CN111020464A - 一种薄壁轴承套圈真空渗碳方法 - Google Patents

一种薄壁轴承套圈真空渗碳方法 Download PDF

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Abstract

一种薄壁轴承套圈真空渗碳方法，它涉及一种真空渗碳方法。本发明是为了解决现有气氛渗碳预氧化处理效果难以控制，渗碳后表面存在大量氧化皮与硬度软化区，滚道表面硬度、表面碳浓度及渗层深度均达不到理想要求，产品质量不稳定，轴承表面耐磨性降低的问题。方法：一、真空渗碳；二、高温回火；三、淬火；四、一次冷处理；五、一次回火；六、二次冷处理；七、二次回火；八、三次回火。本发明用于薄壁轴承套圈真空渗碳。

Description

一种薄壁轴承套圈真空渗碳方法
技术领域
本发明涉及一种真空渗碳方法。
背景技术
轴承套圈壁厚较薄，约2.8mm，且全表面渗碳，但现有气氛渗碳预氧化处理效果难以控制，渗碳后表面存在大量氧化皮与硬度软化区，内部存在晶间腐蚀，易形成粗大碳化物及网状碳化物，热处理后滚道表面硬度(58～59HRC)、表面碳浓度(0.6～0.75％)及渗层深度(1.0～1.05mm)均达不到理想要求，产品质量不稳定，轴承表面耐磨性大大降低。
发明内容
本发明是为了解决现有气氛渗碳预氧化处理效果难以控制，渗碳后表面存在大量氧化皮与硬度软化区，滚道表面硬度、表面碳浓度及渗层深度均达不到理想要求，产品质量不稳定，轴承表面耐磨性降低的问题，提供了一种薄壁轴承套圈真空渗碳方法。
一种薄壁轴承套圈真空渗碳方法，它是按以下步骤进行的：
一、真空渗碳：
①、将薄壁轴承套圈随炉升温至950℃～980℃，并在温度为950℃～980℃的条件下，保温30min～60min；
所述的薄壁轴承套圈的材质为G13Cr4Mo4Ni4V；
②、在温度为950℃～980℃、C2H2气体流量为1000L/h～2000L/h及C2H2气体压力为5mbar～20mbar的条件下，强渗700s～900s；
③、在温度为950℃～980℃、氮气气体流量为1000L/h～2000L/h及氮气气体压力为5mbar～20mbar的条件下，扩散6000s～8000s；
④、按步骤一②及③重复8次～15次；
⑤、在氮气气体压力为2bar～5bar的条件下气冷至室温，得到真空渗碳后的薄壁轴承套圈；
二、高温回火：
将真空渗碳后的薄壁轴承套圈随炉升温至650℃～700℃，并在温度为650℃～700℃的条件下，保温360min～450min，然后在氮气压力为1.0bar～2.0bar的条件下气冷至室温，再随炉升温至650℃～700℃，并在温度为650℃～700℃的条件下，保温360min～450min，然后在氮气压力为1.0bar～2.0bar的条件下气冷至室温，得到高温回火后的薄壁轴承套圈；
三、淬火：
将高温回火后的薄壁轴承套圈随炉升温至840℃～860℃，并在温度为840℃～860℃的条件下，保温30min～40min，然后将温度由840℃～860℃升温至1070℃～1120℃，并在温度为1070℃～1120℃的条件下，保温30min～40min，最后通入氮气冷却至60℃以下，得到淬火后的薄壁轴承套圈；
四、一次冷处理：
将淬火后的薄壁轴承套圈在1.5h内进行一次冷处理，一次冷处理具体为将淬火后的薄壁轴承套圈随炉降温至-70℃～-80℃，并在温度为-70℃～-80℃的条件下，保温90min～150min，然后空气升温至室温，得到一次冷处理后的薄壁轴承套圈；
五、一次回火：
将一次冷处理后的薄壁轴承套圈在2h内进行一次回火，一次回火具体为将一次冷处理后的薄壁轴承套圈随炉升温至540℃～550℃，并在温度为540℃～550℃的条件下，保温120min～150min，然后通入氮气冷却至60℃以下，得到一次回火后的薄壁轴承套圈；
六、二次冷处理：
将一次回火后的薄壁轴承套圈随炉降温至-70℃～-80℃，并在温度为-70℃～-80℃的条件下，保温90min～150min，然后空气升温至室温，得到二次冷处理后的薄壁轴承套圈；
七、二次回火：
将二次冷处理后的薄壁轴承套圈随炉升温至540℃～550℃，并在温度为540℃～550℃的条件下，保温120min～150min，然后通入氮气冷却至60℃以下，得到二次回火后的薄壁轴承套圈；
