CN113481464B - 高精度长寿命滚动体热处理渗碳工艺 - Google Patents

高精度长寿命滚动体热处理渗碳工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及轴承滚子热处理领域，尤其涉及一种高精度长寿命滚动体热处理渗碳工艺。将称好滚子输送到履带式超声波清洗机中清洗；在烘干装置中烘干后，后续经过表面渗碳处理；热处理步骤制备而成。经过本发明工艺处理后的滚子，其耐磨性、耐腐蚀性、冲击韧性、经年变化率均得到大幅提高，经过冷处理的渗碳滚子，可以大幅提高轴承零件的精度，同时保证轴承在长期使用状态下或存放状态下无论是高温或低温状态下，滚子尺寸都不会发生任何变化，这样才能保证滚动体经年变化率。很好的满足了国内外高端轴承客户对高精度，长寿命，低噪音的滚子质量需求。

Description

高精度长寿命滚动体热处理渗碳工艺
技术领域
本发明涉及轴承滚子热处理领域，尤其涉及一种高精度长寿命滚动体热处理渗碳工艺 。
背景技术
目前渗碳滚子主要应用在海上风力发电、回转支持轴承和大型工程机械盾构机上，使用范围比较广泛，渗碳滚子价格是不渗碳滚子的3～4倍，完全可以替代进口滚子，市场前景广阔。
因为不同的使用环境和国内外客户对有滚子效硬化层（CHD）要求不同，滚子热处理渗碳存在以下难点：
1.渗碳初始渗碳速度快，随着硬化层深度变厚和时间越长，有效硬化层（CHD将变慢；2.渗碳产生的碳黑对车间生产环境的影响；3.渗碳剂（杂质少，特别是含硫量要低（正常情况下硫含量＜0.04%）的选择范围比较窄；4.有效硬化层（CHD）深度＞3.5mm的滚子渗碳均匀性控制难度大。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种高精度长寿命滚子热处理渗碳工艺，设计巧妙，工艺完善。
本发明提供的技术方案为：1、一种高精度长寿命滚动体热处理渗碳工艺 艺，所述工艺包括以下步骤：
1）、工件预处理：首先把待处理的滚子装入滚子淬回火专用料框中后通过称重装置称取滚子，将称好的输送至清洗装置中进行清洗，清洗后通过循环热空气烘干装置进行烘干。
2）、工件预加热：把上述烘干后的滚子在热处理炉中进行预热处理，将滚子加热到450～500℃，保温1.5～2.5小时。
3）工件渗碳淬火：将经过预加热保温后的工件接着升温到900～1000℃，通入丙酮和甲醇及催渗剂，流量控制为200～220ml/min，碳势控制在1.10±0.05%之间，保温3～4小时后，将碳势调整为0.95±0.05%，丙酮和甲醇流量调整为150～170 ml/min，再保温50～70min后，将碳势降至0.85±0.05%，温度降至780～850℃，保温1～2小时小时后淬火，盐温为170±5℃。
4）工件冷却：把步骤3中渗碳淬火后的滚子在冷却装置中进行冷却处理，冷却温度控制为﹣10℃至﹣15℃，时间10～20min分钟。
5）工件清洗：把步骤4中冷却处理后的滚子，使用清洗装置进行清洗淋水，以去除滚子表面残留的硝盐。
6）工件预回火：将步骤5中清洗后的滚子置于带有循环运动空气的设备中进行预回火，预回火温度为130±5℃，时间为2.5～3.5小时。
7）工件二次回火：将经过预回火后的滚子送入炉内带有循环运动空气的高温回火设备中进行二次回火，回火温度为250±5℃，回火时间4～5小时。
8）工件检测：硬度粒差<0.5HRC，硬度批差<1.0HRC，滚子表面残余奥氏体≤2%。
对上述方案的进一步优化和改进：步骤1中滚子的重量和料框重量之和≤180kg。
对上述方案的进一步优化和改进：待处理的滚子为圆锥滚子或圆柱滚子，所述圆锥滚子或圆柱滚子的直径均大于50mm。
对上述方案的进一步优化和改进：步骤1中所述清洗装置为履带式超声波清洗机，且清洗过程中使用环保型清洗剂进行清洗。
对上述方案的进一步优化和改进：步骤4中所述冷却装置为履带式冷水槽。
对上述方案的进一步优化和改进：步骤5中的清洗装置为高压式喷淋的履带型清洗机，且清洗过程中均使用环保型清洗剂进行清洗。
与现有技术相比，本发明带来有益效果为：
1、本发明采用每料框自动称重的超声波清洗方式，进料均匀，可以充分保证每一个滚子清洗的效果。这种清洗方式使滚子在清洗后表面无铁粉附着且烘干后滚子表面光洁，不会有残留水分进入奥氏体化加热炉，降低了滚子出现脱碳的可能性。滚子清洗前使用的称重设备为丰东电子称重设备；称重精度控制为设定值的±0.5Kg；使用步骤1中履带式超声波清洗机为丰东公司的FBQ(w)3～9090120型多用炉盐浴自动生产线的超声波清洗带烘干加热设备；步骤3中的盐浴设备为丰东的FBQ(w)3～9090120型多用炉盐浴自动生产线。
