CN112575285A - 圆锥轴承内圈碳氮共渗工艺及含碳氮共渗内圈的圆锥轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明的名称为圆锥轴承内圈碳氮共渗工艺及含碳氮共渗内圈的圆锥轴承。属于滚动轴承技术领域。它主要是解决现有商用车轮毂圆锥轴承因冲击加粉尘而易造成异常磨损导致早期失效的问题。它的主要特征是：仅将圆锥轴承的内圈进行碳氮共渗处理、淬火处理和回火处理，磨加工后内圈滚道渗层深度≥0.1mm。本发明内圈零件滚道表面保持了一定比例的碳氮化合物，内圈零件滚道表面也形成了压应力，增加了轴承的抗污染抗疲劳能力，大幅提高了轴承寿命，试验产品寿命考核达到5L10以上，主要用于量产商用车轮毂支撑的圆锥轴承。
Description
技术领域
本发明属于滚动轴承技术领域，具体涉及一种圆锥轴承内圈碳氮共渗工艺及含碳氮共渗内圈的圆锥轴承，用于量产汽车（特别是工程车、矿山车）的轮毂圆锥轴承。
背景技术
商用车轮毂圆锥轴承在汽车（特别是工程车、矿山车）行驶过程中，经常会受到冲击载荷；在恶劣环境下，粉尘也容易进入轮毂内。冲击加粉尘造成轴承异常磨损而早期失效。
如汉德车桥市场使用量大的33022圆锥轴承，33022圆锥轴承内圈材料为 GCr15，存在早期失效的问题，影响了轮毂轴承的使用寿命。
轴承钢GCr15碳氮共渗技术在国内还没有成熟工艺或相关行业标准，轴承企业只是各自为战进行了相关尝试。针对采用轴承钢GCr15材料的内圈碳氮共渗工艺，还存在内圈零件滚道渗层深度、留量大小和热处理变形之间矛盾的问题，到目前为止，还没有可靠的碳氮共渗的轮毂圆锥轴承用于商用车。
发明内容
本发明的目的就是针对上述不足之处，提供一种圆锥轴承内圈碳氮共渗工艺及含碳氮共渗内圈的圆锥轴承，使GCr15圆锥轴承内圈零件滚道表面组织保持一定比例的碳氮化物（白色碳组织，见图2、图3），内圈零件滚道表面也形成压应力，两者增加了轴承的抗污染抗疲劳能力，提高商用车轮毂圆锥轴承疲劳寿命。
本发明碳氮共渗工艺的技术解决方案是：一种圆锥轴承内圈碳氮共渗工艺，其特征在于包括以下工艺步骤：
(1) 在圆锥轴承的内圈车制件滚道半径方向留量为0.15~0.28mm；
(2) 将圆锥轴承的内圈车制件摆料、前清洗和烘干；
(3) 将圆锥轴承的内圈车制件进行碳氮共渗处理，840℃-860℃保温4-6小时，碳势1.20%-1.30%，NH3流量2.5NL/min，降温至810℃-830℃保温1小时，碳势1.00%，NH3流量2.5NL/min；
(4) 将碳氮共渗处理的圆锥轴承的内圈车制件进行淬火处理，温度为810℃-830℃，淬火油温度90℃-110℃；
(5) 将淬火处理的圆锥轴承的内圈车制件进行后清洗；
(6) 将后清洗的圆锥轴承的内圈车制件进行回火处理，温度为180℃-200℃，保温时间3h；
(7) 将回火处理的圆锥轴承的内圈车制件进行检验，内圈滚道渗层深度≥0.4mm，磨加工后内圈滚道渗层深度≥0.1mm。
本发明碳氮共渗工艺的技术解决方案所述的第(2)步骤中，内圈的最大外径尺寸为170 mm，摆放层数为2-3层；所述的第(4)步骤中，淬火油为分级淬火油。
本发明碳氮共渗工艺的技术解决方案所述的第(4)步骤中，离表面0.05mm-0.10mm处检测点的表面硬度≥698；所述的第(6)步骤中，离表面0.05mm-0.10mm处检测点的表面硬度为698-850，几何中心附近检测点的心部硬度为655-822/58-65。
本发明碳氮共渗工艺的技术解决方案中所述的内圈为轴承钢GCr15材质的内圈。