八、三次回火：
将二次回火后的薄壁轴承套圈随炉升温至540℃～550℃，并在温度为540℃～550℃的条件下，保温120min～150min，然后通入氮气冷却至60℃以下，即完成薄壁轴承套圈真空渗碳方法。
本发明的有益效果是：
通过薄壁轴承套圈真空渗碳工艺改进，解决了气氛渗碳表面氧化与硬度软化区问题，在保证渗层深度(1.18mm)、心部硬度(46HRC)合格的前提下，套圈渗碳、热处理后滚道表面硬度由58HRC提高至60HRC以上，表面碳浓度由0.66％提高至0.80％以上，有效改善了薄壁套圈渗碳热处理后的表面硬度及碳浓度，且渗层无粗大及网状碳化物，大大提高了套圈表面耐磨性，产品质量更稳定。
附图说明
图1为实施例一步骤八得到的渗碳处理后的薄壁轴承套圈渗层组织放大500倍的照片；
图2为实施例一步骤八得到的渗碳处理后的薄壁轴承套圈心部组织放大500倍的照片。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式一到方式十之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种薄壁轴承套圈真空渗碳方法，它是按以下步骤进行的：
一、真空渗碳：
①、将薄壁轴承套圈随炉升温至950℃～980℃，并在温度为950℃～980℃的条件下，保温30min～60min；
所述的薄壁轴承套圈的材质为G13Cr4Mo4Ni4V；
②、在温度为950℃～980℃、C2H2气体流量为1000L/h～2000L/h及C2H2气体压力为5mbar～20mbar的条件下，强渗700s～900s；
③、在温度为950℃～980℃、氮气气体流量为1000L/h～2000L/h及氮气气体压力为5mbar～20mbar的条件下，扩散6000s～8000s；
④、按步骤一②及③重复8次～15次；
⑤、在氮气气体压力为2bar～5bar的条件下气冷至室温，得到真空渗碳后的薄壁轴承套圈；
二、高温回火：
将真空渗碳后的薄壁轴承套圈随炉升温至650℃～700℃，并在温度为650℃～700℃的条件下，保温360min～450min，然后在氮气压力为1.0bar～2.0bar的条件下气冷至室温，再随炉升温至650℃～700℃，并在温度为650℃～700℃的条件下，保温360min～450min，然后在氮气压力为1.0bar～2.0bar的条件下气冷至室温，得到高温回火后的薄壁轴承套圈；
三、淬火：
将高温回火后的薄壁轴承套圈随炉升温至840℃～860℃，并在温度为840℃～860℃的条件下，保温30min～40min，然后将温度由840℃～860℃升温至1070℃～1120℃，并在温度为1070℃～1120℃的条件下，保温30min～40min，最后通入氮气冷却至60℃以下，得到淬火后的薄壁轴承套圈；
四、一次冷处理：
将淬火后的薄壁轴承套圈在1.5h内进行一次冷处理，一次冷处理具体为将淬火后的薄壁轴承套圈随炉降温至-70℃～-80℃，并在温度为-70℃～-80℃的条件下，保温90min～150min，然后空气升温至室温，得到一次冷处理后的薄壁轴承套圈；
五、一次回火：
将一次冷处理后的薄壁轴承套圈在2h内进行一次回火，一次回火具体为将一次冷处理后的薄壁轴承套圈随炉升温至540℃～550℃，并在温度为540℃～550℃的条件下，保温120min～150min，然后通入氮气冷却至60℃以下，得到一次回火后的薄壁轴承套圈；
六、二次冷处理：
将一次回火后的薄壁轴承套圈随炉降温至-70℃～-80℃，并在温度为-70℃～-80℃的条件下，保温90min～150min，然后空气升温至室温，得到二次冷处理后的薄壁轴承套圈；
七、二次回火：
将二次冷处理后的薄壁轴承套圈随炉升温至540℃～550℃，并在温度为540℃～550℃的条件下，保温120min～150min，然后通入氮气冷却至60℃以下，得到二次回火后的薄壁轴承套圈；
八、三次回火：
将二次回火后的薄壁轴承套圈随炉升温至540℃～550℃，并在温度为540℃～550℃的条件下，保温120min～150min，然后通入氮气冷却至60℃以下，即完成薄壁轴承套圈真空渗碳方法。
