CN108950175A

CN108950175A - 一种冷轧轴承套圈微观缺陷修复的脉冲电流处理方法

Info

Publication number: CN108950175A
Application number: CN201810930374.1A
Authority: CN
Inventors: 钱东升; 王丰; 华林; 吴毅恒
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2018-08-15
Filing date: 2018-08-15
Publication date: 2018-12-07
Anticipated expiration: 2038-08-15
Also published as: CN108950175B

Abstract

本发明公开了一种冷轧轴承套圈微观缺陷修复的脉冲电流处理方法，包括以下步骤：S10、提供一能够产生脉冲电流的脉冲电流发生装置；S20、根据轴承套圈的尺寸参数和电流密度设置脉冲峰值电流；S30、将轴承套圈放置于脉冲电流发生装置中，使脉冲电流通过轴承套圈的方向平行于轴承套圈的轴向，启动脉冲电流发生装置，对轴承套圈施加60个及以上电脉冲作用，单个电脉冲作用的时间为0.01～1s，每施加完一次电脉冲作用后间歇0.1s～1s；S40、断开脉冲电流发生装置，待轴承套圈冷却至室温，取出轴承套圈即完成其内部微观缺陷的修复。本发明有效消除冷轧轴承套圈大变形所引入的微观缺陷，改善应力分布，从而显著提升冷轧轴承套圈的强度和服役寿命。

Description

一种冷轧轴承套圈微观缺陷修复的脉冲电流处理方法

技术领域

本发明属于轴承制造技术领域，具体涉及一种用于修复冷轧轴承套圈微观缺陷的脉冲电流处理方法。

背景技术

轴承作为轨道交通、高速机床、航空发电机等重大装备的关键零部件，决定着整个装备制造业整体的发展水平。轴承的基本结构由套圈(包含内圈和外圈)、滚动体和保持架三大组件组成，其中，套圈是轴承的主要承重和最容易失效的核心组件，其性能和精度对滚动轴承的服役寿命有着决定性影响。

冷轧是一项适用于轴承套圈成形的新工艺，由于其具有成形效率高、金属流线完整、组织致密等优点，在轴承套圈成形领域具有广阔的应用前景。然而，作为一种非均匀塑性变形工艺，冷轧成形过程会引起套圈局部应力集中，导致套圈在后续热处理过程中容易出现淬火变形及开裂等问题，从而降低了冷轧轴承套圈的成品率；另一方面，为了实现轴承套圈的成形，环形坯料通常要经历30％～50％的壁厚减薄率，在剧烈形变下，轴承套圈材料中硬质相碳化物与铁素体基体间会产生大量微裂纹和孔洞，这些微观缺陷会直接影响到轴承套圈的耐疲劳性能和服役寿命，从而严重限制了冷轧工艺在轴承领域的发展与应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于修复冷轧轴承套圈微观缺陷的脉冲电流处理方法，它通过采用合理的脉冲电流参数，利用电流的电子风效应，加速位错的运动和迁移，减少冷轧轴承套圈的局部应力集中；同时利用电流的局部焦耳热效应，使微裂纹或孔洞附近产生大幅度温升以及热压应力，促使微观缺陷愈合，从而有效地提升冷环轧轴承基体的强度和服役寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种用于修复冷轧轴承套圈微观缺陷的脉冲电流处理方法，所述轴承套圈采用冷轧工艺成形，该方法包括以下步骤：

S10、提供一能够产生脉冲电流的脉冲电流发生装置；

S20、设置脉冲峰值电流其中，R和r分别为轴承套圈的外径和内径，J为通过轴承套圈的脉冲电流密度，J的取值为1×10⁶A/m²～2×10⁶A/m²；

S30、将轴承套圈放置于脉冲电流发生装置中，使脉冲电流通过轴承套圈的方向平行于轴承套圈的轴向，启动脉冲电流发生装置，在常温下对轴承套圈施加60个及以上电脉冲作用，所述电脉冲作用的脉冲电流密度为1×10⁶A/m²～2×10⁶A/m²，单个电脉冲作用的时间为0.01～1s，每施加完一次电脉冲作用后间歇0.1s～1s；

S40、断开脉冲电流发生装置，待轴承套圈冷却至室温，取出轴承套圈即完成其内部微观缺陷的修复。

按上述技术方案，该方法还包括步骤S1：轴承套圈成形，先根据轴承套圈尺寸和壁厚减薄率设计套圈环坯尺寸，再采用热锻制坯工艺制备套圈环坯，最后采用冷环轧工艺实现套圈环坯的成形。

