CN110863141A

CN110863141A - 一种高耐磨性渗碳轴承钢合金化及热处理方法

Info

Publication number: CN110863141A
Application number: CN201911156078.1A
Authority: CN
Inventors: 路晓辉; 华林; 钱东升; 曾宋文; 王丰
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2020-03-06

Abstract

本发明公开了一种高耐磨性渗碳轴承钢合金化及热处理方法，包括以下步骤：S1、渗碳轴承钢合金化：选择含Fe、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V的合金或原材料进行冶炼，获得含合金碳化物的渗碳轴承钢；S2、热处理：对含合金碳化物的渗碳轴承钢先进行渗碳淬火，再在加热温度为500~550℃、保温时间为3h~4h的条件下进行高温回火，然后在加热温度为800~820℃、保温时间为30min～60min、60～70℃油冷条件下进行二次淬火，最后在加热温度为190~210℃、保温时间为4h~5h的条件下进行低温回火。本发明通过在渗碳轴承钢的基础上添加合金元素，并对其热处理工艺进行优化，达到提高材料耐磨性的作用。

Description

一种高耐磨性渗碳轴承钢合金化及热处理方法

技术领域

本发明属于轴承制造技术领域，具体涉及一种高耐磨性渗碳轴承钢合金化及热处理方法。

背景技术

轴承是机械装备承载负荷和传递运动的核心部件，其精度和性能直接影响主机的运转精度和工作寿命。为了满足轴承在重载、冲击等环境下服役，一些重载轴承如铁路货车轴承、轧机轴承等，通常采用渗碳轴承钢（例如G20CrNi2Mo）制作，其通过渗碳热处理后可以获得表层高强高硬、心部高韧的性能特征。

然而，随着铁路、轧机装备速度提升，轴承工作转速提高，对轴承材料的耐磨性要求越来越高，常规的渗碳钢热处理后组织性能难以保障表面耐磨性，导致轴承磨损失效现象增加，影响轴承服役和装备运行。

因此，研发具有高耐磨性的渗碳轴承钢及其热处理方法，使其可以在保障强韧性的同时提高耐磨性，对于解决高速重载轴承服役和制造问题十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高耐磨性渗碳轴承钢合金化及热处理方法，它通过在现有渗碳轴承钢的基础上添加合金元素，并对其热处理工艺进行优化，达到提高材料耐磨性的作用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高耐磨性渗碳轴承钢合金化及热处理方法，包括以下步骤：

S1、渗碳轴承钢合金化：选择含Fe、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V的合金或原材料进行冶炼，获得含合金碳化物的渗碳轴承钢，各组分的质量百分比如下：C：0.17～0.25%，Si：0.15～0.4%，Mn：0.4～0.7%，Cr：0.35～0.65%，Ni: 1.6～2.0%，Mo：0.2～0.3%，V：0.3～0.5%，余量为Fe；

S2、热处理：对步骤S1中含合金碳化物的渗碳轴承钢先进行渗碳淬火，再在加热温度为500~550℃、保温时间为3h~4h的条件下进行高温回火，然后在加热温度为800~820℃、保温时间为30min～60min、60～70℃油冷条件下进行二次淬火，最后在加热温度为190~210℃、保温时间为4h~5h的条件下进行低温回火。

本发明产生的有益效果是：本发明通过在现有G20CrNi2Mo渗碳轴承钢成分基础上增加合金元素V含量，通过高温回火，结合二次淬火、低温回火，并设置合理的加热温度和时间，利用V元素的强碳化物形成能力，利用其回火过程形成合金碳化物，获得大量细小均匀、弥散分布的合金碳化物，提高耐磨性，同时利用V、Mo元素细化晶粒和提高淬透性作用，保障材料强度和韧性。本发明通过现有渗碳轴承钢合金元素添加和热处理工艺协同优化，利用合金碳化物析出/弥散强化作用，能够提高渗碳轴承钢热处理耐磨性并保持其韧性，改善其服役性能，具有效果好、经济、易操作实施等综合优点。

