CN114871695B - 一种m50钢轴承套圈及其制备方法、一种轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种M50钢轴承套圈及其制备方法、一种轴承，涉及轴承制备技术领域。主要采用的技术方案为：所述M50钢轴承套圈的制备方法，包括如下步骤：将设定要求的M50钢棒材制成饼料；采用直冲孔的方式将所述饼料的中间部分去除，得到具有通孔的毛坯套圈；对所述毛坯套圈进行辗环扩孔处理，并且辗扩成形出轴承滚道，得到轴承套圈坯料；对所述轴承套圈坯料进行加工及热处理，得到M50钢轴承套圈。本发明主要用于使M50钢轴承套圈获得细小的且有序排列的碳化物碳化物按照流线有序分布，并消除轴承套圈的微缺陷，从而使M50钢轴承套圈具有较佳组织及优异的材料性能，以满足高速、高温、大载荷苛刻工况条件下长寿命轴承服役性能要求。

Description

一种M50钢轴承套圈及其制备方法、一种轴承
技术领域
本发明涉及一种轴承制备技术领域，特别是涉及一种长寿命的M50钢轴承套圈及其制备方法。
背景技术
对于主要的航空轴承钢种，由于M50航空轴承钢具有较好的高温稳定性及耐磨性，而被广泛使用。为了满足高速、高温、大载荷苛刻工况条件以及高疲劳寿命服役性能要求，使用真空感应+真空自耗熔炼方式及传统锻造+轧制热变形方式制备成棒材，随后还需对轴承套圈进行形性调控(即，对套圈的形貌和性能进行调控)，使轴承套圈具有优异的性能。
在制造轴承套圈过程中，镦粗、轧制变形工艺至关重要，除了使轴承套圈获得所需的晶粒度外，充分变形还对碳化物碎化、空间排列产生影响，同时变形还促进孔洞缺陷缩小或愈合，如果控制得当将会大大提升轴承寿命及稳定性。在碳化物及微孔缺陷控制到位前提下，还需要通过热处理获得均匀硬度分布及残奥含量，以保证轴承尺寸稳定性及基体耐磨性能。
基于当前航空轴承存在寿命低及稳定性不高的问题，亟需开发一种新的M50钢轴承套圈的制备方法，以对M50钢轴承套圈的形貌和性能进行调控，这将是一种提升轴承内部质量的有效方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种M50钢轴承套圈及其制备方法，主要目的在于使M50钢轴承套圈具有较佳组织及优异的材料性能，满足高速、高温、大载荷苛刻工况条件下长寿命轴承服役性能要求。
为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
一方面，本发明的实施例提供一种M50钢轴承套圈的制备方法，其包括如下步骤：
制备毛坯套圈步骤：将设定要求的M50钢棒材制成饼料；采用直冲孔的方式将所述饼料的中间部分去除，得到具有通孔的毛坯套圈；
制备轴承套圈坯料步骤：对所述毛坯套圈进行辗环扩孔处理，并且辗扩成形出轴承滚道，得到轴承套圈坯料；
加工及热处理步骤：对所述轴承套圈坯料进行加工及热处理，得到M50钢轴承套圈。
优选的，所述M50钢棒材满足如下要求：经XCT检测，所述M50钢棒材的孔洞微缺陷≤5μm，优选≤3.8μm。
优选的，在所述制备毛坯套圈步骤中：采用镦粗工艺将所述设定要求的M50钢棒材制成饼料；其中，加热温度为1100-1300℃；优选的，镦粗比Y≥1.8，优选为1.8-2.8；其中，镦粗比Y为棒材在高度方向缩小的高度L与棒材原始尺寸L0的比值；进一步优选的，将所述M50钢棒材镦粗至(L0-L)/2前，需采用模具约束所述M50钢棒材变形，以使其在压应力状态下完成变形。
