CN108411096A - 提高m50轴承基体强韧性和尺寸稳定性的成形制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高M50轴承基体强韧性和尺寸稳定性的成形制造方法，包括以下步骤：S1、对轴承基体环坯进行冷轧成形，获得轴承基体锻件；S2、复相组织调控热处理：先将轴承基体锻件缓慢加热至Acm温度点以上30～60℃，继续加热轴承基体锻件至Acm温度点以上250～350℃，再将轴承基体锻件快速冷却至MS相变点以上20～80℃进行贝氏体等温淬火，然后将轴承基体锻件快速冷至MS相变点以下进行马氏体淬火，待轴承基体锻件冷却至室温后在液氮环境下进行冷处理；最后进行高温回火。本发明能够综合利用冷变形和复相组织调控热处理的作用，调控基体的微观组织状态，从而大幅提高轴承基体的强韧性与尺寸稳定性。

Description

提高M50轴承基体强韧性和尺寸稳定性的成形制造方法
技术领域
本发明涉及轴承制造技术领域，具体涉及一种提高M50轴承基体强韧性和尺寸稳定性的成形制造方法。
背景技术
M50钢是一类具有较好综合性能的高温轴承钢，由于其良好的高温硬度、高温耐磨性能和高温耐疲劳性能，被广泛地应用于航空发动机轴承等领域。目前，以M50钢为基体材料的航空轴承面临着许多技术瓶颈，其核心问题在于轴承基体的强韧性和尺寸稳定性。由于强韧性和尺寸稳定性不够理想，轴承在服役过程中容易出现疲劳失效或精度衰减丧失等问题，从而降低了发动机主轴轴承的服役寿命。传统的M50钢热处理工艺，通常在马氏体淬火后采取多次高温回火的方式，使残余奥氏体尽可能的充分转变，从而确保轴承基体获得较高的强度和尺寸稳定性；但是另一方面，残余奥氏体作为韧性相，有着对裂纹扩展的延缓作用，较低含量的残余奥氏体会使轴承基体韧性下降，从而影响到轴承的疲劳寿命。因此，如何在保证轴承的强度和尺寸稳定性达到服役要求的同时，有效提高轴承基体的韧性，已经成为发展航空发动机轴承所亟需解决的关键技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高M50轴承基体强韧性和尺寸稳定性的成形制造方法，它通过冷轧控制成形与马贝复相组织调控热处理方法相结合，利用冷轧塑性变化所引入的高密度位错，协调匹配冷轧成形与热处理工艺条件，调控基体的微观组织状态，从而大幅提高轴承基体的强韧性与尺寸稳定性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种提高M50轴承基体强韧性和尺寸稳定性的成形制造方法，包括以下步骤：
S1、冷轧控制成形：根据轴承基体尺寸和轧制比设计轴承基体毛坯尺寸，采用热锻制坯工艺制备轴承基体环坯，然后在冷轧机上对轴承基体环坯进行冷轧成形，获得轴承基体锻件；
S2、复相组织调控热处理
S201、将轴承基体锻件加热至Acm温度点以上30～60℃，并进行保温，进行低温奥氏体化；
S202、继续加热轴承基体锻件至Acm温度点以上250～350℃，并进行保温，进行高温奥氏体化；
S203、将轴承基体锻件快速冷却至MS相变点以上20～80℃，并进行保温，进行贝氏体等温淬火；
S204、将轴承基体锻件快速冷却至MS相变点以下进行马氏体淬火，保温一段时间后空冷至室温；
S205、将轴承基体锻件浸入-196～-120℃温度范围内的液氮冷冻箱中，进行冷处理，冷处理一段时间后取出在大气环境中恢复至室温；
S206、将轴承基体锻件加热至530～550℃范围内进行高温回火，保温一段时间后空冷。
按上述技术方案，步骤S1中，轧制比k＝(0.6～0.8)kmax，轴承基体毛坯的内半径r0＝kr1，基于环件轧制体积不变原理，轴承基体毛坯外半径其中，R1和R2分别为驱动辊和压力辊的工作面半径，r1为轴承基体的内径，R和H分别为轴承基体的外半径和高度。
按上述技术方案，步骤S1中，基于环件轧制的锻透条件，轧制进给速率v＝(2～3)Δvmin，其中n1为驱动辊转速。
按上述技术方案，步骤S203中，采用盐浴冷却将轴承基体锻件快速冷却至MS相变点以上20～80℃。
按上述技术方案，步骤S204中，采用油浴冷却将轴承基体锻件快速冷却至MS相变点以下。
按上述技术方案，步骤S206中，进行两次高温回火。
本发明产生的有益效果是：本发明能够综合利用冷变形和复相组织调控热处理的作用来调控轴承基体微观组织，从而起到同时提高轴承基体强韧性和尺寸稳定性的效果。具体为本发明先通过冷轧控制成形工艺使轴承基体滚道处获得良好的金属流线，冷轧过程中所引入的高密度位错能够增加奥氏体化过程中的形核率，显著地细化轴承基体的晶粒组织；再通过复相组织调控热处理引入贝氏体组织，马氏体和贝氏体能够协同配合调控轴承基体的强韧性；最后通过冷处理和回火工艺促进残余奥氏体转变，从而提高轴承基体锻件的尺寸稳定性；此外，冷处理过程中由马氏体相变所引入的位错，促进了回火过程中的碳化物析出行为，进一步强化了轴承基体。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明实施例的复相组织调控热处理流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种提高M50轴承基体强韧性和尺寸稳定性的成形制造方法，包括以下步骤：
S1、冷轧控制成形：根据轴承基体尺寸和轧制比设计轴承基体毛坯尺寸，采用热锻制坯工艺制备轴承基体环坯，然后在冷轧机上对轴承基体环坯进行冷轧成形，获得轴承基体锻件；