本发明圆锥轴承的技术解决方案是：一种含碳氮共渗内圈的圆锥轴承，包括外圈、带大挡边的内圈、以及外圈与内圈之间的滚子和保持架，用于汽车轮毂支承，其特征在于：仅所述的内圈为碳氮共渗的内圈，且内圈滚道表面有效渗碳层深度为0.1mm以上。
本发明圆锥轴承的技术解决方案中所述的外圈外径尺寸为φ170mm，内圈内径尺寸为φ110mm。
本发明圆锥轴承的技术解决方案中所述的外圈为由GCr15—GB/T18254轴承钢制成的外圈。
本发明圆锥轴承的技术解决方案中所述的滚子为由GCr15—GB/T18254轴承钢制成的滚子。
本发明圆锥轴承的技术解决方案中所述的保持架为由10或08—Ⅱ—P—GB/T13237钢板制成的保持架。
本发明圆锥轴承的技术解决方案中所述的内圈由GCr15—GB/T18254轴承钢制成的内圈。
本发明具有以下积极效果：
由于圆锥轴承内圈零件碳氮共渗，成品内圈零件滚道表面有效渗碳层深度≥0.1mm，内圈零件滚道表面保持了一定比例的碳氮化合物，内圈零件滚道表面也形成了压应力，增加了轴承的抗污染抗疲劳能力，大幅提高了轴承寿命，试验产品寿命考核达到5L10以上（常规考核3L10）。
本发明主要用于量产商用车轮毂支撑的圆锥轴承。
附图说明
图1为本发明含碳氮共渗内圈的圆锥轴承实施例的结构示意图。
图2为本发明碳氮共渗内圈碳氮共渗滚道表面有效渗碳层840℃碳氮化物组织的示意图。
图3为本发明碳氮共渗内圈碳氮共渗滚道表面有效渗碳层860℃碳氮化物组织的示意图。
图1中：1. 外圈；2. 内圈；3. 大挡边；4. 滚子； 7. 保持架；D. 滚道表面有效渗碳层深度。
具体实施方式
如图1所示，本发明汽车轮毂用圆锥轴承33022是由一个外圈1、一个内圈2、以及外圈1与内圈2之间的滚子4和保持架7构成。外圈1、滚子4为由普通轴承钢制成的外圈、滚子，采用常规轴承钢淬火、回火热处理制成。保持架7为由普通钢板制成的保持架。其中，普通轴承钢为GCr15—GB/T18254轴承钢，普通钢板为钢板10或08—Ⅱ—P—GB/T13237，与现有技术相同。
为避免早期失效提高轮毂轴承的使用寿命，我们对汉德车桥市场使用量大的且容易失效的圆锥轴承33022内圈零件进行了碳氮共渗处理，增加了圆锥轴承33022内圈零件的抗污染抗疲劳能力，大幅提高了轴承寿命。
圆锥轴承33022内圈2为由GCr15—GB/T18254轴承钢制成的内圈零件，且内圈2热处理不是常规轴承钢淬火、回火热处理，而是采用圆锥轴承内圈碳氮共渗工艺热处理。目前，轴承钢碳氮共渗热处理无相关行业标准，圆锥轴承33022内圈零件采用碳氮共渗实现量产是基于我们反复试验研发的成果，过程围绕滚道表面有效渗碳层深度D≥0.1mm这个技术指标，合理设计圆锥轴承33022内圈零件毛坯留量和控制热处理变形，圆锥轴承33022内圈零件毛坯（碳氮共渗前车制件）滚道半径方向留量为0.18~0.28 mm。圆锥轴承内圈碳氮共渗工艺包括以下工艺步骤：
(1) 在圆锥轴承的内圈2车制件滚道半径方向留量为0.15~0.28mm；
(2) 将圆锥轴承的内圈2车制件摆料、前清洗和烘干；内圈2的最大外径尺寸为170mm，摆放层数为2-3层；
(3) 将圆锥轴承的内圈2车制件进行碳氮共渗处理，840℃-860℃保温4-6小时，碳势1.20%-1.30%，NH3流量2.5NL/min，降温至810℃-830℃保温1小时，碳势1.00%，NH3流量2.5NL/min；
(4) 将碳氮共渗处理的圆锥轴承的内圈2车制件进行淬火处理，温度为810℃-830℃，淬火油温度90℃-110℃；淬火油为分级淬火油；离表面0.05mm-0.10mm处检测点的表面硬度≥698；