优选的，在所述制备毛坯套圈步骤中：
去除的所述中间部分的半径≥所述饼料的半径；和/或
所述毛坯套圈的碳元素成分波动≤0.03％。
优选的，在所述制备轴承套圈坯料步骤中：
所述辗环扩孔处理的辗扩比≥1.4，优选为1.4-2.5；和/或
所述辗环扩孔处理的温度为1000-1120℃。
优选的，在所述制备轴承套圈坯料步骤中：在对所述毛坯套圈进行辗环扩孔处理的过程中，轴承滚道通过模具直接成形。
优选的，在制备轴承套圈坯料步骤之后、在所述加工及热处理步骤之前：需对所述轴承套圈坯料依次进行缓冷处理、球化退火处理；其中，所述缓冷处理的冷速＜0.02℃/S，且直到所述轴承套圈的表面温度≤100℃时结束；优选的，所述球化退火处理，包括：先在820-860℃的温度下进行第一次保温，然后在730-780℃的温度下进行第二次保温；优选的，第一次保温的时间≥3h，优选为5-10h；第二次保温的时间≥3h，优选为5-10h。
优选的，在所述加工及热处理步骤中：所述轴承套圈坯料经机械加工后，再经淬火处理、深冷处理、回火处理，得到M50钢轴承套圈；优选的，淬火处理的温度为1100-1150℃；优选的，深冷处理的温度为零下70℃-零下90℃；优选的，所述深冷处理的步骤，包括将淬火处理后的轴承套圈坯料放入零下70℃-零下90℃的冷却介质中，保持≥2h，以保证残余奥氏体组织转化≥85％；进一步优选的，深冷处理后的轴承套圈坯料回到室温后进行第一次回火处理，以使残余奥氏体＜3％，优选为三次回火处理。
另一方面，本发明实施例提供一种M50钢轴承套圈，其中，所述M50钢轴承套圈中的碳化物尺寸≤15μm；采用XCT对所述M50钢轴套圈的轴承滚道面以下1mm范围内进行检测，不存在可见孔洞微缺陷；
优选的，所述M50钢轴承套圈的晶粒度≥8级；
优选的，所述M50钢轴承套圈的硬度波动≤1.5HRC；
优选的，所述M50钢轴承套圈的残余奥氏体的含量＜3％；
优选的，所述M50钢轴承套圈的硬度≥60HRC；
优选的，所述M50钢轴承套圈的轴承滚道近表面处的碳化物随滚道平行排列；
优选的，所述M50钢轴承套圈是由上述的M50钢轴承套圈的制备方法制备而成。
再一方面，本发明实施例提供一种轴承，其中，所述轴承包括轴承内圈和轴承外圈；其中，所述轴承内圈采用上述任一项所述的M50钢轴承套圈的制备方法制备而成；和/或所述轴承外圈采用上述任一项所述的M50钢轴承套圈的制备方法制备而成。
与现有技术相比，本发明的M50钢轴承套圈及其制备方法、一种轴承至少具有下列有益效果：
本发明实施例提供一种M50钢轴承套圈的制备方法，针对M50钢这种材质的轴承套圈，设计的与该材质相应的制备方法，具体地，将设定要求的M50钢棒材制成饼料，采用直冲孔的方式将饼料的中间部分去除，得到具有通孔的毛坯套圈；对毛坯套圈进行辗环扩孔处理，并且辗扩成形出轴承滚道，得到轴承套圈坯料；对轴承套圈坯料进行加工及热处理，得到M50钢轴承套圈。在此，通过直冲孔方式，使毛坯套圈的成分更加均匀，且有助于碳化物与基体紧密接触，组织细化，再结合后续直接辗扩方法(辗扩成形出轴承滚道)，可以使轴承套圈滚道处的碳化物尺寸更细小，且碳化物按照流线有序分布，从而使热处理后轴承套圈的性能更佳，晶粒度≥8级，硬度≥60HRC，且整个轴承套圈硬度波动≤1.5HRC。
