CN114606374B - 一种内c型高温轴承套圈碳化物细化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种内C型高温轴承套圈碳化物细化方法涉及高温轴承碳化物细化领域，具体涉及一种内C型高温轴承套圈碳化物细化方法，包括以下步骤：将轴承钢棒材加热，运用推轧穿孔穿孔的方式锻造成管材；将管材进行热切加工得到试样，将热切加工所得的试样立即加热进行环轧，得到C型高温轴承套圈半成品；将C型高温轴承套圈半成品空冷，进行保温1h‑3h，后随炉冷，最后出炉空冷至室温。本发明整个过程一火即可成形，极大的减少了火次，节约了时间，降低了成本，在整个热处理过程中均采用炉冷和空冷，对冷却介质和冷却方式要求低，便于操作，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及高温轴承碳化物细化领域，具体涉及一种内C型高温轴承套圈碳化物细化方法。
轴承是当代机械设备中的一种重要零件。其主要的功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证回转精度，被广泛的应用于国民经济的各个领域。在航空领域中，航空发动机是飞机的“心脏”，轴承作为航空发动机的支撑点，是航空发动机传动系统的“关节”。轴承的质量决定了航空发动机的质量。轴承钢在生产和使用过程中需要进行最严格的质量检测，被称作是“特钢之王”。因为加入的合金元素种类少、含量低，而且由于应用条件的不同，这种高碳低合金钢具有广泛的适用能力，比如载荷能力高、抗疲劳、耐磨损、耐腐蚀、具有良好的尺寸稳定性等优点，同时还具备良好的车削加工和热加工性能，可以高效高质量的制造具有优异性能的轴承。
轴承钢原材料诞生年代远远晚于青铜器与铸铁，早期轴承钢的原材料使用的是渗碳轴承钢，直到19世纪初,人们才开始研究高碳铬钢和1%碳钢作为原材料进行轴承钢的制造，诞生了1%C-1.5%Cr的轴承钢材。碳化物由于本身硬度较高，在磨损过程中可以起到保护基体的作用，一般硬度较高的碳化物对于耐磨性的提高作用更大。碳化物的尺寸对耐磨性的影响较大，一般尺寸较小的碳化物在磨损过程中即使脱落，也会随着外界磨粒转移走，而大尺寸的碳化物脱落后，可以跟着外界磨粒一起，加剧磨损的进行。所以钢材的加工过程中一般通过热处理加工工艺使得碳化物细小、均匀、弥散的析出，达到强化基体的效果，提升材料的硬度、耐磨性和抗腐蚀性等性能。
一次碳化物和二次碳化物的析出和溶解温度、合金元素含量、尺寸、形貌等差别较大，所以其控制工艺也大不相同，一次碳化物熔点高，尺寸大，一旦形成，很难通过固态相变去除，因此一次碳化物的关键环节是钢液凝固过程减少碳偏析，其次是在后续的加工过程中通过锻造将其破碎。二次碳化物较一次碳化物一般尺寸较小，溶解温度也不高，在热处理过程中大部分可以溶入基体，适当的保温条件和冷却工艺也可以有序的析出。控轧控冷工艺是控制过共析钢中碳化物形状与分布的有效途径。
为了使轴承钢中碳化物均匀细小分布，多采用锻造和热处理相配合的形式，目前主要有两种方案：
第一种方案是对轴承钢进行锻造控轧控冷。这种方案是对锻造时控制轧制参数，轧后快冷，快速通过碳化物析出温度区间，强烈抑制碳化物的析出，改善碳化物的分布情况。
钱东升于2013年对轴承组织细匀化控轧控冷方法进行了研究，具体流程为：
①在950℃-1050℃锻造成环坯。
②在控制变形量为30%-60%、变形速度为1.1-1.5m/s和变形温度为800℃-850℃下环轧成轴承环。
③将热轧轴承环浸入60℃-80℃的冷却水中冷却至400℃～ 500℃温度，取出后利用风机吹风冷却至室温。
第二种方案是通常在锻造后增加球化退火或淬回火，通过控制工艺参数和冷却方式，以获得分布均匀的细小碳化物。
浙江天马轴承股份有限公司在2012年对轴承钢热处理方法进行了研究，具体流程如下：
①在1050-1150℃始锻，保温时间在70 至90 分钟，在800-900℃之间终锻成型。
②在沸水中搅拌冷却至300-600℃，出水空冷至室温。
③球化退火：加热至790-810℃，该温度下保温150至210分钟，风冷至680-710℃并保温4-6小时，随炉冷却至650℃，出炉空冷。
采用控轧控冷的方式时，对于轧制温度、轧制参数、冷却方式和冷却介质等多有要求，程序繁琐，流程较长。锻后加球化退火或淬回火的方式时，球化退火周期长，成本很高，效率很低。锻后加淬回火时，因为对淬火的介质又多有要求，所以其实用性受到一定程度的限制。
随着对轴承使用性能和使用寿命的要求越来越高，对轴承钢内碳化物以及晶粒度大小有了更高的要求。但高温轴承钢中碳含量较高，在制作轴承套圈的过程中大块碳化物难以破碎溶解，在轴承的使用过程中成为应力集中点，降低使用性能，冷却过程中易出现二次渗碳体，在晶界呈网状分布，削弱了金属间的结合力，使钢的力学性能降低．尤其使冲击韧性下降，脆性增加。而细小的碳化物在避免应力集中的同时也能提升使用性能。
发明内容
为了解决上述问题，办法提供一种火次少、周期短的热处理和锻造工艺，提升效率，降低能耗，缩短周期，采用合理的热处理工艺，操作简易，减少对冷却方式和冷却介质要求的一种内C型高温轴承套圈碳化物细化方法。
