CN111041405B - 一种大型背衬轴承套圈深层渗碳方法 - Google Patents

一种大型背衬轴承套圈深层渗碳方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种大型背衬轴承套圈深层渗碳方法，属于轴承加工领域。本发明通过车工、分段升温预处理、第一次整体渗碳和磨工工艺的有机配合达到同一套圈轴承不同部位的不同渗碳指标要求，满足大型背衬轴承外圈渗碳层深度8.1～9.2，外径表面硬度为HRC58～61，心部硬度为HRC32～48，成品外圈外径渗碳层深度≥6mm(单边)HRC57点位以上，外圈外表面淬硬层深度≥5.5mm半径方向，硬度落差≤HRC2硬度和深层渗碳要求，能减少不合品、返修品的产生，最大限度降低成本，满足大型背衬轴承硬度和碳层指标的要求。

Description

一种大型背衬轴承套圈深层渗碳方法
技术领域
本发明涉及轴承加工技术领域，尤其涉及一种大型背衬轴承套圈深层渗碳方法。
背景技术
轴承是现代机械工业中应用最广泛，要求最严格的配套件之一，是现代冶金、矿山机械不可缺少的基础零配件，需要有良好的耐磨性和冲击韧性等，相当多品种型号滚动轴承采用渗碳工艺，轴承材料经渗碳工艺及淬火处理后，能够得到较高的表面硬度和耐磨性，心部仍然保持较高的冲击韧性以承受较大的冲击负荷。采用渗碳工艺处理的轴承大量适用于承受较大的冲击负荷和工作尺寸较大的矿山冶金轴承中。目前轴承套圈渗碳是按图纸，用户标准要求，依据轴承的材料、有效厚度进行工艺设计和渗碳热处理。常规情况下，同炉产品的渗碳层深度，表面碳浓度、硬度等基本一致。中小型背衬轴承外圈渗碳层深度3.4～4.6，外径表面硬度为HRC59～62，心部硬度为HRC30～45，而大型背衬轴承渗碳有特殊要求：大型背衬轴承外圈渗碳层深度8.1～9.2，外径表面硬度为HRC58～61，心部硬度为HRC32～48，其加工工艺存在很大困难，质量问题很多。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大型背衬轴承套圈深层渗碳方法。本发明提供的渗碳方法能够达到同一套圈轴承不同部位的不同渗碳指标要求，保证渗碳指标的问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种大型背衬轴承套圈深层渗碳方法，包括以下步骤：
在大型背衬轴承套圈的外圈外径上预留车工留量；
依次进行分段升温预处理和第一次整体渗碳；所述分段升温预处理为在750℃保温1h后升温至850℃，然后在850℃保温1h后升温至945℃，所述第一次整体渗碳的渗碳温度为945℃；淬火温度为870℃，渗前均温时间为180分钟，淬火前均温时间为20分钟，表面碳浓度为1.0％，参考碳浓度为0.60％，最高碳势为1.18％，最高表面碳浓度为1.13％，总渗碳层深为9.0mm，降温速度为40℃/h，渗速修正系数为1.000，扩散提前系数为4.100；
外圈二次淬火后车掉多余的渗碳层并磨到成品尺寸；
在大型背衬轴承套圈的内圈外径上预留车工留量；
进行第二次整体渗碳；
内圈二次淬火后确定所需硬度对应的渗层深度，然后车掉多余的渗碳层并磨到成品尺寸。
优选地，当所述大型背衬轴承套圈的材质为G20Cr2Ni4、有效厚度为100～110mm时，所述第一次整体渗碳的时间为380～400h。
优选地，当所述大型背衬轴承套圈的材质为TIMKEN3311、有效厚度为100～110mm时，所述第一次整体渗碳的时间为440～460h。