进一步地，本发明提供一种M50钢轴承套圈的制备方法，通过优选经高精度XCT检测孔洞微缺陷≤5μm的原始轴承棒材，并结合镦粗、辗扩等有效热变形工艺，尤其是通过对镦粗、辗扩、缓冷和热处理工艺过程中各参数的严格把控和调整，各工艺步骤有机结合，共同发挥作用使最终得到的轴承套圈基体变得更加致密，碳化物细小，具有长服役寿命、离散性小特点。
进一步地，本发明提供一种M50钢轴承套圈的制备方法，严格筛选各工艺参数，精确控制各工艺步骤，充分发挥其在钢组织调控中的优势效能：精确控制辗扩温度范围，实现组织再结晶充分，轴承套圈晶粒均匀且尺寸小；对轴承套圈毛坯在热处理之前进行缓冷操作，严格控制缓冷速度避免套圈在冷却过程中由于应力过大导致产生裂纹或严重变形；球化退火的两次保温过程，能够减少轴承套圈缓冷过程产生的应力，并回溶一部分缓冷过程中析出的碳化物，能够球化碳化物，使轴承套圈获得均匀球化组织，避免球化处理后冷却过程中再次产生较大应力；一淬一深冷多回火的热处理操作使二次析出的碳化物及基体组织更加均匀，残余奥氏体＜3％，且通过轮廓法测定的轴承残余应力≤200Mpa，使轴承尺寸更加稳定，保证轴承服役过程中精度不失效。
综上，本发明实施例提供一种M50钢轴承套圈的制备方法实现了长寿命M50钢轴承套圈的制备，具体地，在制备过程中，对其形性调控的原理是：选择设定要求的M50钢轴承棒材，经过合适的锻粗、冲孔以及辗扩热变形工艺控制，使M50钢轴承套圈获得细小的碳化物及有序排列，并消除轴承套圈微缺陷，在此基础上，通过热处理调控组织，提升轴承寿命及稳定性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是现有技术的M50钢轴承套圈的制备方法中的制备毛坯套圈步骤、制备轴承套圈坯料步骤的示意图；
图2是现有技术通过冷加工常规方法成型的轴承滚道的微观示意图；
图3是本发明的实施例提供的一种M50钢轴承套圈的制备方法中的制备毛坯套圈步骤、制备轴承套圈坯料(轴承外套圈)步骤的示意图；
图4是本发明的实施例在辗环扩孔处理的过程中，直接辗扩成形出的轴承滚道的微观示意图；
图5是本发明的实施例提供的一种M50钢轴承套圈的制备方法中的制备毛坯套圈步骤、制备轴承套圈坯料(轴承内套圈)步骤的示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
本发明实施例提供一种M50钢轴承套圈及其制备方法、一种轴承，主要方案如下：
一方面，本发明实施例提供一种M50钢轴承套圈的制备方法，主要包括如下步骤：
制备毛坯套圈步骤：将设定要求的M50钢棒材制成饼料；采用直冲孔的方式将所述饼料的中间部分去除，得到具有通孔的毛坯套圈。
在此，本发明的直冲孔方式指的是：将饼料的中间部分经过一次冲孔的方式直接冲掉。
该步骤具体为：
由原始棒料出发，根据钢轴承套圈的尺寸要求，设计合理棒材。经精度为1μm的XCT设备检测，所需的原始棒料的孔洞微缺陷要≤5μm。