(5) 将淬火处理的圆锥轴承的内圈2车制件进行后清洗；
(6) 将后清洗的圆锥轴承的内圈2车制件进行回火处理，温度为180℃-200℃，保温时间3h；离表面0.05mm-0.10mm处检测点的表面硬度为698-850，几何中心附近检测点的心部硬度为655-822/58-65；
(7) 将回火处理的圆锥轴承的内圈2车制件进行检验，内圈2滚道渗层深度≥0.4mm ，磨加工后内圈2滚道渗层深度≥0.1mm；
(8) 内圈2在以上840℃-860℃下碳氮共渗处理：
内圈2在840℃下碳氮共渗处理可以得到图2中所见的标记圈中的白色组织，即碳氮化物。
内圈2在860℃下碳氮共渗处理，可以得到图3中所见的标记圈中的白色组织，即碳氮化物。
考虑内圈2心部马氏体组织级别要求，不建议采用860℃以上温度碳氮共渗处理。
我们通过研发，生产出了可靠的内圈碳氮共渗的圆锥轴承33022内圈零件，并制定了圆锥轴承33022内圈碳氮共渗制备工艺，解决了内圈零件滚道渗层深度、留量大小、热处理变形之间的矛盾，通过了台架试验和道路试验，实现了圆锥轴承33022内圈零件碳氮共渗量产，已大批量在汉德车桥使用，内圈零件碳氮共渗的33022圆锥轴承产生了巨大社会效益和经济效益。根据圆锥轴承内圈碳氮共渗工艺编制的圆锥轴承33022内圈零件碳氮共渗制备标准，填补了行业空白。
本发明圆锥轴承33022内圈零件碳氮共渗处理：
1、加工流程：摆料→前清洗→烘干→碳氮共渗处理→淬火→后清洗→回火→检验。
2、零件摆料规定：为保障气氛及渗层深度的均匀性，零件在摆料时应符合表1的规定。
3、热处理工艺。
1）、碳氮共渗处理：840℃-860℃保温4-6小时，碳势1.20%-1.30%，NH3流量2.5NL/min→降温至810℃-830℃保温1小时，碳势1.00%，NH3流量2.5NL/min。
2）、淬火：零件淬火工艺应符合表2的规定。滚动体可选择用快速淬火油或分级淬火油淬火。
3）、回火：回火温度180℃-200℃，保温时间3h。
4、技术要求。
4.1、硬度：经碳氮共渗处理后的零件表面硬度、心部硬度应符合表3的规定。
4.2、显微组织。
4.2.1、表面碳氮化合物按第一级别图，不超过第1级合格。
4.2.2、表层、心部屈氏体，按第二级别图，第1-2级合格。
4.2.3、心部马氏体，按第三级别图，第1-2级合格。
5、渗碳层深度：采用硬度法检验有效渗碳层深度。热处理后有效渗碳层深度≥0.40mm。
6、套圈变形量：经碳氮共渗处理后的33022内圈允许滚道直径方向变形量≤0.20mm。
7、检验方法。
7.1、取样数量：按每炉取样。取样数量1-2件。
7.2、制样方法：零件采用线切割制样，若采用其它方式切样，需确保表面无烧伤。较小、较薄的试样采用热镶样检验。
7.3、硬度检验：表面硬度：内圈表面硬度检测位置为滚道面。检测点为滚道中部垂直于表面0.05mm-0.10mm处。检验负荷为200g（HV0.2）。心部硬度：检测点为试样的几何中心附近。
7.4、渗层深度检验：渗层深度检测按如下步骤进行。
1）、高温回火处理：试样在进行渗层深度检测之前，需进行高温回火处理。处理流程为：试样随炉升温→500℃保温1小时→打开炉门，随炉冷却至180℃以下→出炉。
2）、抛光制样或热镶样。
3）、显微硬度法：硬度测试力200g；截止硬度HV500；第一针离表面距离为0.05mm-0.10 mm，之后间隔距离为0.05mm。
本发明圆锥轴承33022内圈零件采用碳氮共渗技术具有使用寿命长的特点，通过5L10寿命试验考核，内圈零件采用碳氮共渗的圆锥轴承33022已在汉德车桥试用，未来每年使用量达40万套。圆锥轴承33022名称代号后面可以带后缀字母和数字，如33022/YA、33022/YATS等。
