CN109593949A - 一种高碳铬钢轴承套圈形变-相变协同球化方法 - Google Patents

一种高碳铬钢轴承套圈形变-相变协同球化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高碳铬钢轴承套圈形变‑相变协同球化方法，包括以下步骤：S1、先将轴承套圈毛坯加热至材料临界温度Ac1以上30～50℃，进行第一次保温，随后将轴承套圈毛坯随炉冷却至材料临界温度Ar1以下10～30℃，进行第二次保温；S2、将轴承套圈毛坯从加热炉快速转移至轧环机上进行温轧环变形，温轧环的变形量控制在40％以内，终轧温度控制在Ar1以下100℃以内；S3、将轴承套圈锻件放入加热炉中加热至材料Ac1以上30～50℃，保温一段时间后在炉内缓冷至Ar1以下100℃左右，空冷至室温。本发明通过变形与温度合理匹配，充分发挥形变与相变对组织球化的协同作用，从而消除不均匀形变对组织性能的不利影响。

Description

一种高碳铬钢轴承套圈形变-相变协同球化方法
技术领域
本发明涉及一种轴承制造技术，具体涉及一种高碳铬钢轴承套圈形变-相变协同球化方法。
背景技术
轴承是机械装备力能承载和运动传递的关键基础件，内、外套圈是轴承的基体零件，其制造成本和质量几乎决定着轴承成本、性能和寿命，轴承套圈制造是轴承制造的核心。以GCr15为代表的高碳铬轴承钢是轴承套圈制造的主要用材，由于其室温成形和加工性能较差，在轴承套圈制造过程中球化退火一直是必不可少的重要工序，通过球化退火处理，使材料片层珠光体组织球化转变为粒状珠光体组织，使材料塑性提高、强度和硬度下降，从而满足冷轧环成形和切削加工工艺需求，并且为最终热处理做组织准备。当前高碳铬轴承钢轴承套圈工业生产中普遍采用等温球化退火工艺，该工艺流程长，一般需要十余小时，不仅效率低、能耗高，而且球化组织粗大不均匀，遗传影响最终热处理组织质量尤其是碳化物尺寸、形态和分布，最终影响轴承套圈机械性能。
针对上述问题，本专利发明人研究团队提出了发明名称为“一种实现组织球化的高碳铬轴承钢温轧环成形方法”的中国发明专利申请(公开号为CN107138660A)，该方法将轴承套圈在略低于材料锻造温度下进行温轧环变形来使组织直接球化，实现成形-球化一体化，从而省去传统球化退火工序，可以显著提高效率和降低能耗。然而，由于轧环工艺具有表层变形程度大、心部变形程度小的不均匀变形特点，使得温轧环轴承套圈表层组织球化充分而心部组织球化不充分，心部片层组织偏多，不仅影响组织均匀性，而且导致硬度偏高，影响切削加工。因此，解决温轧环不均匀变形引起的组织不均匀和硬度偏高问题对于温轧环方法实际应用十分必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高碳铬钢轴承套圈形变-相变协同球化方法，它通过变形与温度合理匹配，充分发挥形变与相变对组织球化的协同作用，从而消除不均匀形变对组织性能的不利影响。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高碳铬钢轴承套圈形变-相变协同球化方法，包括以下步骤：
S1、原始组织控温调控：先将轴承套圈毛坯在加热炉中加热至材料临界温度Ac1以上30～50℃，然后进行第一次保温，随后将轴承套圈毛坯随炉冷却至材料临界温度Ar1以下10～30℃，再进行第二次保温；
S2、温轧环形变球化：将第二次保温后的轴承套圈毛坯从加热炉快速转移至轧环机上进行温轧环变形，温轧环的变形量控制在40％以内，终轧温度控制在Ar1以下100℃以内；
S3、形变球化组织控温调控：将温轧环变形后的轴承套圈锻件放入加热炉中加热至材料Ac1以上30～50℃，保温一段时间后在炉内缓冷至Ar1以下100℃左右，最后取出空冷至室温。
按上述技术方案，步骤S1中，第一次保温的时间t＝0.75H+4，t的单位为分钟，H为轴承套圈毛坯壁厚，其单位为毫米。
按上述技术方案，步骤S1中，轴承套圈毛坯的冷却速度为100℃/h～200℃/h。
按上述技术方案，步骤S1中，第二次保温的时间为10～20分钟。
按上述技术方案，步骤S3中，轴承套圈锻件的保温时间为5～10分钟。
按上述技术方案，步骤S3中，轴承套圈锻件的冷却速度为100℃/h～200℃/h。
本发明具有以下有益效果：本发明首先将轴承套圈毛坯在加热炉中进行控温，通过合适条件加热、保温、冷却和二次保温调控原始片层珠光体组织，为温轧环形变球化作组织准备，并在原始组织控温调控中通过二次保温促进材料过冷奥氏体中充分析出球状渗碳体，使温轧环开始时具有更好的预球化组织状态；其次，按最大变形量40％进行温轧环变形，减少变形不均匀程度；最后，将温轧环变形后的轴承套圈锻件再次回炉控温，通过合适条件的加热、保温和冷却对形变球化组织进行控温调控，促进小变形区域未球化组织充分球化，提高组织均匀性，进一步改善温轧环形变球化组织，降低硬度。本发明解决了温轧环不均匀变形造成的组织不均匀和硬度偏高问题，具有提高球化组织质量和车削加工性能的效果。
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是本发明实施例的工艺图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。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的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。
如图1所示，一种高碳铬钢轴承套圈形变-相变协同球化方法，包括以下步骤：
S1、原始组织控温调控：先将轴承套圈毛坯在加热炉中加热至材料临界温度Ac1以上30～50℃，然后进行第一次保温，随后将轴承套圈毛坯随炉冷却至材料临界温度Ar1以下10～30℃，再进行第二次保温；
S2、温轧环形变球化：将第二次保温后的轴承套圈毛坯从加热炉快速转移至轧环机上进行温轧环变形，温轧环的变形量控制在40％以内，终轧温度控制在Ar1以下100℃以内；
S3、形变球化组织控温调控：将温轧环变形后的轴承套圈锻件放入加热炉中加热至材料Ac1以上30～50℃，保温一段时间后在炉内缓冷至Ar1以下100℃左右，最后取出空冷至室温。
在本发明的优选实施例中，步骤S1中，第一次保温的时间可根据轴承套圈毛坯壁厚计算，具体的，第一次保温的时间t＝0.75H+4，t的单位为分钟，H为轴承套圈毛坯壁厚，其单位为毫米。
在本发明的优选实施例中，步骤S1中，轴承套圈毛坯以100℃/h～200℃/h的冷却速度随炉冷却至材料临界温度Ar1以下10～30℃。
在本发明的优选实施例中，步骤S1中，第二次保温的时间为10～20分钟。
在本发明的优选实施例中，步骤S3中，轴承套圈锻件的保温时间为5～10分钟。
在本发明的优选实施例中，步骤S3中，轴承套圈锻件的冷却速度为100℃/h～200℃/h。
实施例
以高碳铬钢轴承套圈为例，其材料为GCr15，轴承套圈锻件内径和外径分别为112mm和140mm，按温轧环变形量40％确定轴承套圈毛坯内径和外径分别为182mm和198mm，采用本发明对其进行形变-相变协同球化方法，如图1所示，包括以下步骤：
(1)原始组织控温调控：将轴承套圈毛坯在加热炉中加热至800℃，进行25min的第一次保温，随后以200℃/h冷速随炉冷却至700℃，然后进行20分钟的第二次保温；
(2)温轧环形变球化：将保温后的轴承套圈毛坯从加热炉快速转移至轧环机上进行温轧环变形，尺寸达到锻件尺寸时停止轧制；
(3)形变球化组织控温调控：将温轧环后的轴承套圈锻件再次回炉加热至800℃保温10min，然后以200℃/h冷速炉内缓冷至600℃左右，取出空冷至室温。
将上述工艺得到的锻件与采用温轧环方法得到的锻件进行组织对比，本发明得到的轴承套圈锻件心部组织球化效果得到改善，大颗粒和长条状碳化物比例减小，硬度降低至210HV以内，满足切削要求。
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)