通过镦粗工艺形成饼料，将饼料的中心区域(中间部分)通过直冲孔方式去除。如图3、图5所示，本发明实施例的直冲孔方式与目前现有的锻造加工过程中的其它闭式冲孔方式完全不同，直冲孔工艺能够使轴承套圈的成分更加均匀，保证了套圈质量一致性。现有的闭式冲孔方式如图1所示，在冲孔过程中，棒材镦粗饼料的中心区域(中间部分)没有直接冲孔掉，而是经过上表面冲孔后，上下两个面调转，进行二次冲孔，然后将中部仅剩的薄片冲掉，直到穿孔后再进行扩孔，最后通过机加工的方式，完成轴承套圈滚道加工。该闭式冲孔方式制造的轴承套圈滚道处碳化物不易碎化，并且容易团聚，不利于轴承长寿命制造需要。而如图3、图5所示，本发明的直冲孔方式是将饼料的中间部分经过一次冲孔的方式直接冲掉，去除的部分的尺寸≥饼样的半径R，这样成分更加均匀，再结合后续直接辗扩方法，可以使轴承套圈滚道处碳化物尺寸更细小，且碳化物按照流线有序分布，轴承套圈的性能更稳定且寿命高。
另外，在镦粗过程中，加热温度控制在1100-1130℃，镦粗比Y为棒材高度方向缩小高度L与棒材原始尺寸L0的比值L0/L，镦粗比Y≥1.8，优选为1.8-2.8，其中，棒材在镦粗(L0-L)/2前，需要模具约束棒材变形，使材料在压应力状态完成变形。饼料中间去除的部分的尺寸要求应大于饼料的半径R，以获得毛坯套圈，且该毛坯套圈的碳波动≤0.03％。
制备轴承套圈坯料步骤：对所述毛坯套圈进行辗环扩孔处理，同时辗扩成形出轴承滚道，得到轴承套圈坯料。
轴承滚道直接辗扩成形；毛坯套圈需要进行辗环扩孔，并且轴承滚道将通过模具直接成形，得到轴承套圈坯料。其中，辗环扩孔处理的温度为1000-1120℃，该范围的温度能够使组织再结晶充分，轴承套圈晶粒均匀且尺寸小。辗扩比λ＝S0/S1，辗环前截面积S0，辗环后截面积S1，辗扩比λ需要控制在1.4以上，优选范围在1.4-2.5。本发明的辗环扩孔处理的套圈如图4所示，可以看出：流线与滚道(沟道)平行。
在此需要说明的是：现有技术在辗环扩孔处理过程中，只是进行扩孔，并不成形轴承滚道；其中，现有技术的轴承滚道是在后续的冷加工处理时成形；成形出的轴承滚道参见图2所示，从图2可以看出：碳化物流线与滚道相交，且易存在碳化物团聚现象，加大碳化物处应力集中。
加工及热处理步骤：对所述轴承套圈坯料进行加工及热处理，得到M50钢轴承套圈。
较佳地，在制备轴承套圈坯料步骤之后、在所述加工及热处理步骤之前：需对所述轴承套圈坯料依次进行缓冷处理、球化退火处理；其中，所述缓冷处理的冷速＜0.02℃/S；优选的，所述球化退火处理，包括：先在820-860℃的温度下进行第一次保温，然后在730-780℃的温度下进行第二次保温。在此，缓冷速度的控制能够避免轴承套圈在冷却过程中应力过大，使轴承套圈产生裂纹或严重变形。缓冷之后，热处理之前进行球化退火，能够减少轴承套圈在缓冷过程产生的应力，并且回溶一部分缓冷过程中析出的碳化物，能够球化碳化物，使轴承套圈获得均匀球化组织，避免球化处理后冷却过程中再次产生较大应力。
退火处理后的轴承套圈经加工后，再经热处理(淬火、深冷、回火处理)后，得到轴承套圈。其中，回火处理可以为多次，优选三次。在热处理步骤中，采用一淬一深冷结合多次回火的操作，将使二次析出的碳化物及基体组织更加均匀，残余奥氏体＜3％，且通过轮廓法测定的轴承残余应力≤200Mpa，使轴承尺寸更加稳定，保证轴承服役过程中精度不失效。
在此，上述步骤制备的M50钢轴承套圈的晶粒度≥8级，硬度≥60HRC，且整个轴承套圈硬度波动≤1.5HRC，残余奥氏体＜3％，碳化物尺寸≤15μm，且沟道近表面处碳化物随沟道平行排列，经精度为1μm的XCT设备对轴承滚道面以下1mm范围内检测，不存在可见孔洞微缺陷，且轴承残余应力≤200Mpa，完全能够适用于航空、航天领域对轴承套圈的性能的要求，且使航空M50轴承获得长寿命。
