CN113564490B

CN113564490B - 一种添加微量元素的8Cr4Mo4V航空轴承钢

Info

Publication number: CN113564490B
Application number: CN202110897108.5A
Authority: CN
Inventors: 于兴福; 魏英华; 郑冬月; 赵文增; 赵鑫; 苏勇; 刘伟军
Original assignee: Shenyang University of Technology
Current assignee: Shenyang University of Technology
Priority date: 2021-08-05
Filing date: 2021-08-05
Publication date: 2022-06-17
Anticipated expiration: 2041-08-05
Also published as: CN113564490A

Abstract

本发明属于金属材料领域，涉及一种添加微量元素的8Cr4Mo4V航空轴承钢。本发明的8Cr4Mo4V航空轴承钢，是在8Cr4Mo4V航空轴承钢中加入微量元素，包括以下组分组成：C：0.832‑0.842wt%、Cr：4.11‑4.13 wt%、Mo：4.19‑4.27 wt%、V：0.97‑0.99 wt%、微量元素、Fe：余量。本发明的8Cr4Mo4V航空轴承钢，改善液析碳化物形态，调控热处理期间碳化物析出形态、数量及分布特征，优化综合性能。

Description

一种添加微量元素的8Cr4Mo4V航空轴承钢

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种添加微量元素的8Cr4Mo4V航空轴承钢。

背景技术

我国中低端轴承用钢的综合性能已经能够满足使用要求，但是部分高端航空轴承用钢仍依赖进口，其寿命短，尺寸稳定性差，力学性能低，已经成为航空发动机发展的“卡脖子”问题。关于提高航空轴承钢的综合力学性能，已有大量热处理工艺的研究，主要是可通过淬火处理获得马氏体，提高材料硬度。为了解决脆性，可采用等温淬火获得贝氏体组织，降低脆性，提高材料韧性。为了进一步提高性能，又可通过热处理的方式获得马贝复合组织。但是我国航空轴承用钢的力学性能仍然与国外轴承存在一定差距，其除了热处理方面的原因以外，合金熔炼和微量元素添加种类及数量与国外仍然存在差异。现在国内对航空轴承钢中的微量元素控制研究较少，钢中的微量元素以熔炼带入为主，未做添加控制，但微量元素的作用又是非常重要的，若要提高轴承钢性能就需要添加和控制有益微量元素的种类和数量，调整轴承钢微观组织，优化其综合性能。

发明内容

鉴于国内轴承钢存在力学性能和使用性能差的问题，本发明提供一种添加微量元素的8Cr4Mo4V航空轴承钢。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种添加微量元素的8Cr4Mo4V航空轴承钢，在8Cr4Mo4V航空轴承钢中加入微量元素，包括以下组分组成：

C：0.832-0.842wt%、Cr：4.11 -4.13 wt%、Mo：4.19 -4.27 wt%、V：0.97 -0.99wt%、微量元素、Fe：余量。

进一步地，所述微量元素为B 0.002-0.014 wt%、Al 0.078-0.086 wt%、Co0.0095-0.0105 wt%、Cu 0.056-0.060 wt%、Nb 0.003-0.007 wt%、Ni 0.092-0.15 wt%、Zr0.0007-0.0021 wt%中的一种或多种组合。

一种添加微量元素的8Cr4Mo4V航空轴承钢的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、按配比称取各组分，并加入微量元素，采用真空感应和真空自耗冶炼含有微量元素的8Cr4Mo4V钢。

步骤2、对钢锭进行高温扩散处理，温度为1100-1200℃，保温时间10-30h，使元素分布均匀化。

步骤3、对钢锭进行高温变形墩拔处理，温度为950-1150℃，保温时间30-180min，细化共晶碳化物。

步骤4、将锭坯轧制成所需要尺寸的钢棒。

步骤5、球化退火后扒皮或打磨备用。球化退火的预热温度为700-750℃，预热时间为2-3h，然后加热至830-860℃，保温时间为6-7h，然后随炉冷却至720-750℃，保温时间为11-12h，然后以20℃/h的速度冷却至680℃，然后随炉冷却至500-550℃出炉空冷。

进一步地，所述步骤1中真空感应和真空自耗冶炼，熔化温度为1400-1500℃，短时间内凝固。

进一步地，所述步骤4中尺寸为φ5-200mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果为。

本发明专利是在8Cr4Mo4V航空轴承钢中加入微量元素，改善液析碳化物形态，调控热处理期间碳化物析出形态、数量及分布特征，优化综合性能。

附图说明

图1为8Cr4Mo4V轴承钢淬火后的显微组织；（a为未加入微量元素，b为加入微量元素B）

图2为8Cr4Mo4V轴承钢淬火+回火后的显微组织；（a为未加入微量元素，b为加入微量元素B）。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

步骤4、将锭坯轧制成所需要尺寸的钢棒。

进一步地，所述步骤4中尺寸为φ5-200mm。

实施例1。

步骤1、8Cr4Mo4V钢元素组成如下，C：0.832 wt%、Cr：4.11 wt%、Mo：4.20 wt%、V：0.97 wt%、B：0.002 wt%、Fe：余量。采用真空感应和真空自耗冶炼含有微量元素的8Cr4Mo4V钢。