本具体实施方式的有益效果是：通过薄壁轴承套圈真空渗碳工艺改进，解决了气氛渗碳表面氧化与硬度软化区问题，在保证渗层深度(1.18mm)、心部硬度(46HRC)合格的前提下，套圈渗碳、热处理后滚道表面硬度由58HRC提高至60HRC以上，表面碳浓度由0.66％提高至0.80％以上，有效改善了薄壁套圈渗碳热处理后的表面硬度及碳浓度，且渗层无粗大及网状碳化物，大大提高了套圈表面耐磨性，产品质量更稳定。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的薄壁轴承套圈壁厚为2.5mm～3.5mm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤一①中将薄壁轴承套圈随炉升温至960℃～980℃，并在温度为960℃～980℃的条件下，保温50min～60min。其它与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一②中在温度为960℃～980℃、C2H2气体流量为1500L/h～2000L/h及C2H2气体压力为8mbar～20mbar的条件下，强渗800s～900s。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一③中在温度为960℃～980℃、氮气气体流量为1500L/h～2000L/h及氮气气体压力为8mbar～20mbar的条件下，扩散7000s～8000s。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中将真空渗碳后的薄壁轴承套圈随炉升温至680℃～700℃，并在温度为680℃～700℃的条件下，保温390min～450min，然后在氮气压力为1.5bar～2.0bar的条件下气冷至室温，再随炉升温至680℃～700℃，并在温度为680℃～700℃的条件下，保温390min～450min，然后在氮气压力为1.5bar～2.0bar的条件下气冷至室温，得到高温回火后的薄壁轴承套圈。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三中将高温回火后的薄壁轴承套圈随炉升温至850℃～860℃，并在温度为850℃～860℃的条件下，保温33min～40min，然后将温度由850℃～860℃升温至1100℃～1120℃，并在温度为1100℃～1120℃的条件下，保温32min～40min，最后通入氮气冷却至60℃以下，得到淬火后的薄壁轴承套圈。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤五中将一次冷处理后的薄壁轴承套圈在2h内进行一次回火，一次回火具体为将一次冷处理后的薄壁轴承套圈随炉升温至545℃～550℃，并在温度为545℃～550℃的条件下，保温130min～150min，然后通入氮气冷却至60℃以下，得到一次回火后的薄壁轴承套圈。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤七中将二次冷处理后的薄壁轴承套圈随炉升温至545℃～550℃，并在温度为545℃～550℃的条件下，保温130min～150min，然后通入氮气冷却至60℃以下，得到二次回火后的薄壁轴承套圈。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤八中将二次回火后的薄壁轴承套圈随炉升温至545℃～550℃，并在温度为545℃～550℃的条件下，保温130min～150min，然后通入氮气冷却至60℃以下，即完成薄壁轴承套圈真空渗碳方法。其它与具体实施方式一至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
一种薄壁轴承套圈真空渗碳方法，它是按以下步骤进行的：
一、真空渗碳：
①、将薄壁轴承套圈随炉升温至960℃，并在温度为960℃的条件下，保温60min；
所述的薄壁轴承套圈的材质为G13Cr4Mo4Ni4V；
②、在温度为960℃、C2H2气体流量为1500L/h及C2H2气体压力为8mbar的条件下，强渗800s；
③、在温度为960℃、氮气气体流量为1500L/h及氮气气体压力为8mbar的条件下，扩散7000s；
④、按步骤一②及③重复11次；