另外，需要说明的是：上述M50钢轴承套圈的制备方法中采用的M50钢棒材，优选采用如下工艺制成：首先采用双真空熔炼工艺制备电极坯，然后将电极坯经高温扩散，之后采用多次大变形锻造或锻造+轧制方式，完成棒材内部微缺陷的控制。
较佳地，上述M50钢轴承套圈的制备方法中采用的M50钢棒材，详细的制备工艺包括如下步骤：
1)制备自耗锭步骤：对铸锭进行真空自耗重熔处理制备出自耗锭；其中，自耗锭中的单个碳化物的等效直径尺寸小于150μm，在所述自耗锭中：碳化物中的M2C碳化物的含量≥95％(需要说明的是：通过金相面积方法测定出碳化物中的M2C碳化物的含量)。
较佳地，在该步骤中，铸锭指的是：经真空感应熔炼后得到的铸锭。在此，通过对真空自耗重熔工艺进行控制，使得到的自耗锭中的单个碳化物的等效直径尺寸小于150μm，在所述自耗锭中：碳化物中的M2C碳化物的含量≥95％。
具体地，在该步骤中，主要是将熔池中心深度和自耗锭直径控制为0.5-0.65，以有效控制自耗锭凝固过程中的宏观及微观偏析，实现自耗锭中的单个碳化物的等效直径尺寸小于150μm，在所述自耗锭中：碳化物中的M2C碳化物的含量≥95％。
较佳地，通过调整熔化功率及施加结晶器强制冷却、以及在结晶器水冷的条件下还可以根据自耗锭尺寸增加空隙风冷，来使熔池深/宽(深指的是熔池中心深度；宽指的是自耗锭直径)控制为0.5-0.65。
2)碳化物高温分解处理步骤：对所述自耗锭进行碳化物高温分解处理，以使所述自耗锭中的M2C碳化物分解，得到M50轴承钢锭；其中，所述M50轴承钢锭中的单个碳化物的等效直径尺寸不大于50μm；
较佳地，在该步骤中：采用分段式加热，分别在500-600℃与800-1000℃进行保温，然后升温到1100-1170℃进行碳化物高温分解保温处理，其中，碳化物高温分解保温处理的时间≥15h。优选的，对于碳化物高温分解保温处理步骤，若温度在1150-1170℃之间，则保温处理的时间为15-20h；若温度在1100-1150℃之间，则保温处理的时间20-30h。通过碳化物高温分解保温处理促使大尺寸铸态碳化物M2C分解，实现单个碳化物等效直径尺寸不大于50μm，并且碳化物类型主要以M2C碳化物为主(通过金相观察法，碳化物中的M2C碳化物的含量≥90％)(通过金相观察法，碳化物中的M2C碳化物的含量≥90％)，由于部分M2C碳化物的回溶及转化，使碳化物中的MC碳化物的含量不超过10％，最优控制5-8％。
较佳地，在对所述自耗锭进行碳化物高温分解处理步骤之前，先对所述自耗锭依次进行球化退火处理、表面扒皮处理(在此，球化退火处理不仅便于进行表面扒皮处理，还能防止后续锻造出现表面裂纹)。所述球化退火处理包括：先在820-860℃的温度下对自耗锭进行第一次保温，然后在730-780℃的温度下对自耗锭进行第二次保温(保证碳化物部分回溶，消除应力，实现珠光体基体组织控制)；然后表面扒皮处理。(在此，球化退火处理不仅便于进行表面扒皮处理，还能防止后续锻造出现表面裂纹)。
3)热变形处理步骤：对所述M50轴承钢锭依次进行锻造、轧制处理，得到M50轴承钢棒材。