步骤2、对钢锭进行高温扩散处理，温度为1110℃，保温时间12h，使元素分布均匀化。

步骤3、对钢锭进行高温变形墩拔处理，温度为1120℃，保温时间80min，细化共晶碳化物。

步骤4、将锭坯轧制成所需要尺寸为φ16mm的钢棒。

步骤5、球化退火后扒皮或打磨备用。球化退火的预热温度为720℃，预热时间为2h，然后加热至840℃，保温时间为6h，然后随炉冷却至730℃，保温时间为11h，然后以20℃/h的速度冷却至680℃，然后随炉冷却至500℃出炉空冷。

实施例2。

步骤1、8Cr4Mo4V钢元素组成如下，C：0.832 wt%、Cr：4.11 wt%、Mo：4.20 wt%、V：0.97 wt%、Al：0.078 wt%、Fe：余量。采用真空感应和真空自耗冶炼含有微量元素的8Cr4Mo4V钢。

步骤2、对钢锭进行高温扩散处理，温度为1160℃，保温时间20h，使元素分布均匀化。

步骤3、对钢锭进行高温变形墩拔处理，温度为1140℃，保温时间60min，细化共晶碳化物。

步骤4、将锭坯轧制成所需要尺寸为φ50mm的钢棒。

实施例3。

步骤1、8Cr4Mo4V钢元素组成如下，C：0.832 wt%、Cr：4.11 wt%、Mo：4.20 wt%、V：0.97 wt%、Co：0.0095 wt%、Fe：余量。采用真空感应和真空自耗冶炼含有微量元素的8Cr4Mo4V钢。

步骤2、对钢锭进行高温扩散处理，温度为1180℃，保温时间15h，使元素分布均匀化。

步骤3、对钢锭进行高温变形墩拔处理，温度为1150℃，保温时间90min，细化共晶碳化物。

步骤4、将锭坯轧制成所需要尺寸为φ40mm的钢棒。

对比例1。

步骤1、8Cr4Mo4V钢元素组成如下，C：0.832 wt%、Cr：4.11 wt%、Mo：4.20 wt%、V：0.97 wt%、Fe：余量。采用真空感应和真空自耗冶炼含有微量元素的8Cr4Mo4V钢。

步骤2、对钢锭进行高温扩散处理，温度为1200℃，保温时间20h，使元素分布均匀化。

步骤3、对钢锭进行高温变形墩拔处理，温度为980℃，保温时间5min，细化共晶碳化物。

步骤4、将锭坯轧制成所需要尺寸为φ35mm的钢棒。

如附图1（a）所示，未加入微量元素的8Cr4Mo4V钢显微组织中有较多未溶的颗粒状碳化物分布在晶粒内部，且碳化物尺寸不均匀，尺寸约为0.5-1μm，淬火后具有明显的晶界特征，在晶界处有棒状碳化物析出。图1（b）所示，加入微量元素B的8Cr4Mo4V钢显微组织中的碳化物尺寸明显减小，约为0-0.5μm，没有棒状碳化物，与未加入微量元素的组织相比晶界特征不明显，同时发现了贝氏体组织。

未加入微量元素的8Cr4Mo4V钢经回火后析出较多细丝状碳化物，规则排列，如附图2（a）所示。加入微量元素B的8Cr4Mo4V钢经回火后，与未加入微量元素的组织相比，析出更多细丝状碳化物，排列更加有规则，如附图2（b）所示。

对未加入微量元素和加入微量元素B的轴承钢进行拉伸性能测试，加入微量元素后轴承钢的屈服强度由2261MPa提高至2297MPa，抗拉强度由2452MPa提高至2618MPa。对未加入微量元素和加入微量元素B的轴承钢进行疲劳性能测试，加入微量元素后轴承钢的疲劳强度极限由740MPa提高至790MPa。说明加入微量元素B可以提高8Cr4Mo4V钢的力学性能。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种添加微量元素的8Cr4Mo4V航空轴承钢，其特征在于，在8Cr4Mo4V航空轴承钢中加入微量元素，包括以下组分组成：

C：0.832-0.842wt%、Cr：4.11 -4.13 wt%、Mo：4.19 -4.27 wt%、V：0.97 -0.99 wt%、微量元素、Fe：余量；

微量元素为B 0.002-0.014 wt%、Al 0.078-0.086 wt%、Co 0.0095-0.0105 wt%、Cu0.056-0.060 wt%、Nb 0.003-0.007 wt%、Ni 0.092-0.15 wt%和Zr0.0007-0.0021 wt%；

所述添加微量元素的8Cr4Mo4V航空轴承钢，其制备方法包括以下步骤：

步骤1、按配比称取各组分，并加入微量元素，采用真空感应和真空自耗冶炼含有微量元素的8Cr4Mo4V钢；

步骤2、对钢锭进行高温扩散处理，温度为1100-1200℃，保温时间10-30h，使元素分布均匀化；

步骤3、对钢锭进行高温变形墩拔处理，温度为950-1150℃，保温时间30-180min，细化共晶碳化物；

步骤4、将锭坯轧制成所需要尺寸的钢棒；

步骤5、球化退火后扒皮或打磨备用，球化退火的预热温度为700-750℃，预热时间为2-3h，然后加热至830-860℃，保温时间为6-7h，然后随炉冷却至720-750℃，保温时间为11-12h，然后以20℃/h的速度冷却至680℃，然后随炉冷却至500-550℃出炉空冷。