⑤、在氮气气体压力为2bar的条件下气冷至室温，得到真空渗碳后的薄壁轴承套圈；
二、高温回火：
将真空渗碳后的薄壁轴承套圈随炉升温至680℃，并在温度为680℃的条件下，保温390min，然后在氮气压力为1.5bar的条件下气冷至室温，再随炉升温至680℃，并在温度为680℃的条件下，保温390min，然后在氮气压力为1.5bar的条件下气冷至室温，得到高温回火后的薄壁轴承套圈；
三、淬火：
将高温回火后的薄壁轴承套圈随炉升温至850℃，并在温度为850℃的条件下，保温33min，然后将温度由850℃升温至1100℃，并在温度为1100℃的条件下，保温32min，最后通入氮气冷却至60℃以下，得到淬火后的薄壁轴承套圈；
四、一次冷处理：
将淬火后的薄壁轴承套圈在1.5h内进行一次冷处理，一次冷处理具体为将淬火后的薄壁轴承套圈随炉降温至-73℃，并在温度为-73℃的条件下，保温120min，然后空气升温至室温，得到一次冷处理后的薄壁轴承套圈；
五、一次回火：
将一次冷处理后的薄壁轴承套圈在2h内进行一次回火，一次回火具体为将一次冷处理后的薄壁轴承套圈随炉升温至545℃，并在温度为545℃的条件下，保温130min，然后通入氮气冷却至60℃以下，得到一次回火后的薄壁轴承套圈；
六、二次冷处理：
将一次回火后的薄壁轴承套圈随炉降温至-73℃，并在温度为-73℃的条件下，保温120min，然后空气升温至室温，得到二次冷处理后的薄壁轴承套圈；
七、二次回火：
将二次冷处理后的薄壁轴承套圈随炉升温至545℃，并在温度为545℃的条件下，保温130min，然后通入氮气冷却至60℃以下，得到二次回火后的薄壁轴承套圈；
八、三次回火：
将二次回火后的薄壁轴承套圈随炉升温至545℃，并在温度为545℃的条件下，保温130min，然后通入氮气冷却至60℃以下，得到渗碳处理后的薄壁轴承套圈，即完成薄壁轴承套圈真空渗碳方法。
步骤一①中所述的薄壁轴承套圈壁厚约为2.8mm。
对实施例一步骤八得到的渗碳处理后的薄壁轴承套圈进行检测硬度、碳浓度、渗层深度等指标，本实施例真空渗碳后的薄壁轴承套圈的表面硬度为60HRC，心部硬度为46HRC，渗层深度为1.18mm，表面碳浓度为0.82％。
图1为实施例一步骤八得到的渗碳处理后的薄壁轴承套圈渗层组织放大500倍的照片；图2为实施例一步骤八得到的渗碳处理后的薄壁轴承套圈心部组织放大500倍的照片；由图可知，真空渗碳后，渗层碳化物细小均匀，无粗大及网状碳化物，心部组织为板条马氏体，心部晶粒度5级。

Claims (10)

1.一种薄壁轴承套圈真空渗碳方法，其特征在于它是按以下步骤进行的：
一、真空渗碳：
①、将薄壁轴承套圈随炉升温至950℃～980℃，并在温度为950℃～980℃的条件下，保温30min～60min；
所述的薄壁轴承套圈的材质为G13Cr4Mo4Ni4V；
②、在温度为950℃～980℃、C2H2气体流量为1000L/h～2000L/h及C2H2气体压力为5mbar～20mbar的条件下，强渗700s～900s；
③、在温度为950℃～980℃、氮气气体流量为1000L/h～2000L/h及氮气气体压力为5mbar～20mbar的条件下，扩散6000s～8000s；
④、按步骤一②及③重复8次～15次；
⑤、在氮气气体压力为2bar～5bar的条件下气冷至室温，得到真空渗碳后的薄壁轴承套圈；
二、高温回火：
将真空渗碳后的薄壁轴承套圈随炉升温至650℃～700℃，并在温度为650℃～700℃的条件下，保温360min～450min，然后在氮气压力为1.0bar～2.0bar的条件下气冷至室温，再随炉升温至650℃～700℃，并在温度为650℃～700℃的条件下，保温360min～450min，然后在氮气压力为1.0bar～2.0bar的条件下气冷至室温，得到高温回火后的薄壁轴承套圈；
三、淬火：
将高温回火后的薄壁轴承套圈随炉升温至840℃～860℃，并在温度为840℃～860℃的条件下，保温30min～40min，然后将温度由840℃～860℃升温至1070℃～1120℃，并在温度为1070℃～1120℃的条件下，保温30min～40min，最后通入氮气冷却至60℃以下，得到淬火后的薄壁轴承套圈；
四、一次冷处理：