在该步骤中，首先，锻造过程中采用≥2次镦粗拔长操作，并且每次锻造比≥4，总锻造比≥8，每次拔长时采用对称压下方法，尽量保证M50轴承钢锭中心位置不偏移，整个锻造温度不低于950℃，最终形成适合轧制比的方形截面锻材，准备轧制成成品棒材。
所述需要将锻造方式完成的方形截面锻材轧制成成品棒材，初轧制温度控制为1150-1100℃，单道次轧下量＜25％，轧制比控制在2.5以上，终轧温度控制为950-1100℃。
在此，通过以上工艺控制可以获得高品质航空轴承钢M50棒材，具体为碳化物等级≤3.0级，根据(a+b)/2(a：棒材纵剖面中碳化物长轴；b：棒材纵剖面中碳化物长轴)公式对碳化物的等效直径尺寸统计：棒材中无25μm以上等效直径尺寸的碳化物、20-25μm等效直径尺寸的碳化物的含量≤0.15％；15-20μm等效直径尺寸的碳化物的含量≤1％(需要说明的是：通过金相面积方法测定)；棒材晶粒度≥8级，碳化物类型主要为M2C，棒材的孔洞微缺陷≤3.8μm。
下面通过优选实施例进一步对本发明说明如下：
实施例1
实施例1制备一种M50钢轴承套圈(轴承外套圈)的制备方法，主要制备步骤如下：
制备毛坯套圈步骤：选取直径Φ为80mm、微缺陷检测≤3.5μm的M50钢棒材。然后按照镦粗比为1.85，将M50钢棒材敦粗成饼料(其中，镦粗时的温度为1130℃)。采用如图3所示的直冲孔方式将饼料的中间部分去除，得到具有通孔的毛坯套圈。
制备轴承套圈坯料步骤：对毛坯套圈进行辗环扩孔处理；其中，辗环扩孔处理的温度为1120℃，同时辗扩成形出轴承滚道，得到轴承套圈坯料。其中，辗扩比为2.45；轴承滚道直接采用模具热成型。
加工及热处理步骤：轴承套圈坯料依次经缓冷处理、球化退火处理后，再对所述轴承套圈坯料进行机械加工及热处理(热处理主要包括淬火处理、深冷处理、回火处理；其中，淬火处理的温度为1100℃；深冷处理是：将淬火处理后的轴承套圈坯料放入-70℃的冷却介质中，保持≥2h，以保证残余奥氏体组织转化≥85％；深冷处理后的轴承套圈坯料回到室温后进行第一次回火处理，以使残余奥氏体＜3％，进行三次回火处理)，得到M50钢轴承套圈。其中，缓冷处理的冷速＜0.02℃/S，且直到所述轴承套圈的表面温度≤100℃时结束。球化退火处理为：首先在860℃进行8h保温，然后缓冷到730℃，保温10h后，缓冷到≤100℃。
在此，本实施例制备的M50钢轴承套圈的晶粒度为8.5级、硬度平均值为61HRC，且整个轴承套圈的硬度波动≤1.2HRC，残余奥氏体的含量＜3％、轴承套圈中的的碳化物尺寸最大为13μm，且滚道近表面处碳化物随滚道平行排列(参见图4所示)，经高精度XCT(精度为1μm)设备对轴承滚道面以下1mm范围内检测，不存在可见孔洞微缺陷，且轴承套圈的最大残余应力为200Mpa。其中，本实施例制备的轴承套圈按照载荷谱进行耐久考核，考核时间超过1200h。
实施例2
实施例2制备一种M50钢轴承套圈(轴承内套圈)的制备方法，主要制备步骤如下：
制备毛坯套圈步骤：选取直径Φ为90mm、微缺陷检测为≤5μm的M50钢棒材。然后按照镦粗比为2.75，将M50钢棒材镦粗成饼料(其中，镦粗时的温度为1140℃)。采用如图5所示的直冲孔方式将饼料的中间部分去除，得到具有通孔的毛坯套圈。
制备轴承套圈坯料步骤：对毛坯套圈进行辗环扩孔处理，同时辗扩成形出轴承滚道，得到轴承套圈坯料。其中，辗扩比为1.45；轴承滚道直接采用模具热成型。