优选地，所述外圈外径上预留车工留量的参数包括：外径留量2.4mm，公差0～0.20mm；滚道留量1.8mm，公差0～-0.20mm；端面留量2.0mm，公差0～0.20mm。
优选地，所述外圈二次淬火为在840℃保温88分钟。
优选地，所述内圈二次淬火为在830℃保温30分钟。
优选地，所述外圈二次淬火后还包括对外圈二次淬火后的随炉高回样进行剥层分析碳浓度，所述随炉高回样的表层至1mm处，碳浓度为0.95～1.05％，表层1～2mm处，碳浓度为0.90～1.0％，表层2～3mm处，碳浓度为0.80～0.90％。
优选地，所述第一次整体渗碳的过程中还包括渗碳具体定碳及取样步骤。
优选地，所述渗碳具体定碳在第一次整体渗碳开始30h时进行。
优选地，所述分段升温预处理前还包括渗碳装炉套圈步骤，所述渗碳装炉套圈时装盘底层垫垫块，两大型背衬轴承之间垫垫片，保证沿圆周交错两圈以上，且垫平摞稳，以防倾斜出现压痕垫伤。
本发明提供了一种大型背衬轴承套圈深层渗碳方法，包括以下步骤：在大型背衬轴承套圈的外圈外径上预留车工留量；依次进行分段升温预处理和第一次整体渗碳；所述分段升温预处理为在750℃保温1h后升温至850℃，然后在850℃保温1h后升温至945℃，所述第一次整体渗碳的渗碳温度为945℃；淬火温度为870℃，渗前均温时间为180分钟，淬火前均温时间为20分钟，表面碳浓度为1.0％，参考碳浓度为0.60％，最高碳势为1.18％，最高表面碳浓度为1.13％，总渗碳层深为9.0mm，降温速度为40℃/h，渗速修正系数为1.000，扩散提前系数为4.100；外圈二次淬火后车掉多余的渗碳层并磨到成品尺寸；在大型背衬轴承套圈的内圈外径上预留车工留量；进行第二次整体渗碳；内圈二次淬火后确定所需硬度对应的渗层深度，然后车掉多余的渗碳层并磨到成品尺寸。
本发明通过车工、分段升温预处理、第一次整体渗碳和磨工工艺的有机配合达到同一套圈轴承不同部位的不同渗碳指标要求，满足大型背衬轴承外圈渗碳层深度8.1～9.2，外径表面硬度为HRC58～61，心部硬度为HRC32～48，成品外圈外径渗碳层深度≥6mm(单边)HRC57点位以上，外圈外表面淬硬层深度≥5.5mm半径方向，硬度落差≤HRC2硬度和深层渗碳要求，能减少不合品、返修品的产生，最大限度降低成本，满足大型背衬轴承硬度和碳层指标的要求。
具体实施方式
本发明提供了一种大型背衬轴承套圈深层渗碳方法，包括以下步骤：
在大型背衬轴承套圈的外圈外径上预留车工留量；
依次进行分段升温预处理和第一次整体渗碳；所述分段升温预处理为在750℃保温1h后升温至850℃，然后在850℃保温1h后升温至945℃，所述第一次整体渗碳的渗碳温度为945℃；淬火温度为870℃，渗前均温时间为180分钟，淬火前均温时间为20分钟，表面碳浓度为1.0％，参考碳浓度为0.60％，最高碳势为1.18％，最高表面碳浓度为1.13％，总渗碳层深为9.0mm，降温速度为40℃/h，渗速修正系数为1.000，扩散提前系数为4.100；
外圈二次淬火后车掉多余的渗碳层并磨到成品尺寸；
在大型背衬轴承套圈的内圈外径上预留车工留量；
进行第二次整体渗碳；
内圈二次淬火后确定所需硬度对应的渗层深度，然后车掉多余的渗碳层并磨到成品尺寸。
本发明在大型背衬轴承套圈的外圈外径上预留车工留量。在本发明中，所述外圈外径上预留车工留量的参数优选包括：外径留量2.4mm，公差0～0.20mm；滚道留量1.8mm，公差0～-0.20mm；端面留量2.0mm，公差0～0.20mm。
