專利名稱：一種中碳軸承鋼貝氏體等溫淬火熱處理工藝方法
技術領域：
本發明涉及一種適用于耐沖擊、重載荷工況的中碳軸承鋼熱處理工藝，具體涉及一種中碳軸承鋼貝氏體等溫淬火熱處理工藝方法。
背景技術：
目前國內生產制造耐沖擊、重載荷的軸承大多采用兩種制造工藝，一種是采用 GCrl8Mo、GCrl5、GCrl5SiMn等高碳鉻軸承鋼并經常規馬氏體淬火工藝，最終獲得金相組織為回火馬氏體和均勻分布的細粒狀碳化物。由于馬氏體組織硬且脆，所以熱處理后軸承雖具有高的硬度，但韌牲不足。另一種是采用G20Cr2Ni4A滲碳鋼等經滲碳、淬火加低溫回火， 表層堅硬耐磨，心部保持高強韌性。不足之處是熱處理工藝復雜，時間長(幾十小時到百小時以上)、成本高，有時會因滲碳控制不當或使用過程中受到沖擊出現滲層剝落，影響使用壽命ο從目前普遍采用的鋼種和熱處理工藝看，存在著工藝復雜，生產周期長、成本能耗高或綜合性能不理想等不同問題。CN 100587099C公開了一種中碳軸承鋼及其制造方法，該發明鋼化學成分范圍按重量百分比計為C 0.50 1.0%、Si 0. 60 1. 50%、Mn 0. 50 1. 20%、Mo 0. 15 1. 0%, V 0. 15 1. 0%、Cr、Ni 彡 0. 30%、Cu 彡 0. 15%, S 彡 0. 025%、P 彡 0. 025%、B 0. 0005 0. 0035%,
( 0. 0015%, [H] ( 0. 0002%，余為 Fe 和不可避免的雜質。CN102108433A公開了一種軸承鋼淬火的方法，本方法的步驟為(1)淬火加熱溫度830 880°C，⑵保溫時間根據工件壁厚每100mm，保溫0. 6 1. 5h ； (3)淬火冷卻方式是淬火油或鹽浴，并進行攪拌，確保工件以大于臨界冷卻速度的冷速冷到Ms點與Mf點之間某一溫度Md，Md為150 250°C，并等溫1 120min，在工件心部冷到Md溫度后，將工件轉入到熱油或鹽浴內加熱到下貝氏體轉變溫度180 280°C，并等溫4 12h。CN1287183公開了一種適用于大載荷、重沖擊工況下的軸承鋼，其特征是它的熱處理工藝為如軸承鋼零件車加工后，采取直接高溫淬火工藝，則車加工前的軸承鋼，要對零件先進行球化退火，得到球狀珠光體組織；球化退火工藝為將鋼件加熱到730°C 士 10°C后進行保溫，保溫時間根據裝爐量多少控制在6-8小時，然后以10-15°C /小時爐內冷卻至 550°C后出爐空冷；球化退火后的零件進行車加工后，直接進行淬火和回火處理；直接淬火工藝為將軸承零件加熱到845°C 875°C 士 10°C保溫，保溫時間按有效壁厚1. 0-1. 3min/ mm控制，保溫時間到后。將軸承零件進行淬火(快速油)；淬火后軸承零件進行油回火，回火溫度為170°C 200°C，回火時間按零件有效厚度控制在3 5小時，出爐后空冷。CN102108433A發明是關于高碳鉻軸承鋼的馬貝復合組織淬火方法，該發明限于高碳鉻軸承鋼。CN1287183發明是一種適用于大載荷、重沖擊工況下的軸承鋼的熱處理工藝方法，具體是鋼件先進行調質熱處理，再進行表面高頻淬火處理，鋼件的疲勞壽命不及滲碳軸承鋼。本發明就是以CN 100587099C發明鋼為基礎，進一步開展的關于該發明鋼的熱處理工藝方法，具體是貝氏體等溫淬火熱處理工藝方法。

發明內容