本发明一种内C型高温轴承套圈碳化物细化方法，包括以下步骤：
第一步，将轴承钢棒材加热至950℃-1050℃，运用推轧穿孔穿孔的方式锻造成管材；
第二步，将管材进行热切加工得到试样，将热切加工所得的试样立即加热至1050℃-1150℃进行环轧，得到C型高温轴承套圈半成品；
第三步，将C型高温轴承套圈半成品空冷至750℃-850℃，进行保温1h-3h，后随炉冷却至500℃到600℃，最后出炉空冷至室温。
优选地，第二步中对试样加热后的环轧具体为：将切割后的试样固定于环轧机上，由主辊转动，带动整个试样旋转，芯辊不断进给，试样发生变形。
优选地，环轧时，主辊转速为0.8-1.2rad/s，芯辊进给速度为0.8-1.2mm/s。
优选地，轴承钢棒材为M50NiL轴承钢棒材。
本发明整个过程一火即可成形，极大的减少了火次，节约了时间，降低了成本，在整个热处理过程中均采用炉冷和空冷，对冷却介质和冷却方式要求低，便于操作，实用性强。
本发明最后以退火作为最终的冷却方式，降低硬度，改善了切削加工性能，消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向，为下一步的冷加工做好准备，同时细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。
本发明在保证套圈基本成型的基础上，辅以大变形量，破碎晶粒和大块碳化物，起到细化晶粒，均匀分布碳化物的作用，提高了产品的强度、硬度、接触疲劳等性能，延长了使用寿命。
附图说明
图1为推轧穿孔穿孔后管材结构示意图。
图2为热切加工示意图。
图3为试样结构示意图。
图4为C型高温轴承套圈半成品结构示意图。
图5为本发明热处理图。
图6为未经本发明处理而生产的M50NiL轴承钢在放大200倍下的金相图片。
图7为经本发明处理后生产的M50NiL轴承钢在放大200倍下的金相图片。
具体实施方式
本发明一种内C型高温轴承套圈碳化物细化方法，包括以下步骤：
第一步，将轴承钢棒材加热至950℃-1050℃，运用推轧穿孔的方式锻造成管材；
第二步，将管材进行热切加工得到试样，将热切加工所得的试样立即加热至1050℃-1150℃进行环轧，得到C型高温轴承套圈半成品；
第三步，将C型高温轴承套圈半成品空冷至750℃-850℃，进行保温1h-3h，后随炉冷却至500℃到600℃，最后出炉空冷至室温。
第二步中对试样加热后的环轧具体为：将切割后的试样固定于环轧机上，由主辊转动，带动整个试样旋转，芯辊不断进给，试样发生变形。
环轧时，主辊转速为0.8-1.2rad/s，芯辊进给速度为0.8-1.2mm/s。
轴承钢棒材为M50NiL轴承钢棒材。
本发明整个过程一火即可成形，极大的减少了火次，节约了时间，降低了成本，在整个热处理过程中均采用炉冷和空冷，对冷却介质和冷却方式要求低，便于操作，实用性强。
本发明最后以退火作为最终的冷却方式，降低硬度，改善了切削加工性能，消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向，为下一步的冷加工做好准备，在轧制后迅速将其冷却至奥氏体转变温度以下，防止晶粒过度长大，细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。
本发明在保证套圈基本成型的基础上，利用管材推轧成型锻造和环轧锻造所产生的大变形量，破碎晶粒和大块碳化物，细化晶粒的同时随着金属流动均匀分布碳化物，提高了产品的强度、硬度、接触疲劳等性能，延长了使用寿命。
实验对比图说明：从图6中可以看出，未经本发明处理的试样中存在大块碳化物，最大尺寸达15µm并呈链状分布，严重影响产品性能。而经本发明处理的图7试样中碳化物尺寸细小，尺寸均在10µm以下且分布弥散，无链状分布，提升了材料性能。
Claims (3)
1.一种内C型高温轴承套圈碳化物细化方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将轴承钢棒材加热至950℃-1050℃，运用推轧穿孔的方式锻造成管材；
第二步，将管材进行热切加工得到试样，将热切加工所得的试样立即加热至1050℃-1150℃进行环轧，得到C型高温轴承套圈半成品；
第三步，将C型高温轴承套圈半成品空冷至750℃-850℃，进行保温1h-3h，后随炉冷却至500℃到600℃，最后出炉空冷至室温；
第二步中对试样加热后的环轧具体为：将切割后的试样固定于环轧机上，由主辊转动，带动整个试样旋转，芯辊不断进给，试样发生变形。
2.如权利要求1所述一种内C型高温轴承套圈碳化物细化方法，其特征在于，环轧时，主辊转速为0.8-1.2rad/s，芯辊进给速度为0.8-1.2mm/s。
3.如权利要求2所述一种内C型高温轴承套圈碳化物细化方法，其特征在于，所述轴承钢棒材为M50NiL轴承钢棒材。
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