2、滚子进入渗碳炉前进行的预热处理，可以有效消除材料本身的表面应力以及材料因为车削导致的表面应力，降低了滚子渗碳淬火时应力过大产生裂纹的风险，从传统的“排气～强渗～扩散～降温”渗碳工艺调整为现在的“强渗～扩散～降温”渗碳工艺，减少了“排气”这一工艺环节，节约了生产成本。
2、滚子渗碳淬火后，因为奥氏体组织向马氏体转变的相变存在着较大的应力，加之渗碳滚子热处理内部有较大的热应力，此外，因为冷处理后由于残余奥氏体转变为马氏体硬度提高，导致滚子应力增大，所以需要把上述冷处理后的渗碳滚子进行一次预回火，预回火在去除滚子因为相变产生的应力和热处理残余应力及冷处理后残余奥氏体转变为马氏体的应力的同时可以达到预除氢的目的，去氢后，渗碳滚子的使用性能大幅提高；预回火再加之高温回火的渗碳滚子可以满足残余奥氏体<2%（国家标准≤15%）的要求，渗碳滚子进行两次回火，可以让滚子渗碳后尺寸稳定性更好，芯部和渗碳层硬度差控制在3HRC之内，大幅提高了滚子的使用寿命，保证了高铁、城铁地铁对滚子的高精度、长寿命、较高的尺寸稳定性和耐冲击等特殊质量要求。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
一种高精度长寿命滚动体热处理渗碳工艺，所述工艺包括以下步骤：
1）、工件预处理：首先把待处理的滚子装入滚子淬回火专用料框中后通过称重装置称取滚子，将称好的输送至清洗装置中进行清洗，清洗后通过循环热空气烘干装置进行烘干。
2）、工件预加热：把上述烘干后的滚子在热处理炉中进行预热处理，将滚子加热到450℃，保温2.5小时。
3）工件渗碳淬火：将经过预加热保温后的工件接着升温到900℃，通入丙酮和甲醇及催渗剂，流量控制为220ml/min，碳势控制在1.05%，保温4小时后，将碳势调整为1.00%，丙酮和甲醇流量调整为170 ml/min，再保温70min后，将碳势降至0.90%，温度降至850℃，保温2小时小时后淬火，盐温为175℃。
4）工件冷却：把步骤3中渗碳淬火后的滚子在冷却装置中进行冷却处理，冷却温度控制为﹣15℃，时间10分钟。
5）工件清洗：把步骤4中冷却处理后的滚子，使用清洗装置进行清洗淋水，以去除滚子表面残留的硝盐。
6）工件预回火：将步骤5中清洗后的滚子置于带有循环运动空气的设备中进行预回火，预回火温度为125℃，时间为3.5小时。
7）工件二次回火：将经过预回火后的滚子送入炉内带有循环运动空气的高温回火设备中进行二次回火，回火温度为245℃，回火时间5小时。
8）工件检测：硬度粒差为0.2HRC，硬度批差为0.8HRC，滚子表面残余奥氏体为1.2%。
经过上述步骤处理后的滚子各性能的测试如表一所示：
表一：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
实施例2：
一种高精度长寿命滚动体热处理渗碳工艺 艺，所述工艺包括以下步骤：
1）、工件预处理：首先把待处理的滚子装入滚子淬回火专用料框中后通过称重装置称取滚子，将称好的输送至清洗装置中进行清洗，清洗后通过循环热空气烘干装置进行烘干。
2）、工件预加热：把上述烘干后的滚子在热处理炉中进行预热处理，将滚子加热到470℃，保温2小时。
3）工件渗碳淬火：将经过预加热保温后的工件接着升温到935℃，通入丙酮和甲醇及催渗剂，流量控制为210ml/min，碳势控制在1.10%，保温3.5小时后，将碳势调整为0.95%，丙酮和甲醇流量调整为160 ml/min，再保温60min后，将碳势降至0.85%，温度降至800℃，保温1.5小时小时后淬火，盐温为170℃。
4）工件冷却：把步骤3中渗碳淬火后的滚子在冷却装置中进行冷却处理，冷却温度控制为﹣12℃，时间15分钟。
5）工件清洗：把步骤4中冷却处理后的滚子，使用清洗装置进行清洗淋水，以去除滚子表面残留的硝盐。
6）工件预回火：将步骤5中清洗后的滚子置于带有循环运动空气的设备中进行预回火，预回火温度为130℃，时间为3小时。
7）工件二次回火：将经过预回火后的滚子送入炉内带有循环运动空气的高温回火设备中进行二次回火，回火温度为250℃，回火时间4.5小时。
8）工件检测：硬度粒差为0.22HRC，硬度批差为0.6HRC，滚子表面残余奥氏体为0.8%。
经过上述步骤处理后的滚子各性能的测试如表二所示：
表二：
Figure 66097DEST_PATH_IMAGE002
实施例3：
