CN112853049B - 一种高性能轴套材料及其热处理方法 - Google Patents

一种高性能轴套材料及其热处理方法 Download PDF

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本发明涉及轴套材料制造领域，具体说是一种高性能轴套材料及其热处理方法。轴套材料的化学成分质量百分比为C：0.23～0.35、Si：0.20～0.35、Ni：0.5～1.5、Cr：0.8～1.2、Mn：0.4～1.0、Mo：0.4～1.0、V：0.02～0.10、S：≤0.010、P：≤0.010，Fe余量；其热处理工艺步骤包括：首先经850～900℃正火，然后在830～920℃淬火形成马氏体，最后在160～280℃之间进行回火处理得到回火马氏体组织。经热处理后的材料可满足轴套对材料强度、耐磨性、屈强比、低温冲击韧性和延伸率等综合性能的要求。

Description

一种高性能轴套材料及其热处理方法
技术领域：
本发明涉及轴套材料制造领域，具体说是一种高性能轴套材料及其热处理方法。
背景技术：
轴套是套在转轴上的筒状机械零件，是滑动轴承的一个组成部分。通常轴套会与轴承座采用过盈配合，而与轴采用间隙配合。因此，在一些机械传动领域，轴套材料不仅仅具有足够的强度和韧性，还具有非常好的耐磨性。此外，当采用金属轴套的装备在我国东北地区运行时，还需要保持足够的低温冲击性能，否则在低温下极易失效造成安全事故。
现阶段，高强高耐磨的金属轴套基本选择45钢、40Cr合金钢、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn、20CrMoTi、20Mn2B、20Cr等材料。这些材料中有的材料强度低，耐磨性较差，如20Cr；有强度太高抗冲击性能差，如GCr15、65Mn等。随着轴套材料应用场合逐步向恶劣化和复杂化的发展，急需发展新的材料和热处理技术，全面提升轴套材料的强度、耐磨性以及低温冲击性能，以满足使用需求。
发明内容：
本发明的目的是提供一种高性能轴套材料及其热处理方法，经热处理后的材料可满足轴套对材料强度、耐磨性、屈强比、低温冲击韧性和延伸率等综合性能的要求。
本发明的技术方案是：
一种高性能轴套材料，轴套材料的化学成分质量百分比为C：0.23～0.35、Si：0.20～0.35、Ni：0.5～1.5、Cr：0.8～1.2、Mn：0.4～1.0、Mo：0.4～1.0、V：0.02～0.10、S：≤0.010、P：≤0.010，Fe余量。
所述的高性能轴套材料的热处理方法，包括正火处理、淬火处理和回火处理，首先经850～900℃正火，然后在830～920℃淬火形成马氏体，最后在160～280℃之间进行回火处理得到回火马氏体组织。
所述的高性能轴套材料的热处理方法，正火保温1～2h，空冷至室温；淬火温度保温40min～1h后进行油淬至室温；回火温保温1.5～2h后水冷至室温。
所述的高性能轴套材料的热处理方法，轴套材料经过热处理后抗拉强度在1100MPa以上，屈服强度在1000MPa以上，屈强比不高于0.92，延伸率在16％以上，断面收缩率在55％以上，室温下的冲击功在80J以上，-50℃下的低温冲击功在50J以上。
所述的高性能轴套材料的热处理方法，优选的：正火温度850℃～880℃，淬火温度850℃～920℃，回火温度160℃～220℃，轴套材料经过热处理后抗拉强度1197～1291MPa，屈服强度1086～1197MPa，屈强比0.88～0.92，延伸率16％～18％，断面收缩率60～72％，室温下的冲击功140～180J，-50℃下的低温冲击功60～80J。
本发明的设计思想是：
本发明的轴套材料采用Mo和V的微合金化，轴套材料中加入一定的Mo元素来抑制回火脆性，轴套材料中加入了一定的V元素，细化原奥氏体晶粒，从而增加材料的韧性。基于成分优化设计，综合相应的热处理，获得的轴套材料不仅强度高，耐磨性好，而且还能保证在低温下仍具有较高的冲击韧性，能够满足轴套在特殊环境下的安全使用的要求。
在热处理时，正火处理选用相对较低的温度，保证VC不被溶解，从而充分V的晶粒细化作用；而淬火时，选用了相对较高的温度，从而保证能够获得全部的马氏体组织。而回火处理时，选用的温度可以保证马氏体没有发生分解，从而显著提升合金的硬度。因此，合金的热处理过程中正火、淬火和回火之间的合理的选择和匹配是轴套材料获得高强高韧的最关键的因素。
本发明的优点及有益效果在于：
1、本发明的高性能轴套材料的成分设计中采用了Mo和V等微合金化元素，有效的保证了合金的强度和韧性。
2、本发明的高性能轴套材料的对正火、淬火温度不敏感，可在相对宽松的温度范围内进行正火、淬火处理；
3、本发明的轴套材料经热处理后综合性能优良，不仅抗拉强度可达1100MPa，屈服强度高于1000MPa，屈强比不高于0.92，而且延伸率较好(超过16.0％)，断面收缩率大于55％，更为重要的是低温冲击韧性，在-50℃下冲击功高于50J。
具体实施方式：
在具体实施过程中，本发明提供了一种高性能轴套材料，轴套的制备过程包括：成分设计-冶炼-铸造-锻造-热穿管(或钻孔)-正火-粗车-淬火-回火-精车。
本发明提供高性能轴套材料的成分质量百分数为：C：0.23～0.35、Si：0.20～0.35、Ni：0.5～1.5、Cr：0.8～1.2、Mn：0.4～1.0、Mo：0.4～1.0、V：0.02～0.10、S：≤0.010、P：≤0.010，Fe余量。
本发明还提供了轴套材料的热处理工艺，所述的热处理方法如下：
(1)正火处理：首先将所述材料在850～900℃下保温1～2h，然后空冷处理。正火处理的目的在于细化晶粒，并利用V的微合金化作用，可一定程度上提升钢的韧性。
(2)淬火处理：将正火处理后轴套在830～920℃温度下保温40min～1h，然后进行油淬处理。淬火过程中需要保证足够的过冷度使材料可以进行完全的马氏体转变，得到全部的淬火马氏体组织。
(3)回火处理：将淬火处理的轴套材料放置在160～280℃进行低温回火处理，保温时间1.5～2h，然后进行水冷。回火处理过程中材料可保持较高的硬度和耐磨性，淬火残留应力和脆性降低，并得到回火马氏体。由于轴套材料中含有一定的Mo元素，有效降低了回火脆性，因此经过热处理后轴套材料具有较高的延伸率，并且低温冲击性能也维持在较高的水平。
下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
实施例
按照表1的成分进行合金冶炼，并浇注成铸锭。铸锭先在约1100℃进行锻造，锻造成φ200mm棒材。在锻造过程中，保证终锻温度不低于800℃。随后对锻棒进行正火处理，并将正火处理后的棒材进行钻孔、粗车后形成直径为φ184mm，壁厚为16mm的轴套，然后对轴套进行淬火和回火处理，最后对热处理后的轴套进行精车，制备出φ180mm，壁厚为15mm的成品轴套。
对实施例钢总计进行了15例试验，各试验的热处理制度见表2。对热处理后的实施例轴套进行了力学性能测试，测试结果见表3。从结果可以看出，合金成分对轴套材料的综合性能影响较大，尤其是Ni、V、Mo等元素。适量的添加可以有效平衡合金力学性能。从实施例的整体来看，本发明的轴套材料强度较高，抗拉强度均在1100MPa以上，延伸率也均保持在15％以上。同时，这些实施例的低温冲击性能也非常优越，-50℃下的冲击功均高于50J。
表1本发明实施例低合金高强度钢的化学成分(wt.％)
C Si Mn Ni Cr Mo V P S Fe
1# 0.32 0.21 0.79 0.58 1.00 0.65 0.10 0.008 0.006 余
2# 0.32 0.20 0.70 0.77 0.94 0.65 0.10 0.006 0.007 余
3# 0.30 0.21 0.65 0.75 0.98 0.66 0.08 0.007 0.007 余
4# 0.30 0.20 0.73 0.85 0.95 0.77 0.08 0.007 0.006 余
5# 0.35 0.21 0.72 1.08 0.89 0.64 0.06 0.008 0.007 余
表2本发明实施例的热处理工艺
Figure BDA0002292386670000041
表3本发明实施例的力学性能
Figure BDA0002292386670000042
Figure BDA0002292386670000051
实施例结果表明，本发明通过成分优化设计并经过合适的热处理后轴套材料获得强度高、耐磨性好的回火马氏体，并在保证钢具有高强度的基础上，获得很高的低温冲击韧性。