加工及热处理步骤：轴承套圈依次经缓冷处理、球化退火处理后，再对所述轴承套圈坯料进行加工及热处理(热处理主要包括淬火处理、深冷处理、回火处理；其中，淬火处理的温度为1150℃；深冷处理是：将淬火处理后的轴承套圈坯料放入-90℃的冷却介质中，保持≥2h，以保证残余奥氏体组织转化≥85％；深冷处理后的轴承套圈坯料回到室温后进行第一次回火处理，以使残余奥氏体＜3％，进行三次回火处理)，得到M50钢轴承套圈。其中，缓冷处理的冷速＜0.02℃/S，且直到所述轴承套圈的表面温度≤100℃时结束。球化退火首先在850℃进行5h保温，然后缓冷到750℃，保温5h后，缓冷到≤100℃。
在此，本实施例制备的M50钢轴承套圈晶粒度为8级、硬度平均值为62HRC，且整个轴承套圈硬度波动≤1HRC，残余奥氏体的含量＜3％、轴承套圈中的的碳化物尺寸最大为15μm，且滚道近表面处碳化物随滚道平行排列，经高精度XCT(精度为1μm)设备对轴承滚道面以下1mm范围内检测，不存在可见孔洞微缺陷，且轴承套圈的最大残余应力为100Mpa。其中，本实施例所制备的轴承套圈按照载荷谱进行耐久考核，考核时间超过1200h。
对比例1
采用现有M50棒材，按照图1的工艺进行套圈加工，然后对合套轴承进行检验与考核。
在此，对比例1制备的M50钢轴承套圈晶粒度为8级、硬度平均值为62HRC，且整个轴承套圈硬度波动为≤2HRC，残余奥氏体＜3％、轴承套圈中存在一定数量15-25μm的大尺寸碳化物，且滚道近表面处碳化物存在团聚现象(参见图2所示，碳化物流线与滚道相交，存在碳化物团聚现象，加大碳化物处应力集中)，经高精度XCT(精度为1μm)设备对轴承滚道面以下1mm范围内检测，存在一定数量可见孔洞微缺陷，且轴承套圈的最大残余应力为300Mpa。轴承运行中存在500h以下轴承剥落问题。
综上，本发明实施例提供一种M50钢轴承套圈的制备方法实现了长寿命M50钢轴承套圈的制备，具体地，在制备过程中，对其形性调控的原理是：选择设定要求的M50钢轴承棒材，经过合适的锻粗、冲孔以及辗扩热变形工艺控制，使M50钢轴承套圈获得细小的碳化物及有序排列，并消除轴承套圈微缺陷，在此基础上，通过热处理调控组织，提升轴承寿命及稳定性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (15)

1.一种M50钢轴承套圈的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
制备毛坯套圈步骤：将设定要求的M50钢棒材制成饼料；采用直冲孔的方式将所述饼料的中间部分去除，得到具有通孔的毛坯套圈；其中，所述M50钢棒材满足如下要求：经XCT检测，所述M50钢棒材的孔洞微缺陷≤5μm；其中，采用镦粗工艺将所述设定要求的M50钢棒材制成饼料；镦粗比Y≥1.8；镦粗比Y为棒材在高度方向缩小的高度L与棒材原始尺寸L0的比值；将所述M50钢棒材镦粗至(L0-L)/2前，需采用模具约束所述M50钢棒材变形，以使其在压应力状态下完成变形；去除的所述中间部分的尺寸≥所述饼料的半径；所述毛坯套圈的碳元素成分波动≤0.03％；
制备轴承套圈坯料步骤：对所述毛坯套圈进行辗环扩孔处理，并且辗扩成形出轴承滚道，得到轴承套圈坯料；其中，所述辗环扩孔处理的辗扩比≥1.4；所述辗环扩孔处理的温度为1000-1120℃；