1）、工件预处理：首先把待处理的滚子装入滚子淬回火专用料框中后通过称重装置称取滚子，将称好的输送至清洗装置中进行清洗，清洗后通过循环热空气烘干装置进行烘干。
2）、工件预加热：把上述烘干后的滚子在热处理炉中进行预热处理，将滚子加热到500℃，保温1.5小时。
3）工件渗碳淬火：将经过预加热保温后的工件接着升温到1000℃，通入丙酮和甲醇及催渗剂，流量控制为220ml/min，碳势控制在1.05%，保温3小时后，将碳势调整为0.905%，丙酮和甲醇流量调整为150ml/min，再保温50min后，将碳势降至0.80%，温度降至850℃，保温1小时小时后淬火，盐温为165℃。
4）工件冷却：把步骤3中渗碳淬火后的滚子在冷却装置中进行冷却处理，冷却温度控制为﹣10℃，时间20min分钟。
5）工件清洗：把步骤4中冷却处理后的滚子，使用清洗装置进行清洗淋水，以去除滚子表面残留的硝盐。
6）工件预回火：将步骤5中清洗后的滚子置于带有循环运动空气的设备中进行预回火，预回火温度为125℃，时间为3.5小时。
7）工件二次回火：将经过预回火后的滚子送入炉内带有循环运动空气的高温回火设备中进行二次回火，回火温度为245℃，回火时间5小时。
8）工件检测：硬度粒差为0.4HRC，硬度批差为0.7HRC，滚子表面残余奥氏体为0.4%。
经过上述步骤处理后的滚子各性能的测试如表三所示：
表三：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
通过上述三个表格内容显示，经过本发明处理后的滚子，尤其是经过预回火加之高温回火后，残余奥氏体可以控制控在≤2%的要求，其耐磨性、耐腐蚀性、冲击韧性、经年变化率均得到了大幅提高 ，经过冷处理的渗碳滚子，可以大幅提高轴承零件的精度，保证了轴承在长期使用状态下或存放状态下，无论是在高温环境中，还是处在低温状态下，滚子尺寸都不会发生任何变化，保证了滚子经年变化率。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高精度长寿命滚动体热处理渗碳工艺，其特征在于：所述工艺包括以下步骤：
1）、工件预处理：首先把待处理的滚子装入滚子淬回火专用料框中后通过称重装置称取滚子，将称好的输送至清洗装置中进行清洗，清洗后通过循环热空气烘干装置进行烘干；
2）、工件预加热：把上述烘干后的滚子在热处理炉中进行预热处理，将滚子加热到450～500℃，保温1.5～2.5小时；
3）工件渗碳淬火：将经过预加热保温后的工件接着升温到900～1000℃，通入丙酮和甲醇及催渗剂，流量控制为200～220ml/min，碳势控制在1.10±0.05%之间，保温3～4小时后，将碳势调整为0.95±0.05%，丙酮和甲醇流量调整为150～170 ml/min，再保温50～70min后，将碳势降至0.85±0.05%，温度降至780～850℃，保温1～2小时后淬火，盐温为170±5℃；
4）工件冷却：把步骤3中渗碳淬火后的滚子在冷却装置中进行冷却处理，冷却温度控制为﹣10℃至﹣15℃，时间10～20min分钟；
5）工件清洗：把步骤4中冷却处理后的滚子，使用清洗装置进行清洗淋水，以去除滚子表面残留的硝盐；
6）工件预回火：将步骤5中清洗后的滚子置于带有循环运动空气的设备中进行预回火，预回火温度为130±5℃，时间为2.5～3.5小时；
7）工件二次回火：将经过预回火后的滚子送入炉内带有循环运动空气的高温回火设备中进行二次回火，回火温度为250±5℃，回火时间4～5小时；
8）工件检测：硬度粒差<0.5HRC，硬度批差<1.0HRC，滚子表面残余奥氏体≤2%。
2.根据权利要求1所述的高精度长寿命滚动体热处理渗碳工艺，其特征在于：步骤1中滚子的重量和料框重量之和≤180kg。
3.根据权利要求1所述的高精度长寿命滚动体热处理渗碳工艺，其特征在于：待处理的滚子为圆锥滚子或圆柱滚子，所述圆锥滚子或圆柱滚子的直径均大于50mm。
4.根据权利要求1所述的高精度长寿命滚动体热处理渗碳工艺，其特征在于：步骤1中所述清洗装置为履带式超声波清洗机，且清洗过程中使用环保型清洗剂进行清洗。
5.根据权利要求1所述的高精度长寿命滚动体热处理渗碳工艺，其特征在于：步骤4中所述冷却装置为履带式冷水槽。
6.根据权利要求1所述的高精度长寿命滚动体热处理渗碳工艺，其特征在于：步骤5中的清洗装置为高压式喷淋的履带型清洗机，且清洗过程中均使用环保型清洗剂进行清洗。
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