本发明依次进行分段升温预处理和第一次整体渗碳；所述分段升温预处理为在750℃保温1h后升温至850℃，然后在850℃保温1h后升温至945℃，所述第一次整体渗碳的渗碳温度为945℃；淬火温度为870℃，渗前均温时间为180分钟，淬火前均温时间为20分钟，表面碳浓度为1.0％，参考碳浓度为0.60％，最高碳势为1.18％，最高表面碳浓度为1.13％，总渗碳层深为9.0mm，降温速度为40℃/h，渗速修正系数为1.000，扩散提前系数为4.100。在本发明的具体实施例中，所述第一次整体渗碳的各参数优选由计算机程序控制。
在本发明中，所述分段升温预处的过程中的升温速率均优选为50℃/h，所述分段升温预处优选由电脑程序下温控仪控制。
在本发明中，所述分段升温预处理前优选还包括渗碳装炉套圈步骤，所述渗碳装炉套圈时装盘底层垫垫块，两大型背衬轴承之间垫垫片，保证沿圆周交错两圈以上，且垫平摞稳，以防倾斜出现压痕垫伤。
在本发明中，当所述大型背衬轴承套圈优选材质为G20Cr2Ni4、有效厚度为100～110mm时，所述第一次整体渗碳的时间优选为380～400h。
在本发明中，当所述大型背衬轴承套圈优选材质为TIMKEN3311、有效厚度为100～110mm时，所述第一次整体渗碳的时间优选为440～460h。
在本发明中，所述第一次整体渗碳的过程中优选还包括渗碳具体定碳及取样步骤。在本发明中，所述渗碳具体定碳优选在第一次整体渗碳开始30h时进行。在本发明中，所述渗碳具体定碳的作用是随机掌握炉内渗碳气氛是否达到工艺要求。
在本发明中，所述取样优选为①、220小时左右取第一过程样；②、260小时左右取第二过程样；③、290小时左右取第三过程样；④、310小时左右取第四过程样；⑤、350小时左右取第五过程样；⑥、380小时左右取第六过程样；⑦、420小时左右取第七过程样；⑧、450小时左右取第八过程样。
第一次整体渗碳完成后，本发明优选还包括渗碳层硬度组织测试，根据客户实际要求，检测渗碳层硬度组织，若渗碳层硬度组织达不到客户需求，应进行扩散或补渗处理。在本发明的具体实施例中，所述渗碳层硬度组织的测试标准优选为：过程深HRC59≥9.0mm，随炉高回样深层HRC58≥8.8～9.1mm同时随炉试样检测表面至58HRC的距离应占总的实际淬硬层深度的40％以上。
本发明外圈二次淬火后车掉多余的渗碳层并磨到成品尺寸。在本发明中，所述外圈二次淬火优选为在840℃保温88分钟。在本发明中，所述外圈二次淬火后的硬度优选为HRC59～62，组织优选符合JB/T8881-2011第五级别图规定的1～3级显微组织。
在本发明中，所述外圈二次淬火后优选还包括对外圈二次淬火后的随炉高回样进行剥层分析碳浓度，所述随炉高回样的表层至1mm处，碳浓度为优选0.95～1.05％，表层1～2mm处，碳浓度优选为0.90～1.0％，表层2～3mm处，碳浓度优选为0.80～0.90％。
本发明在大型背衬轴承套圈的内圈外径上预留车工留量。
在本发明中，所述内圈外径上预留车工留量优选按照各公司的企业标准正常留量。
本发明进行第二次整体渗碳。本发明对所述第二次整体渗碳的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的渗碳方式即可，具体的如按JB/T8881-2011标准进行正常渗碳。
本发明内圈二次淬火后确定所需硬度对应的渗层深度，然后车掉多余的渗碳层并磨到成品尺寸。
在本发明中，所述内圈二次淬火优选为在830℃保温30分钟。
