CN85109155A - 轴承钢工件综合强化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于轴承钢的热处理。用预处理匀细化钢件整体，用离子氮碳共渗的中间处理为强化表面准备成份条件，用最终处理获得表面层为高氮、碳浓度的回火马氏体及高度匀细化的整体组织达到综合强韧化。与现有方法相比，取消了球化退火和冷处理工序，钢件能在高达240～300℃下保持高硬度(＞HRC61)和耐磨性而无脆性剥落并显著提高了抗疲劳性能。本发明处理的轴承钢制船用喷油嘴的使用寿命已超过了国际名牌Sulzer RLB型组合式喷油嘴规定的指标。
Description
本发明属于热处理，更具体地说是用于轴承钢工件强化的热处理工艺。
通常对轴承钢工件进行热处理的方法是：以球化退火为预处理，以淬火、冷处理、回火和时效为最终处理（见机械工业出版社1978年10月出版的《热处理手册》第二册和上海科学技术文献出版社1983年10月出版的《轴承钢的组织与性能》）。此种方法中的球化退火因不能改善奥氏体晶粒遗传和粗大的、断续的网状碳化物，从而不能为后续热处理准备好细密的组织条件。淬火、冷处理和回火虽能使工件硬度≥HRC60，但既不能完全消除工件的残余应力，且其服役条件也不能超过200℃，否则，其硬度将不能维持，耐磨性也将下降。如在200～260℃的温度下工作时，残余奥氏体将会迅速转变，直至全部无存;马氏体也全部分解为回火马氏体。这些组织变化无疑会导致工件胀缩变形，冷处理的作用丧失。同时现有工艺在工件表面形成的残余拉应力会使工件形成显微裂纹和扩展，从而使其抗疲劳性能低下，耐磨性也差。例如;用现有的方法处理的轴承钢制船用43/82型喷油咀的寿命仅为2000小时。
为提高轴承钢工件的强韧性有单纯采用所谓双细化工艺者，即高温奥氏体化加下贝氏体等温淬火，再进行高温回火，继之进行淬火、回火处理（见《金属热处理》1983.3.P15～18）。这种热处理方法依然没有解决淬火后表面的残余拉应力和超过200℃服役时的硬度降低问题。即回火抗力不高。
为提高表面硬度和回火抗力有对GCr15制油咀采用高浓度气体碳氮共渗（见《金属热处理》1983.10 P41～46）后再进行淬火、回火的最终处理，但这种方法没有解决心部强韧化问题，且有在长时间使用后高浓度碳氮化物剥落问题。
本发明的目的是：提高其服役温度、抗疲劳、耐磨损和整体强韧化，从而扩大了工件应用范围并提高使用寿命。
本发明的技术方案是：1）取消球化退火的预处理，采取新的预处理即在AC1+200℃的高温下使轴承钢坯件奥氏体化，继之以下贝氏体等温淬火和高温回火。以此来达到为后续处理准备细密的组织条件，即消除坯件的原始奥氏体遗传和粗大的、断续的网状碳化物，从本质上奠定提高强韧性和使用寿命的基础，同时也改善了切削加工性。
2）对上述处理后并完成机加工和半精加工的工件进行离子氮碳共渗的中间处理，使表面获得一层具有含合适的氮浓度和碳浓度高于心部的渗层，以此来改变工件表面的化学成份，保证通过最终处理时在工件表面形成残余压应力，即从根本上阻止显微裂纹的形成和扩展，从而提高疲劳抗力和耐磨性。同时赋与工件表面以较高的回火抗力，以满足更高的服役温度，并长期使用不出现脆性剥落。
3）工件经中间处理进入最终处理时，淬火后不再进行冷处理，而是直接通过提高回火温度和缩短时效时间来完成。即将经前述离子氮碳共渗的工件加热到淬火温度后，继之进行分级淬火，和高于现有工艺40～120℃的短时回火;当工件经精加工后再进行低温短时时效。以消除精加工应力。
此工艺的预处理，中间处理和最终处理是有机结合来提高轴承钢制件寿命的一整套综合强韧化工艺。
本发明的具体实施例：用轴承钢G Cr15制43/82型油咀体为例。1）将原料或锻件加热至1050±5℃、保温、淬入280～300℃盐浴中等温3小时。空冷、清洗后进行720～740℃高温回火2小时，为后续处理准备组织条件并改善切削加工性，硬度HB 207～229。2）中间处理：钢件经预处理后、再经机加工、留单面磨量0.03～0.05mm，在气氛为99.9%氨：96.5%丙酮＝10/1，气压8～10托（形状简单件）。15～20托（形状复杂多孔件），温度580～600℃，电压800～840V，电流密度≈1.4mA/cm2（简单件）。≤1.3mA/cm2（复杂多孔件）进行离子氮碳共渗4小时。获得白亮层8～15微米。扩散层0.18～0.25毫米的渗层深度。3）最终处理：将经前述处理的钢件加热至830～860℃，保温，淬火160℃硝盐中分级级停留5分钟（简单件）或10分钟（多孔复杂件）。空冷后进行240～300℃回火2小时，可得硬度≥HRC61，钢件精加工后进行120～130℃时效2小时。本发明适用于≤300℃温度条件工作的精密偶件如喷油咀，油泵、轴承、工模具和高强度机械零件，摩擦付等。
本发明与现有技术相比的优点如下：
1、回火抗力高。在较高的工作温度下能保持高硬度，见表1。
表1
2、本发明处理的磨损试样的耐磨性能高。
试验条件：M200型磨损试验机，压力10kg，转速200转/分钟，时间2小时，纯滑动、干摩擦。
数据见表2 表2
3、本发明处理的船用喷油咀使用寿命长，见表3。
表3
Claims (3)
1、轴承钢工件的热处理常用工艺是：以球化退火为预处理，以淬火、冷处理，回火和时效为最终处理，本发明的特征是为改变工件的表面化学成份而在预处理和最终处理之间增加了低温离子氮碳共渗的中间处理。
2、按权利要求1所述的方法，其特征在于所说的预处理是对工件采取Ac1+200℃的高温奥氏体化，继之以下贝氏等温淬火和高温回火;所说的最终处理是把经过离子氮碳共渗的工件加热到淬火温度，继之进行分级淬火，接着以高于现有工艺40～120℃的温度进行短时回火，当工件经精加工后，再进行低温短时时效。
3、按权利要求2所述的方法，其特征在于：所说的高温奥氏体化温度为1050±5℃，所说的等温淬火的温度为280～300℃，时间为3小时;所说的高温回火温度为720～740℃时间为2小时;所说的离子氮碳共渗的条件是气氛为丙酮/氨＝1/10，温度为580～600℃，气压为8～10托（简单件），15～20托（有孔复杂件），电压为800～840V，电流密度≤1.3mA/cm2，时间为4小时，所说的淬火温度为840±10℃;所说的分级淬火是在160±5℃的硝盐中进行，所说的短时回火温度为240～300℃，时间为2小时;所说的低温短时效的温度为120～130℃，时间为2小时。
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