Claims (10)
1.一种圆锥轴承内圈碳氮共渗工艺，其特征在于包括以下工艺步骤：
(1) 在圆锥轴承的内圈（2）车制件滚道半径方向留量为0.15~0.28mm；
(2) 将圆锥轴承的内圈（2）车制件摆料、前清洗和烘干；
(3) 将圆锥轴承的内圈（2）车制件进行碳氮共渗处理，840℃-860℃保温4-6小时，碳势1.20%-1.30%，NH3流量2.5NL/min，降温至810℃-830℃保温1小时，碳势1.00%，NH3流量2.5NL/min；
(4) 将碳氮共渗处理的圆锥轴承的内圈（2）车制件进行淬火处理，温度为810℃-830℃，淬火油温度90℃-110℃；
(5) 将淬火处理的圆锥轴承的内圈（2）车制件进行后清洗；
(6) 将后清洗的圆锥轴承的内圈（2）车制件进行回火处理，温度为180℃-200℃，保温时间3h；
(7) 将回火处理的圆锥轴承的内圈（2）车制件进行检验，内圈（2）滚道渗层深度≥0.4mm ，磨加工后内圈（2）滚道渗层深度≥0.1mm。
2.根据权利要求1所述的一种圆锥轴承内圈碳氮共渗工艺，其特征在于：所述的第(2)步骤中，内圈（2）的最大外径尺寸为170 mm，摆放层数为2-3层；所述的第(4)步骤中，淬火油为分级淬火油。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有碳氮共渗内圈的圆锥轴承，其特征在于：所述的第(4)步骤中，离表面0.05mm-0.10mm处检测点的表面硬度≥698；所述的第(6)步骤中，离表面0.05mm-0.10mm处检测点的表面硬度为698-850，几何中心附近检测点的心部硬度为655-822/58-65。
4.根据权利要求1或2所述的一种具有碳氮共渗内圈的圆锥轴承，其特征在于：所述的内圈（2）为轴承钢GCr15材质的内圈。
5.一种采用权利要求1-4中任一项所述圆锥轴承内圈碳氮共渗工艺制成的含碳氮共渗内圈的圆锥轴承，包括外圈（1）、带大挡边（3）的内圈（2）、以及外圈（1）与内圈（2）之间的滚子（4）和保持架（7），用于汽车轮毂支承，其特征在于：仅所述的内圈（2）为碳氮共渗的内圈，且内圈（2）滚道表面有效渗碳层深度为0.1mm以上。
6.根据权利要求5所述的含碳氮共渗内圈的圆锥轴承，其特征在于：所述的外圈（1）外径尺寸为φ170mm，内圈（2）内径尺寸为φ110mm。
7.根据权利要求5或6所述的含碳氮共渗内圈的圆锥轴承，其特征在于：所述的外圈（1）为由GCr15—GB/T18254轴承钢制成的外圈。
8.根据权利要求5或6所述的含碳氮共渗内圈的圆锥轴承，其特征在于：所述的滚子（4）为由GCr15—GB/T18254轴承钢制成的滚子。
9.根据权利要求5或6所述的含碳氮共渗内圈的圆锥轴承，其特征在于：所述的保持架（7）为由10或08—Ⅱ—P—GB/T13237钢板制成的保持架。
10.根据权利要求5或6所述的含碳氮共渗内圈的圆锥轴承，其特征在于：所述的内圈（2）由GCr15—GB/T18254轴承钢制成的内圈。
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2020
- 2020-12-25 CN CN202011565446.0A patent/CN112575285A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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