在本发明中，不同硬度与渗层深度的关系优选为：HRC58点距表面6.7mm；HRC57点距表面7.6mm；HRC52.5点距表面10.5mm；距表面1.3mm处达到HRC59以上，成品表面HRC59～61渗碳后有效淬硬层HRC57≥6mm。
为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的大型背衬轴承套圈深层渗碳方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
1、车工留量，外圈预留渗碳车工留量；
首炉渗碳件按车工留量，车工外径留量2.4mm，公差0～0.20mm；滚道留量1.8mm，公差0～-0.20mm；端面留量2.0mm，公差0～0.20mm
2、具体热处理和渗碳工艺方案:
⑴、渗碳装炉套圈，装盘底层尽量多垫垫块，两产品之间应多垫片，保证沿圆周交错两圈以上，应垫平摞稳，以防倾斜出现压痕垫伤。
⑵、渗碳工艺主要参数如下：
①、进行分段升温处理；
750℃保温一小时，然后升温至850℃，保温一小时，然后再升温至945℃，进入第一整体渗碳；
②、渗碳时间；
材质G20Cr2Ni4，有效厚度S＝100～110mm，渗碳时间：380h。
材质TIMKEN3311，有效厚度S＝100～110mm，渗碳时间440h。
③、渗碳温度为945℃；淬火温度为870℃，渗前均温时间为180分钟，淬火前均温时间为20分钟，表面碳浓度为1.0％，参考碳浓度为0.60％，最高碳势为1.18％，最高表面碳浓度为1.13％，总渗碳层深为9.0mm，降温速度为40℃/h，渗速修正系数为1.000，扩散提前系数为4.100。渗碳过程以计算机程序控制。
⑶、渗碳具体定碳及取样如下：
约在30h进行定碳检验；
①、220小时左右取第一过程样；
②、260小时左右取第二过程样；
③、290小时左右取第三过程样；
④、310小时左右取第四过程样；
⑤、350小时左右取第五过程样；
⑥、380小时左右取第六过程样；
⑦、420小时左右取第七过程样；
⑧、450小时左右取第八过程样；
⑷、渗碳层硬度组织:
过程深HRC59≥9.0mm，随炉高回样深层HRC58≥8.8～9.1mm同时随炉试样检测表面至58HRC的距离应占总的实际淬硬层深度的40％以上，若不达标准，应进行扩散或补渗处理。
⑸、二次淬火硬度HRC59～62，二次淬火组织1～3级，外圈二次淬火在840℃下保温88分钟。
⑹、随炉高回样应做剥层分析碳浓度含量：表层至1mm处，碳浓度为0.95～1.05％，表层1～2mm处，碳浓度为0.90～1.0％，表层2～3mm处，碳浓度为0.80～0.90％。
3、二次淬火后车掉多余的渗碳层并磨到成品尺寸；
4、车工留量。内圈滚道预留渗碳车工留量；
5、第二次整体渗碳：渗碳温度为945℃；淬火温度为870℃，渗前均温时间为120分钟，淬火前均温时间为20分钟，表面碳浓度为0.98％，参考碳浓度为0.54％，最高碳势为1.18％，最高表面碳浓度为1.14％，总渗碳层深为5.0mm，降温速度为30℃/h，渗速修正系数为1.000，扩散提前系数为5.500，渗碳过程以计算机程序控制。
6、内圈二次淬火后确定所需硬度对应的渗层深度，然后车掉多余的渗碳层并磨到成品尺寸，不同硬度与渗层深度的关系为：HRC58点距表面6.7mm；HRC57点距表面7.6mm；HRC52.5点距表面10.5mm；距表面1.3mm处达到HRC59以上，成品表面HRC59～61渗碳后有效淬硬层HRC57≥6mm，内圈二次淬火在830℃下保温30分钟。