按上述技术方案，步骤S1中，轴承套圈的壁厚减薄率为30％～50％，冷环扎轧制比为1.2～1.5。

按上述技术方案，该方法还包括步骤S5：提供一打磨抛光装置，将冷轧制备的轴承套圈放置在打磨抛光装置中，启动打磨抛光装置对轴承套圈的上端面和下端面进行打磨抛光处理。

按上述技术方案，将轴承套圈上端面和下端面用金相砂纸打磨至1200钼，然后金相抛光至1～5μm。

本发明产生的有益效果是：本发明根据轴承套圈的尺寸参数设置合理的脉冲电流参数，利用脉冲电流的电效应和焦耳热效应，可以减少冷轧轴承套圈的局部应力集中，修复冷环轧变形所引入的微观缺陷，提升轴承套圈的强度和服役寿命。本发明易于实施，时间和能源消耗少，性能提升效果明显，具有显著的实际应用价值。

脉冲电流参数具体为设计脉冲电流密度、脉冲峰值电流、脉冲周期和脉冲次数，通过设置合理的脉冲峰值电流，可以保证通过轴承套圈的平均电流密度在一定范围内，从而使轴承套圈的整体温升在150℃以内，不会导致轴承套圈发生相变，且在该范围内的电流足以修复微观缺陷，消除应力集中现象；通过设置脉冲电流的脉冲周期，可以保证脉冲电流在通过微观缺陷时能够瞬时作用于基体材料，使缺陷周围材料迅速熔融进入缺陷区域，以达到缺陷修复的目的；通过设置电脉冲作用的间歇时间可以保证轴承套圈在间隙期间快速降温，避免引起轴承套圈累积温升过高，导致轴承套圈发生过烧或其他相变行为；通过设置电脉冲作用的次数下限可以保证尽可能的修复掉大部分冷轧轴承套圈的微观缺陷，从而达到整体改善冷轧轴承套圈性能的目的。

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是本发明实施例中脉冲电流发生装置的原理图。

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。

本发明提供一种用于修复冷轧轴承套圈微观缺陷的脉冲电流处理方法，该轴承套圈采用冷轧工艺成形，该方法包括以下步骤：

S10、如图1所示，提供一能够产生脉冲电流的脉冲电流发生装置，如图1所示，该装置的初级电源为工频电源(50HZ)，通过转换器控制初级回路中的脉冲周期和间歇时间，然后再利用主次感应线圈将高压电源变为低压电源，将轴承套圈装夹在两个铜电极的中间位置，即可开始进行脉冲电流处理；

S20、根据轴承套圈的尺寸参数和电流密度设置脉冲峰值电流其中，R和r分别为轴承套圈的外径和内径，J为通过轴承套圈的脉冲电流密度，J的取值为1×10⁶A/m²～2×10⁶A/m²；

本发明的具体工作原理是：一方面，脉冲电流通过电子通道时，会产生电子风加速位错的运动和迁移，从而减少冷轧轴承套圈的局部应力集中；另一方面，脉冲电流通过微裂纹或孔洞等区域时，焦耳热效应使缺陷局部迅速升温，导致微观缺陷周围的基体材料软化，同时高温的缺陷区与低温的非缺陷区之间形成温度梯度，使微观缺陷附近的材料产生巨大的热应力，在热应力的作用下，周围的软态金属被迫挤入微裂纹或孔洞区域，从而达到修复微观缺陷的效果。

在本发明的优选实施例中，该方法还包括步骤S1：轴承套圈成形，先根据轴承套圈尺寸和壁厚减薄率设计套圈环坯尺寸，再采用热锻制坯工艺制备套圈环坯，最后采用冷环轧工艺实现套圈环坯的成形，其中，轴承套圈的壁厚减薄率为30％～50％，冷环扎轧制比为1.2～1.5。

在本发明的优选实施例中，该方法还包括步骤S5：提供一打磨抛光装置，将冷轧制备的轴承套圈放置在打磨抛光装置中，启动打磨抛光装置对轴承套圈的上端面和下端面(与电极的接触面)进行打磨抛光处理，具体的，将轴承套圈上端面和下端面用金相砂纸打磨至1200钼，然后金相抛光至1～5μm。打磨抛光处理后再将轴承套圈装夹在脉冲电流发生装置的铜电极的中心位置。

以某型号M50轴承套圈为例，冷轧轴承套圈微观缺陷修复的脉冲电流处理方法按如下步骤实施：

S1、控制冷轧成形：先根据轴承套圈尺寸和壁厚减薄率设计环坯尺寸，轴承套圈的壁厚减薄率在35～45％，轧制比为1.4，再采用热锻制坯工艺制备环坯，最后采用冷环轧工艺实现环坯的成形；