1.一种高碳铬钢轴承套圈形变-相变协同球化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、原始组织控温调控：先将轴承套圈毛坯在加热炉中加热至材料临界温度Ac1以上30～50℃，然后进行第一次保温，随后将轴承套圈毛坯随炉冷却至材料临界温度Ar1以下10～30℃，再进行第二次保温；
S2、温轧环形变球化：将第二次保温后的轴承套圈毛坯从加热炉快速转移至轧环机上进行温轧环变形，温轧环的变形量控制在40％以内，终轧温度控制在Ar1以下100℃以内；
S3、形变球化组织控温调控：将温轧环变形后的轴承套圈锻件放入加热炉中加热至材料Ac1以上30～50℃，保温一段时间后在炉内缓冷至Ar1以下100℃左右，最后取出空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的高碳铬钢轴承套圈形变-相变协同球化方法，其特征在于，步骤S1中，第一次保温的时间t＝0.75H+4，t的单位为分钟，H为轴承套圈毛坯壁厚，其单位为毫米。
3.根据权利要求1所述的高碳铬钢轴承套圈形变-相变协同球化方法，其特征在于，步骤S1中，轴承套圈毛坯的冷却速度为100℃/h～200℃/h。
4.根据权利要求1所述的高碳铬钢轴承套圈形变-相变协同球化方法，其特征在于，步骤S1中，第二次保温的时间为10～20分钟。
5.根据权利要求1所述的高碳铬钢轴承套圈形变-相变协同球化方法，其特征在于，步骤S3中，轴承套圈锻件的保温时间为5～10分钟。
6.根据权利要求1所述的高碳铬钢轴承套圈形变-相变协同球化方法，其特征在于，步骤S3中，轴承套圈锻件的冷却速度为100℃/h～200℃/h。
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