对渗碳后的大型背衬轴承满足大型背衬轴承外圈渗碳层深度8.1～9.2，外径表面硬度为HRC58～61，心部硬度为HRC32～48，成品外圈外径渗碳层深度≥6mm(单边)HRC57点位以上，外圈外表面淬硬层深度≥5.5mm半径方向，硬度落差≤HRC2硬度和深层渗碳要求，能耗减少不合品、返修品的产生，最大限度降低成本，满足大型背衬轴承硬度和碳层指标的要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大型背衬轴承套圈深层渗碳方法，其特征在于，具体为以下步骤：
在大型背衬轴承套圈的外圈外径上预留车工留量；
依次进行分段升温预处理和第一次整体渗碳；所述分段升温预处理为在750℃保温1h后升温至850℃，然后在850℃保温1h后升温至945℃，所述第一次整体渗碳的渗碳温度为945℃；淬火温度为870℃，渗前均温时间为180分钟，淬火前均温时间为20分钟，表面碳浓度为1.0％，参考碳浓度为0.60％，最高碳势为1.18％，最高表面碳浓度为1.13％，总渗碳层深为9.0mm，降温速度为40℃/h，渗速修正系数为1.000，扩散提前系数为4.100；
外圈二次淬火后车掉多余的渗碳层并磨到成品尺寸；
在大型背衬轴承套圈的内圈外径上预留车工留量；
进行第二次整体渗碳；
内圈二次淬火后确定所需硬度对应的渗层深度，然后车掉多余的渗碳层并磨到成品尺寸。
2.根据权利要求1所述的大型背衬轴承套圈深层渗碳方法，其特征在于，当所述大型背衬轴承套圈的材质为G20Cr2Ni4、有效厚度为100～110mm时，所述第一次整体渗碳的时间为380～400h。
3.根据权利要求1所述的大型背衬轴承套圈深层渗碳方法，其特征在于，当所述大型背衬轴承套圈的材质为TIMKEN3311、有效厚度为100～110mm时，所述第一次整体渗碳的时间为440～460h。
4.根据权利要求1所述的大型背衬轴承套圈深层渗碳方法，其特征在于，所述外圈外径上预留车工留量的参数包括：外径留量2.4mm，公差0～0.20mm；滚道留量1.8mm，公差0～-0.20mm；端面留量2.0mm，公差0～0.20mm。
5.根据权利要求1所述的大型背衬轴承套圈深层渗碳方法，其特征在于，所述外圈二次淬火为在840℃保温88分钟。
6.根据权利要求1所述的大型背衬轴承套圈深层渗碳方法，其特征在于，所述内圈二次淬火为在830℃保温30分钟。
7.根据权利要求1所述的大型背衬轴承套圈深层渗碳方法，其特征在于，所述外圈二次淬火后还包括对外圈二次淬火后的随炉高回样进行剥层分析碳浓度，所述随炉高回样的表层至1mm处，碳浓度为0.95～1.05％，表层1～2mm处，碳浓度为0.90～1.0％，表层2～3mm处，碳浓度为0.80～0.90％。
8.根据权利要求1所述的大型背衬轴承套圈深层渗碳方法，其特征在于，所述第一次整体渗碳的过程中还包括渗碳具体定碳及取样。
9.根据权利要求8所述的大型背衬轴承套圈深层渗碳方法，其特征在于，所述渗碳具体定碳在第一次整体渗碳开始30h时进行。
10.根据权利要求1所述的大型背衬轴承套圈深层渗碳方法，其特征在于，所述分段升温预处理前还包括渗碳装炉套圈步骤，所述渗碳装炉套圈时装盘底层垫垫块，两大型背衬轴承之间垫垫片，保证沿圆周交错两圈以上，且垫平摞稳，以防倾斜出现压痕垫伤。
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