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。

本发明实施例提供一种高耐磨性渗碳轴承钢合金化及热处理方法，包括以下步骤：

S1、渗碳轴承钢合金化：选择含Fe、C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V的合金或原材料进行冶炼，获得含合金碳化物的渗碳轴承钢，各组分的质量百分比如下：C：0.17～0.25%（可为0.17%、0.18%、…、0.25%），Si：0.15～0.4%（可为0.15%、0.16%、…、0.4%），Mn：0.4～0.7%（可为0.4%、0.41%、…、0.7%），Cr：0.35～0.65%（可为0.35%、0.36%、…、0.65%），Ni: 1.6～2.0%（可为1.6%、1.7%、…、2.0%），Mo：0.2～0.3%（可为0.2%、0.21%、…、0.3%），V：0.3～0.5%（可为0.3%、0.31%、…、0.5%），余量为Fe；

S2、热处理：对步骤S1中含合金碳化物的渗碳轴承钢先按常规工艺进行渗碳淬火，再在加热温度为500~550℃（可为500℃、501℃、…、550℃）、保温时间为3h~4h（可为3h、3.1h、…、4h）的条件下进行高温回火，然后在加热温度为800~820℃（可为800℃、801℃、…、820℃）、保温时间为30min～60min（可为30min、31min、…、60min）、60～70℃（可为60℃、61℃、…、70℃）油冷条件下进行二次淬火，最后在加热温度为190~210℃（可为190℃、191℃、…、210℃）、保温时间为4h~5h（可为4h、4.1h、…、5h）的条件下进行低温回火。

本发明基于材料耐磨性与碳化物的密切关联性，利用合金元素的碳化物形成作用，在G20CrNi2Mo渗碳轴承钢成分中添加V、Mo元素，通过形成合金碳化物提高耐磨性；再基于V、Mo元素对Fe-C合金热处理相变的影响，匹配调整热处理工艺方法和工艺窗口，控制合金碳化物数量、形态和分布，通过析出/弥散强化效应进一步提高耐磨性。

以下列举本发明的具体应用实施例以对本发明进行进一步说明。

本发明具体应用时，渗碳轴承钢合金化后的组分及质量百分比为：C：0.17~0.25%、Si：0.302%、Mn：0.63%、Cr：0.55%、Ni: 1.8%、Mo：0.23%、V：0.38%，余量为Fe。

热处理工艺步骤为渗碳淬火-高温回火-二次淬火-低温回火：首先将合金化渗碳钢以常规渗碳工艺完成渗碳淬火，然后加热至530℃保温2h进行高温回火；随后在保护气氛下加热至810℃保温60min后在65℃淬火油中冷却10分钟进行淬火；最后加热至200℃保温4h进行低温回火。

上述实施例所获得轴承钢材料与传统G20CrNi2Mo 热处理材料进行表面耐磨性和心部冲击韧性对比，在相同的材料摩擦磨损和冲击功测试条件下，本发明获得的材料表面磨损量为0.007g、心部冲击韧性为80J，而传统G20CrNi2Mo材料表面磨损量为0.003g，心部冲击韧性为78J。可见，本发明能够有效提高材料表面耐磨性并保障心部其韧性。

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

1.一种高耐磨性渗碳轴承钢合金化及热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S2、热处理：对步骤S1中含合金碳化物的渗碳轴承钢先进行渗碳淬火，再在加热温度为500～550℃、保温时间为3h～4h的条件下进行高温回火，然后在加热温度为800～820℃、保温时间为30min～60min、60～70℃油冷条件下进行二次淬火，最后在加热温度为190～210℃、保温时间为4h～5h的条件下进行低温回火。

2.根据权利要求1所述的高耐磨性渗碳轴承钢合金化及热处理方法，其特征在于，步骤S1中，所述含合金碳化物的渗碳轴承钢中各组分的质量百分比如下：C：0.17～0.25%、Si：0.302%、Mn：0.63%、Cr：0.55%、Ni: 1.8%、Mo：0.23%、V：0.38%，余量为Fe。