CN115233151A - 一种轴承套圈热处理方法及耐高温轴承 - Google Patents

一种轴承套圈热处理方法及耐高温轴承 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轴承套圈热处理方法及耐高温轴承，其中热处理过程为，将高碳铬材料(GCr15)的轴承套圈在600～640℃的温度条件下进行渗氮处理，接着升温至800～860℃进行碳氮共渗处理，再淬火冷却，最后进行回火处理。本发明的有益效果：经本发明的方法热处理后，轴承在160～200℃的高温条件下，能保持很好的尺寸稳定性和耐磨性，有利于轴承在高温条件下保持很长的使用寿命。

Description

一种轴承套圈热处理方法及耐高温轴承
技术领域
本发明属于轴承生产技术领域，具体涉及一种轴承套圈热处理方法及耐高温轴承。
背景技术
高碳铬(GCr15)轴承广泛应用，为提高使用寿命，目前常用方法是采用表面碳氮共渗工艺对轴承套圈进行热处理，从而提高硬度和强度。常用工艺为，在810℃～840℃条件下，保持碳势为1.0～1.5、氮势为2～6％进行处理，接着进行淬火和回火。但经过这种工艺处理的零件表面显微组织中碳氮化物呈现大块状甚至是壳状，这种组织形态使得在轴承使用过程中轴承脆性增大，增大了出现轴承严重失效的事故率。专利文献CN101748270A公开了一种高碳铬(GCr15)轴承碳氮共渗处理后表面细化工艺，使渗入轴承套圈表面的碳氮化物得到细化，使轴承的使用寿命提高15％。然而在载荷较大、轴承长时间高速旋转时，轴承温度将升高至150°以上，或者工作温度较高的场景下，轴承套圈的尺寸比常温状态发生较大变化，高温下轴承耐磨性也会发生变化，对轴承的使用寿命不利。现有的热处理方法对轴承性能的改善还有提升空间。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种轴承套圈热处理方法。
其技术方案如下：
一种轴承套圈热处理方法，其关键在于按照以下过程进行：将高碳铬材料(GCr15)的轴承套圈在600～640℃的温度条件下进行渗氮处理，接着升温至800～860℃进行碳氮共渗处理，再淬火冷却，最后进行回火处理。
作为优选，上述碳氮共渗处理分为两个阶段，其中第一阶段在800～820℃条件下进行，保温3～5小时，然后升温至840～860℃进入第二阶段，保温20～30 分钟。
作为优选，上述方法具体步骤为：
步骤一、将所述轴承套圈在1.3～2％的氮势条件下，于600～640℃的温度条件下保温5～7小时；
步骤二、再将所述轴承套圈升温至800～820℃，在0.8～1.5％的氮势条件、 1.0～1.3的碳势条件下，保温3～5小时；
步骤三、保持氮势和碳势不变，将所述轴承套圈继续升温至840～860℃，保温20～30分钟；
步骤四、将所述轴承套圈于80～120℃淬火冷却；
步骤五、清洁所述轴承套圈，冷却至室温后，再进行回火处理。
作为优选，上述步骤四中，在快速淬火油中进行淬火。
作为优选，上述回火处理温度为210～250℃。
作为优选，上述回火处理的时间为3～4小时。
作为优选，上述步骤五中，进行2～3次回火处理。
本发明的目的之二在于提供一种耐高温轴承。
其技术方案如下：
一种耐高温轴承，其关键在于轴承套圈经上述任意一项方法热处理后，再组装得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果：经本发明的方法热处理后，轴承在160～200℃的高温条件下，能保持很好的尺寸稳定性和耐磨性，有利于轴承在高温条件下保持很长的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的热处理过程示意图；
图2为几种不同热处理工艺处理后轴承套圈的尺寸稳定性对比。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