S2、如图1所示，复相组织调控热处理
S201、将轴承基体锻件缓慢加热至Acm温度点以上30～60℃，并进行保温，一般保温20～30min，进行低温奥氏体化；
S202、继续加热轴承基体锻件至Acm温度点以上250～350℃，并进行保温，一般保温10～30min，进行高温奥氏体化；
S203、将轴承基体锻件快速冷却(本实施例中采用盐浴冷却的方式)至MS相变点以上20～80℃，并进行保温，一般保温2～4h，进行贝氏体等温淬火；
S204、将轴承基体锻件快速冷却至MS相变点以下进行马氏体淬火(本实施例中采用油浴冷却的方式)，保温一段时间(一般保温3～5min)后空冷至室温；
S205、将轴承基体锻件浸入-196～-120℃温度范围内的液氮冷冻箱中，进行冷处理，冷处理一段时间后取出在大气环境中恢复至室温；
S206、将轴承基体锻件加热至530～550℃范围内进行高温回火，保温一段时间后空冷。
在本发明的优选实施例中，步骤S1中，根据退火态M50轴承钢的延伸率范围，轧制比k＝(0.6～0.8)kmax，轴承基体毛坯的内半径r0＝kr1，基于环件轧制体积不变原理，轴承基体毛坯外半径其中，R1和R2分别为驱动辊和压力辊的工作面半径，r1为轴承基体的内径，R和H分别为轴承基体的外半径和高度。
在本发明的优选实施例中，步骤S1中，基于环件轧制的锻透条件，轧制进给速率v＝(2～3)Δvmin，其中n1为驱动辊转速。
在本发明的优选实施例中，步骤S206中，进行两次高温回火。
以某型号M50轴承基体为例，提高其强韧性和尺寸稳定性的成形制造方法包括以下步骤：
S1、冷轧控制成形：首先采用热锻制坯方法制备轴承基体环坯，然后在数控冷轧机上对轴承基体毛坯进行冷轧成形，获得轴承基体锻件，冷轧成形过程中，合理选取工艺参数，控制环件壁厚减薄率在20～35％范围内，控制轧制比和轧制进给速率在一定范围内，设置轧制比为1.2，轧制进给速率为0.8mm/s；
S2、复相组织调控热处理：将轴承基体缓慢加热至850℃保温30min，继续加热至1090℃保温20min进行奥氏体化；待奥氏体化结束后，在240℃盐浴炉中进行贝氏体等温淬火，保温2h；随后将轴承基体快速油冷至室温进行马氏体淬火，清洗轴承基体后在液氮环境下冷处理1h；最后将淬火后的轴承基体缓慢加热至530℃进行高温回火，保温2h后空冷，重复该回火工艺两次。
对按上述热处理方法和传统热处理方法获得的航空发动机轴承基体的强韧性和残余奥氏体含量进行比较，结果如表1所示。
表1不同热处理工艺下强韧性和残余奥氏体含量比较
从表1对比可看出：相比传统马氏体淬火工艺，本发明在保证轴承基体的强度和硬度达到服役需求范围的基础上，显著地提升了轴承基体的冲击韧性和断裂韧性；同时，本发明得到的残余奥氏体含量也保持在较低的水平，进而提升了轴承基体的尺寸稳定性。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种提高M50轴承基体强韧性和尺寸稳定性的成形制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、冷轧控制成形：根据轴承基体尺寸和轧制比设计轴承基体毛坯尺寸，采用热锻制坯工艺制备轴承基体环坯，然后在冷轧机上对轴承基体环坯进行冷轧成形，获得轴承基体锻件；
S2、复相组织调控热处理
S201、将轴承基体锻件加热至Acm温度点以上30～60℃，并进行保温，进行低温奥氏体化；
S202、继续加热轴承基体锻件至Acm温度点以上250～350℃，并进行保温，进行高温奥氏体化；
S203、将轴承基体锻件快速冷却至MS相变点以上20～80℃，并进行保温，进行贝氏体等温淬火；
S204、将轴承基体锻件快速冷却至MS相变点以下进行马氏体淬火，保温一段时间后空冷至室温；
S205、将轴承基体锻件浸入-196～-120℃温度范围内的液氮冷冻箱中，进行冷处理，冷处理一段时间后取出在大气环境中恢复至室温；
S206、将轴承基体锻件加热至530～550℃范围内进行高温回火，保温一段时间后空冷。
2.根据权利要求1所述的提高M50轴承基体强韧性和尺寸稳定性的成形制造方法，其特征在于，步骤S1中，轧制比k＝(0.6～0.8)kmax，轴承基体毛坯的内半径r0＝kr1，基于环件轧制体积不变原理，轴承基体毛坯外半径其中， R1和R2分别为驱动辊和压力辊的工作面半径，r1为轴承基体的内径，R和H分别为轴承基体的外半径和高度。
3.根据权利要求2所述的提高M50轴承基体强韧性和尺寸稳定性的成形制造方法，其特征在于，步骤S1中，基于环件轧制的锻透条件，轧制进给速率v＝(2～3)Δvmin，其中n1为驱动辊转速。
4.根据权利要求1所述的提高M50轴承基体强韧性和尺寸稳定性的成形制造方法，其特征在于，步骤S203中，采用盐浴冷却将轴承基体锻件快速冷却至MS相变点以上20～80℃。
5.根据权利要求1所述的提高M50轴承基体强韧性和尺寸稳定性的成形制造方法，其特征在于，步骤S204中，采用油浴冷却将轴承基体锻件快速冷却至MS相变点以下。
6.根据权利要求1所述的提高M50轴承基体强韧性和尺寸稳定性的成形制造方法，其特征在于，步骤S206中，进行两次高温回火。
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