S2、脉冲电流处理：

S201、将冷环轧成形的轴承套圈上、下端面(与电极的接触面)进行打磨抛光处理，将轴承套圈的上、下端面用金相砂纸打磨至1200钼，然后金相抛光至5μm；

S202、将抛光后的轴承套圈装夹在脉冲电流发生装置的铜电极的中心位置，并保证脉冲电流通过轴承套圈的方向平行于其轴向；

S203、根据轴承套圈的尺寸参数和电流密度设置脉冲峰值电流，脉冲峰值电流设置为10000A，通过轴承套圈的电流密度J为1.8×10⁶A/m²；

S204、在室温环境下，对轴承套圈进行脉冲电流处理，脉冲电流的脉冲周期为0.02s，每施加完一次电脉冲作用后间歇1s，脉冲电流的脉冲次数为480次；

S205、断开脉冲电源，待轴承套圈冷却至室温，取出轴承套圈，即完成处理过程。

将上述处理得到的轴承套圈与未处理前的轴承套圈进行比较，如表1所示，本发明能够显著降低冷环轧轴承套圈的孔隙率，从而证实了本发明对于冷轧轴承套圈微观缺陷的修复作用，同时，本发明还能够大幅降低表层残余应力，减少冷轧轴承套圈的应力集中。

表1冷环轧轴承套圈在脉冲电流处理前后的组织状态对比

	孔隙率(％)	表层残余应力(MPa)
			处理前	0.82	125
处理后	0.13	32

如表2所示，本发明使冷环轧轴承套圈的硬度和强度分别提升了6.8％和10.7％，延伸率提升至21％，而疲劳寿命则提升了1/3以上，说明本发明能够大幅提升冷环轧轴承套圈的综合性能。

表2冷环轧轴承套圈在脉冲电流处理前后的性能对比

	硬度(HV)	抗拉强度(MPa)	延伸率(％)	疲劳寿命(h)
					处理前	264.8	688.6	18％	368
处理后	282.8	762.5	21％	510

由此可见，采用本发明能够在短时间的脉冲电流处理下，有效消除冷环轧轴承套圈微观缺陷并改善其应力分布，从而提升冷轧轴承套圈的强度和疲劳寿命。

本发明所述的具体实施方法并不构成对本申请范围的限制，凡是在本发明构思的意图和原则之内，本领域的专业人员能够作出的任何修改，等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种冷轧轴承套圈微观缺陷修复的脉冲电流处理方法，所述轴承套圈采用冷轧工艺成形，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S10、提供一能够产生脉冲电流的脉冲电流发生装置；

S30、将轴承套圈放置于脉冲电流发生装置中，使脉冲电流通过轴承套圈的方向平行于轴承套圈的轴向，启动脉冲电流发生装置，在常温下对轴承套圈施加60个及以上电脉冲作用，所述电脉冲作用的脉冲电流密度为1×10⁶A/m²～2×10⁶A/m²，单个电脉冲作用的时间为0.01～1s，每施加完一次电脉冲作用后间歇0.1s～1s；S40、断开脉冲电流发生装置，待轴承套圈冷却至室温，取出轴承套圈即完成其内部微观缺陷的修复。

2.根据权利要求1所述的冷轧轴承套圈微观缺陷修复的脉冲电流处理方法，其特征在于，该方法还包括步骤S1：轴承套圈成形，先根据轴承套圈尺寸和壁厚减薄率设计套圈环坯尺寸，再采用热锻制坯工艺制备套圈环坯，最后采用冷环轧工艺实现套圈环坯的成形。

3.根据权利要求2所述的冷轧轴承套圈微观缺陷修复的脉冲电流处理方法，其特征在于，步骤S1中，轴承套圈的壁厚减薄率为30％～50％，冷环扎轧制比为1.2～1.5。

4.根据权利要求1所述的冷轧轴承套圈微观缺陷修复的脉冲电流处理方法，其特征在于，该方法还包括步骤S5：提供一打磨抛光装置，将冷轧制备的轴承套圈放置在打磨抛光装置中，启动打磨抛光装置对轴承套圈的上端面和下端面进行打磨抛光处理。

5.根据权利要求4所述的冷轧轴承套圈微观缺陷修复的脉冲电流处理方法，其特征在于，将轴承套圈上端面和下端面用金相砂纸打磨至1200钼，然后金相抛光至1～5μm。