轴承套圈热处理
如图1，一种轴承套圈热处理方法，用于高碳铬材料(GCr15)的轴承套圈的热处理，与传统方法不同的是，先将轴承套圈在600～640℃的温度条件下进行渗氮处理，接着升温至800～860℃进行碳氮共渗处理，再淬火冷却，最后进行回火处理。
为进一步提高热处理效果，所述碳氮共渗处理分为两个阶段，其中第一阶段在800～820℃条件下进行，保温3～5小时，然后升温至840～860℃进入第二阶段，保温20～30分钟。
以6202型轴承为例，结合几种具体方式说明热处理的过程。
实施例1
一种轴承套圈热处理方法，步骤为：
步骤一、将轴承套圈在1.3％的氮势条件下，于600℃保温7小时；
步骤二、再将所述轴承套圈升温至820℃，在1.5％的氮势条件、1.0的碳势条件下，保温3小时；
步骤三、保持氮势和碳势不变，将轴承套圈升温至860℃，保温30分钟；
步骤四、将所述轴承套圈于120℃在快速淬火油中淬火冷却；
步骤五、清洁所述轴承套圈，冷却至室温后，再进行回火处理，回火处理温度为210℃，时间为4小时，进行3次回火处理。
渗氮处理时，向热处理炉腔内持续通入氨气，从而在炉腔内形成相应的氮势气氛。碳氮共渗处理时，叠加通入甲醇、丙烷、氮气和氨气，从而在炉腔内形成相应的碳势、氮势气氛。
实施例2
一种轴承套圈热处理方法，步骤为：
步骤一、将轴承套圈在1.6％的氮势条件下，于640℃保温6小时；
步骤二、再将所述轴承套圈升温至800℃，在1.2％的氮势条件、1.1的碳势条件下，保温5小时；
步骤三、保持氮势和碳势不变，将轴承套圈升温至840℃，保温30分钟；
步骤四、将所述轴承套圈于80℃在快速淬火油中淬火冷却；
步骤五、清洁所述轴承套圈，冷却至室温后，再进行回火处理，回火处理温度为250℃，时间为3小时，进行2次回火处理。
实施例3
一种轴承套圈热处理方法，步骤为：
步骤一、将轴承套圈在2％的氮势条件下，于640℃保温5小时；
步骤二、再将所述轴承套圈升温至820℃，在0.8％的氮势条件、1.3的碳势条件下，保温3小时；
步骤三、保持氮势和碳势不变，将轴承套圈升温至860℃，保温20分钟；
步骤四、将所述轴承套圈于120℃在快速淬火油中淬火冷却；
步骤五、清洁所述轴承套圈，冷却至室温后，再进行回火处理，回火处理温度为250℃，时间为3小时，进行3次回火处理。
对照例1
一种轴承套圈热处理方法，步骤参照实施例1，不同之处在于：省略步骤一，其余处理步骤和工艺条件均不变。
对照例2
一种轴承套圈热处理方法，步骤参照实施例1，不同之处在于：省略步骤三；步骤二中，直接升温至800℃，在1.2％的氮势条件、1.1的碳势条件下，保温5.5小时。碳氮共渗时间与实施例1中相同。
尺寸稳定性测试
取实施例1～3、对照例1和2处理后的轴承套圈样品，在高温条件下进行 22小时、70小时和140小时保温试验，每个保温时长条件下各种样品数量不少于6件，测试环境温度控制在160～200℃范围内波动，测量试验前后轴承套圈的尺寸，尺寸变化量以均值表示，以考察其尺寸稳定性。由于轴承套圈尺寸发生改变时，内径、沟道和外径等尺寸的变化具有一致性，因此试验时仅测量轴套套圈的外径即可。
如图2所示，在进行22小时试验后，实施例1～3、对照例2的样品的尺寸几乎没有明显变化，对照例1的样品平均尺寸变化为5.2μm；经70h保温试验后，实施例1～3、对照例2的样品的的平均尺寸略有变化，对照例1的样品平均尺寸变化为11μm；经140h保温试验后，各组样品的尺寸均发生一定变化，但实施例1～3的样品平均尺寸变化量在2μm以内，对照例2的样品的的平均尺寸变化量为4.2μm，对照例1的样品平均尺寸变化达到27μm。
实施例1的部分样品试验前后相对于设计尺寸的偏差、尺寸变化量如表1 所示，不超过70h的保温后，样品尺寸几乎没有改变，在140h后样品尺寸仅略有变化。
表1实施例1的部分样品试验前后尺寸及尺寸变化量(μm)