Claims (3)

1.一种高性能轴套材料的热处理方法，其特征在于，轴套材料的化学成分质量百分比为C：0.23～0.35、Si：0.20～0.35、Ni：0.58～0.85、Cr：0.95～1.0、Mn：0.4～1.0、Mo：0.65～0.77、V：0.08～0.10、S：≤0.010、P：≤0.010，Fe余量；
所述的高性能轴套材料的热处理方法，包括正火处理、淬火处理和回火处理，首先经850～900℃正火，然后在830～920℃淬火形成马氏体，最后在160～280℃之间进行回火处理得到回火马氏体组织；
轴套材料经过热处理后抗拉强度在1100MPa以上，屈服强度在1000MPa以上，屈强比不高于0.92，延伸率在16％以上，断面收缩率在55％以上，室温下的冲击功在80J以上，-50℃下的低温冲击功在50J以上。
2.按照权利要求1所述的高性能轴套材料的热处理方法，其特征在于，正火保温1～2h，空冷至室温；淬火温度保温40min～1h后进行油淬至室温；回火温保温1.5～2h后水冷至室温。
3.按照权利要求1所述的高性能轴套材料的热处理方法，其特征在于，优选的：正火温度850℃～880℃，淬火温度850℃～920℃，回火温度160℃～220℃，轴套材料经过热处理后抗拉强度1197～1291MPa，屈服强度1086～1197MPa，屈强比0.88～0.92，延伸率16％～18％，断面收缩率60～72％，室温下的冲击功140～180J，-50℃下的低温冲击功60～80J。
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