加工及热处理步骤：对所述轴承套圈坯料进行加工及热处理，得到M50钢轴承套圈；
其中，在制备轴承套圈坯料步骤之后、在所述加工及热处理步骤之前：需对所述轴承套圈坯料依次进行缓冷处理、球化退火处理；所述缓冷处理的冷速＜0.02℃/S，且直到所述轴承套圈坯料的表面温度≤100℃时结束；所述球化退火处理，包括：先在820-860℃的温度下进行第一次保温，然后在730-780℃的温度下进行第二次保温；第一次保温的时间≥3h；第二次保温的时间≥3h；
其中，在所述加工及热处理步骤中：所述轴承套圈坯料经机械加工后，再经淬火处理、深冷处理、回火处理，得到M50钢轴承套圈；淬火处理的温度为1100-1150℃；深冷处理的温度为零下70℃-零下90℃；深冷处理后的轴承套圈坯料回到室温后进行第一次回火处理，以使残余奥氏体＜3％；其中，回火处理为多次。
2.根据权利要求1所述的M50钢轴承套圈的制备方法，其特征在于，所述M50钢棒材的孔洞微缺陷≤3.8μm。
3.根据权利要求1或2所述的M50钢轴承套圈的制备方法，其特征在于，在所述制备毛坯套圈步骤中：
在采用镦粗工艺将所述设定要求的M50钢棒材制成饼料时，加热温度为1100-1300℃。
4.根据权利要求1所述的M50钢轴承套圈的制备方法，其特征在于，镦粗比Y为1.8-2.8。
5.根据权利要求1所述的M50钢轴承套圈的制备方法，其特征在于，在所述制备轴承套圈坯料步骤中：
在对所述毛坯套圈进行辗环扩孔处理的过程中，轴承滚道通过模具直接成形。
6.根据权利要求1所述的M50钢轴承套圈的制备方法，其特征在于，第一次保温的时间为5-10h；第二次保温的时间为5-10h。
7.根据权利要求1所述的M50钢轴承套圈的制备方法，其特征在于，
所述深冷处理的步骤，包括将淬火处理后的轴承套圈坯料放入零下70℃-零下90℃的冷却介质中，保持≥2h，以保证残余奥氏体组织转化≥85％。
8.根据权利要求1所述的M50钢轴承套圈的制备方法，其特征在于，深冷处理后的轴承套圈坯料回到室温后进行三次回火处理。
9.一种M50钢轴承套圈，其特征在于，所述M50钢轴承套圈中的碳化物尺寸≤15μm；采用XCT对所述M50钢轴套圈的轴承滚道面以下1mm范围内进行检测，不存在可见孔洞微缺陷；其中，所述M50钢轴承套圈是由权利要求1-8任一项所述的M50钢轴承套圈的制备方法制备而成。
10.根据权利要求9所述的M50钢轴承套圈，其特征在于，
所述M50钢轴承套圈的晶粒度≥8级。
11.根据权利要求9所述的M50钢轴承套圈，其特征在于，
所述M50钢轴承套圈的残余奥氏体的含量＜3％。
12.根据权利要求9所述的M50钢轴承套圈，其特征在于，
所述M50钢轴承套圈的硬度≥60HRC。
13.根据权利要求9所述的M50钢轴承套圈，其特征在于，
所述M50钢轴承套圈的硬度波动≤1.5HRC。
14.根据权利要求9所述的M50钢轴承套圈，其特征在于，
所述M50钢轴承套圈的轴承滚道近表面处的碳化物随滚道平行排列。
15.一种轴承，其特征在于，所述轴承包括轴承内圈和轴承外圈；其中，
所述轴承内圈采用权利要求1-8任一项所述的M50钢轴承套圈的制备方法制备而成；和/或
所述轴承外圈采用权利要求1-8任一项所述的M50钢轴承套圈的制备方法制备而成。
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