将淬火后的薄壁轴承套圈在1.5h内进行一次冷处理，一次冷处理具体为将淬火后的薄壁轴承套圈随炉降温至-70℃～-80℃，并在温度为-70℃～-80℃的条件下，保温90min～150min，然后空气升温至室温，得到一次冷处理后的薄壁轴承套圈；
五、一次回火：
将一次冷处理后的薄壁轴承套圈在2h内进行一次回火，一次回火具体为将一次冷处理后的薄壁轴承套圈随炉升温至540℃～550℃，并在温度为540℃～550℃的条件下，保温120min～150min，然后通入氮气冷却至60℃以下，得到一次回火后的薄壁轴承套圈；
六、二次冷处理：
将一次回火后的薄壁轴承套圈随炉降温至-70℃～-80℃，并在温度为-70℃～-80℃的条件下，保温90min～150min，然后空气升温至室温，得到二次冷处理后的薄壁轴承套圈；
七、二次回火：
将二次冷处理后的薄壁轴承套圈随炉升温至540℃～550℃，并在温度为540℃～550℃的条件下，保温120min～150min，然后通入氮气冷却至60℃以下，得到二次回火后的薄壁轴承套圈；
八、三次回火：
将二次回火后的薄壁轴承套圈随炉升温至540℃～550℃，并在温度为540℃～550℃的条件下，保温120min～150min，然后通入氮气冷却至60℃以下，即完成薄壁轴承套圈真空渗碳方法。
2.根据权利要求1所述的一种薄壁轴承套圈真空渗碳方法，其特征在于步骤一①中所述的薄壁轴承套圈壁厚为2.5mm～3.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种薄壁轴承套圈真空渗碳方法，其特征在于步骤一①中将薄壁轴承套圈随炉升温至960℃～980℃，并在温度为960℃～980℃的条件下，保温50min～60min。
4.根据权利要求1所述的一种薄壁轴承套圈真空渗碳方法，其特征在于步骤一②中在温度为960℃～980℃、C2H2气体流量为1500L/h～2000L/h及C2H2气体压力为8mbar～20mbar的条件下，强渗800s～900s。
5.根据权利要求1所述的一种薄壁轴承套圈真空渗碳方法，其特征在于步骤一③中在温度为960℃～980℃、氮气气体流量为1500L/h～2000L/h及氮气气体压力为8mbar～20mbar的条件下，扩散7000s～8000s。
6.根据权利要求1所述的一种薄壁轴承套圈真空渗碳方法，其特征在于步骤二中将真空渗碳后的薄壁轴承套圈随炉升温至680℃～700℃，并在温度为680℃～700℃的条件下，保温390min～450min，然后在氮气压力为1.5bar～2.0bar的条件下气冷至室温，再随炉升温至680℃～700℃，并在温度为680℃～700℃的条件下，保温390min～450min，然后在氮气压力为1.5bar～2.0bar的条件下气冷至室温，得到高温回火后的薄壁轴承套圈。
7.根据权利要求1所述的一种薄壁轴承套圈真空渗碳方法，其特征在于步骤三中将高温回火后的薄壁轴承套圈随炉升温至850℃～860℃，并在温度为850℃～860℃的条件下，保温33min～40min，然后将温度由850℃～860℃升温至1100℃～1120℃，并在温度为1100℃～1120℃的条件下，保温32min～40min，最后通入氮气冷却至60℃以下，得到淬火后的薄壁轴承套圈。
8.根据权利要求1所述的一种薄壁轴承套圈真空渗碳方法，其特征在于步骤五中将一次冷处理后的薄壁轴承套圈在2h内进行一次回火，一次回火具体为将一次冷处理后的薄壁轴承套圈随炉升温至545℃～550℃，并在温度为545℃～550℃的条件下，保温130min～150min，然后通入氮气冷却至60℃以下，得到一次回火后的薄壁轴承套圈。
9.根据权利要求1所述的一种薄壁轴承套圈真空渗碳方法，其特征在于步骤七中将二次冷处理后的薄壁轴承套圈随炉升温至545℃～550℃，并在温度为545℃～550℃的条件下，保温130min～150min，然后通入氮气冷却至60℃以下，得到二次回火后的薄壁轴承套圈。
10.根据权利要求1所述的一种薄壁轴承套圈真空渗碳方法，其特征在于步骤八中将二次回火后的薄壁轴承套圈随炉升温至545℃～550℃，并在温度为545℃～550℃的条件下，保温130min～150min，然后通入氮气冷却至60℃以下，即完成薄壁轴承套圈真空渗碳方法。
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