Figure RE-GDA0003857875550000051
轴承寿命试验
保持滚珠、保持架和润滑脂一致，将实施例1～3、对照例1和2制得的轴承套圈组装成轴承试样，然后按照GB/T 6391-2010《滚动轴承额定动载荷和额定检验及判定寿命》和GB/T 24607-2009《滚动轴承寿命可靠性试验及评定方法》规定的方法进行轴承性能测试。
试验结果发现，由实施例1～3得到的轴承套圈组装的轴承试样，其轴承寿命可靠性系数大于设计寿命的1.4倍，满足设计要求。对照例1得到的轴承套圈组装的轴承试样，轴承寿命测试结果远远低于实施例1～3得到的轴承套圈组装的轴承试样，远远低于设计要求。对照例2得到的轴承套圈组装的轴承试样，轴承寿命测试结果优于对照例1得到的轴承套圈组装的轴承试样，接近设计寿命。
将实施例1～3得到的轴承套圈组装的轴承试样送至车辆主机厂进行高温耐久台架寿命试验，试验结果合格，能够满足设计要求。
比较实施例1～3、对照例2与对照例1的轴承套圈样品和轴承试样测试性能结果，发现轴承套圈的高温尺寸稳定性得到显著提升，并且轴承寿命得到提高，推测热处理过程中先进行渗氮处理再进行碳氮共渗处理，是试样性能改善的主要原因。
轴承套圈(GCr15)表层通过热处理渗入N等原子后，对于表面改性层在降低其摩擦系数的同时，也能提高耐磨损性能，其表面改性层以磨粒磨损为主，兼有粘着磨损；先渗氮再共渗，能够增加优化调整套圈表面硬度和强度，从而减少金属材料的摩擦系数。
两步热处理工艺能够有效控制磨削加工后轴承套圈尺寸精度的稳定性，轴承在使用过程中，特别是高温状态下，尺寸变化小，避免轴承与安装孔或轴产生相对滑动，不会造成增加驱动力；减少轴承工作游隙变化，不造成负游隙(导致温度升高)，降低摩擦阻力。
比较实施例1～3与对照例2的轴承套圈样品和轴承试样测试性能结果，推测碳氮共渗分两个阶段进行，也对样品性能提升具有较大贡献，特别是对轴承寿命的提升有促进作用。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种轴承套圈热处理方法，其特征在于按照以下过程进行：将高碳铬材料(GCr15)的轴承套圈在600～640℃的温度条件下进行渗氮处理，接着升温至800～860℃进行碳氮共渗处理，再淬火冷却，最后进行回火处理。
2.根据权利要求1所述的一种轴承套圈热处理方法，其特征在于：所述碳氮共渗处理分为两个阶段，其中第一阶段在800～820℃条件下进行，保温3～5小时，然后升温至840～860℃进入第二阶段，保温20～30分钟。
3.根据权利要求2所述的一种轴承套圈热处理方法，其特征在于具体步骤为：
步骤一、将所述轴承套圈在1.3～2％的氮势条件下，于600～640℃的温度条件下保温5～7小时；
步骤二、再将所述轴承套圈升温至800～820℃，在0.8～1.5％的氮势条件、1.0～1.3的碳势条件下，保温3～5小时；
步骤三、保持氮势和碳势不变，将所述轴承套圈继续升温至840～860℃，保温20～30分钟；
步骤四、将所述轴承套圈于80～120℃淬火冷却；
步骤五、清洁所述轴承套圈，冷却至室温后，再进行回火处理。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种轴承套圈热处理方法，其特征在于：所述步骤四中，在快速淬火油中进行淬火。
5.根据权利要求1～3任意一项所述的一种轴承套圈热处理方法，其特征在于：所述回火处理温度为210～250℃。
6.根据权利要求5所述的一种轴承套圈热处理方法，其特征在于：所述回火处理的时间为3～4小时。
7.根据权利要求6所述的一种轴承套圈热处理方法，其特征在于：所述步骤五中，进行2～3次回火处理。
8.一种耐高温轴承，其特征在于轴承套圈经权利要求1～5任意一项方法热处理后，再组装得到。
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