锈包装：将选别出的合格品进行包装，包装采用钢球智能计数自动包装系统，包装过程落差不超过5cm,防止钢球在防锈包装的过程中产生磕碰伤，保证钢球的精度不受破坏。

实施例2

一种家电专用轴承钢球，其各组分的重量百分比如下：C：0.98％，Mn：0.40％，Si：0.40％，Cr：3.24％，Ti：0.002％，P：0.02％，Mo：0.08％，Ni：0.18％，Cu：0.27％，余量为Fe。

制备方法参照实施例1所述。

实施例3

一种家电专用轴承钢球，其各组分的重量百分比如下：C：1.05％，Mn：0.50％，Si：0.50％，Cr：3.85％，Ti：0.005％，P：0.02％，S：0.08％，Ni：0.18％，余量为Fe。

制备方法参照实施例1所述。

实施例4

一种家电专用轴承钢球，其各组分的重量百分比如下：C：1.15％，Mn：0.55％，Si：0.55％，Cr：4.50％，Ti：0.005％，P：0.02％，S：0.08％，Mo：0.18％，Cu：0.27％，余量为Fe。

制备方法参照实施例1所述。

本发明中各组分的含量限定原因如下：

C：碳是钢铁材料的主要合金元素，碳在钢材中的主要作用是：形成固溶体组织，提高钢的强度，如铁素体、奥氏体组织，都溶解有碳元素；形成碳化物组织，可提高钢的硬度及耐磨性。碳主要以碳化物Fe₃C形式存在于钢中，是决定钢强度的主要元素，当钢中碳含量升高时，其硬度、强度均有提高，而塑性、韧性和冲击韧性降低，冷脆倾向性和时效倾向性也有提高。故本发明C含量设定在0.95-1.15％，优选0.98-1.05％。

Mn：炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，锰含量过高会侵蚀炉壁。本发明Mn含量设定0.32-0.55％，优选0.40-0.50％。

Si：硅可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低，硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比。本发明Si含量设定0.35-0.55％，优选0.40-0.50％。

Cr：铬可提高钢的强度和硬度，提高钢的高温机械性能，使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性，阻止石墨化，提高淬透性，但铬含量过高铬是显著提高钢的脆性转变温度、回火脆性。本发明Cr含量设定2.42-4.50％，优选3.24-3.85％。

Ti：钛能改善钢的热强性，提高钢的抗蠕变性能及高温持久强度；提高钢在高温高压氢气中的稳定性，本发明Ti含量设定0.002-0.005％。

P：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏，本发明P含量限定0.02％以下。

S：硫是钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，降低钢的塑性和耐磨性，硫还会明显地降低钢的焊接性能，引起高温龟裂，并在金属焊缝中产生许多气孔和疏松，从而降低焊缝的强度。当硫含量超过0.06％时，显著恶化了钢的耐腐蚀性。本发明S含量限定0.02％以下。

Mo：钼对铁素体有固溶强化作用，提高钢热强性，抗氢侵蚀的作用，提高钢的淬透性，增加Mo可强化钝态膜，有利于耐孔蚀，提高对氯离子的抵抗力，本发明Mo含量设定0.08％以下。

Ni：镍可提高钢的强度而不显著降低其韧性；降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性；改善钢的加工性和可焊性；提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐蚀，在高温下有防锈和耐热能力，但镍是稀缺资源，尽量采用其他合金元素代用，本发明Ni含量设定0.18％以下。

Cu：合金钢中铜含量不得超过1.5％，否则会使钢变脆，铜在钢中有抵抗大气腐蚀的性能，可以增加钢的强度，本发明Cu含量设定0.27％以下。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种家电专用轴承钢球，其特征在于，其各组分的重量百分比如下：C：0.95-1.15%，Mn：0.32-0.55%，Si：0.35-0.55%，Cr：2.42-4.50%，Ti：0.002-0.005%，P≤0.02%，S≤0.02%，Mo≤0.08%，Ni≤0.18%，Cu≤0.27%，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种家电专用轴承钢球，其特征在于，其各组分的重量百分比如下：C：0.98-1.05%，Mn：0.40-0.50%，Si：0.40-0.50%，Cr：3.24-3.85%，Ti：0.002-0.005%，P≤0.02%，S≤0.02%，Mo≤0.08%，Ni≤0.18%，Cu≤0.27%，余量为Fe。

3.根据权利要求1或2所述的一种家电专用轴承钢球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）冷镦：采用高速冷镦机及冷镦球模具，将轴承钢丝冲压成冷镦毛坯球，所述轴承钢丝满足上述各组分的重量百分比；

2）光球：利用光球机和光球磨削液将冷镦毛坯球进行磨削，首先把冷镦毛坯球的环带及两极磨去，基本成球；然后进一步磨削，把表面氧化层磨去，得到光球坯；

3）热处理：将光球坯清洗干净并烘干后，投入到回转炉中采用可控保护气氛进行加热淬火，淬火之后进行回火处理，得到钢球半成品；

4）硬磨：将经过热处理的钢球半成品清洗干净后，利用硬磨机和特磨液进一步研磨加工，修整钢球的圆度和球形误差；

5）冷酸洗：将研磨后的钢球置于冷酸洗液中进行冷酸洗，使钢球表面的缺陷呈现，剔除不合格钢球；

6）表面强化处理：采用表面强化机对经过冷酸洗处理后的钢球进行表面强化处理；

7）研磨：将表面强化处理后的钢球通过初级研磨和精密研磨，得到轴承钢球成品。

4.根据权利要求3所述的一种家电专用轴承钢球的制备方法，其特征在于：所述轴承钢球成品的直径为6.000mm。

5.根据权利要求3所述的一种家电专用轴承钢球的制备方法，其特征在于：所述步骤7）中的精密研磨包括精研和超精研：

所述精研包括以下步骤：将初级研磨后的半成品钢球清洗干净，再放置到精研机中研磨，所述精研机的磨板压力控制在18-22KN，主轴转速控制在16-20转/分钟；磨削效率控制在2-3um/小时；所用磨削液为水基精研液，所用磨料颗粒为直径1um的金刚石微粉；当钢球直径距离成品钢球直径仅有0.5um时，停止研磨，下球并清洗干净；

所述超精研包括以下步骤：将精研后的半成品钢球清洗干净，再放置到精研机中研磨，所述精研机的磨板压力控制在10-14KN，主轴转速控制在25-35转/分钟；磨削效率控制在0.75-0.82um/小时；所用磨削液为水基精研液，所用磨料颗粒为直径0.5um的金刚石微粉；当钢球直径达到成品钢球直径尺寸时，停止研磨，下球并清洗干净。

6.根据权利要求3所述的一种家电专用轴承钢球的制备方法，其特征在于：还包括步骤8）成品清洗：采用清洁无尘的航空煤油和海绵钢球成品清洗机进行清洗。

7.根据权利要求6所述的一种家电专用轴承钢球的制备方法，其特征在于：还包括步骤9）光电外观检测：经过成品清洗后的钢球，采用钢球光电自动检测仪对钢球缺陷进行选别，剔除不合格品。

8.根据权利要求7所述的一种家电专用轴承钢球的制备方法，其特征在于：还包括步骤10）防锈包装：将选别出的合格品进行防锈包装，包装采用钢球智能计数自动包装系统，包装过程中落差不超过5cm。