本發明目的是提供一種中碳軸承鋼的貝氏體等溫淬火熱處理工藝方法，使其等溫淬火后得到下貝氏體與馬氏體復合組織，并具有高的硬度、耐磨性、良好的強韌性及較好的疲勞壽命。為達到上述目的，本發明提供一種中碳軸承鋼貝氏體等溫淬火熱處理工藝方法， 軸承零件采用貝氏體等溫淬火工藝，首先要進行正火處理，得到片狀珠光體組織，然后進行球化退火處理，得到細小均勻的球化組織，球化退火后的鋼件進行貝氏體等溫淬火和低溫回火處理。 球化退火主要為了改變鋼的組織，為最終熱處理做組織準備；同時降低硬度，改善鋼材切削性能及加工塑性。本發明所述的適用于耐沖擊、重載荷的中碳軸承鋼，其組成按質量百分數為 CO. 50 1. 0 %、Si 0. 60 1. 50 %、Mn 0. 50 1. 20 %、Mo 0. 15 1. 0 %、V 0. 15 1. 0%、Cr、Ni 彡 0. 30%,Cu 彡 0. 15%,S 彡 0. 025%,P 彡 0. 025%,B 0. 0005 0. 0035%,
^ 0. 0015%, [H] < 0.0002%，余為!^e和不可避免的雜質。優選的，正火工藝為將鋼件加熱到860 890°C后保溫20 40min，出爐空冷；球化退火工藝為將鋼件加熱到750 780°C，保溫4 6小時，隨爐冷到600°C后空冷。貝氏體等溫淬火工藝為將軸承零件加熱到920 940°C保溫，保溫時間按有效壁厚1. 0 1. ;3min/mm控制；保溫時間到后，將零件在260 270°C在等溫淬火介質中進行等溫淬火，等溫時間20 30min ；等溫淬火介質為KN03+NaN02，KN03+NaN02比例為1 1. 1 1 1.3 ;1(而3+妝而2在中高溫有較強的冷卻能力，作為本次試驗的淬火介質。等溫淬火后進行低溫回火，回火溫度為190 210°C，回火時間按零件有效壁厚控制在2 4h，出爐后冷卻。本發明通過在一定范圍內調整熱處理溫度和保溫時間，以及淬火介質配比，能夠處理軸承零件的最大尺寸(有效壁厚)為40mm。本發明的有益效果1、采用本發明工藝，一種中碳軸承鋼可獲得下貝氏體/馬氏體混合組織；最優的綜合性能硬度彡56HRC，沖擊韌度α k彡40J/cm2，耐磨性能良好。2、所述中碳軸承鋼貝氏體等溫淬火后接觸疲勞壽命和滲碳軸承鋼水平基本相當， 具體見附表1、圖2。目前，適用于耐沖擊、重載荷工況的軸承廣泛采用是滲碳軸承鋼材料， 并經滲碳、淬火加低溫回火，滲碳熱處理后表層堅硬耐磨，心部保持高強韌性，具有高的接觸疲勞壽命；CN 100587099C發明鋼制造成本約是滲碳軸承鋼材料制造成本的1/2 ；并且由于滲碳熱處理工藝復雜，時間長(幾十小時到百小時以上)，本發明的貝氏體等溫淬火熱處理工藝成本約為滲碳熱處理工藝成本的1/3 ；因此所述中碳軸承鋼貝氏體等溫淬火后接觸疲勞壽命和滲碳軸承鋼水平基本相當，使得在更多的耐沖擊、重載荷工況的軸承制造成本降低和壽命提高，在例如國外引進軋鋼機的軸承配套領域替代了進口軸承配件，促進了配件的國產化。


圖1為優選的一種中碳軸承鋼貝氏體等溫淬火工藝示意圖。圖2為一種中碳軸承鋼貝氏體等溫淬火后的接觸疲勞壽命P-N曲線。其中，橫坐標為疲勞壽命N，即在一定的接觸應力下，試樣產生疲勞剝落時的循環次數；縱坐標表示在該循環次數下的破壞概率P (N) s。圖3、4、5分別為實施例1、2、3形成的金相組織。
具體實施例方式以下以具體實施例對本發明作進一步說明。實施例1 軸承壁厚40mm。貝氏體等溫淬火工藝，包括以下工序下料后的軸承鋼，首先進行鍛造，在車底式燃氣爐中加熱，加熱溫度1140 1160°C，保溫時間0. 3 0. anin/mm，始鍛溫度在1090 1110°C，終鍛溫度控制在890 910°C。鍛后進行正火+球化退火；正火溫度為860 890°C，保溫20 40min，出爐空冷， 形成片狀珠光體組織；正火后進行球化退火，球化退火溫度750 780°C，保溫4 6小時， 隨爐冷到600°C后空冷，形成細小均勻的球化組織。球化退火后的鋼件進行貝氏體等溫淬火和低溫回火處理；貝氏體等溫淬火工藝為將軸承零件加熱到920 940°C保溫，保溫時間按有效壁厚1. 0 1. !Bmin/mm控制；保溫時間到后，將零件在260°C進行等溫淬火，采用淬火介質KN03+NaN02比例為1 1. 15，等溫時間為30min ；等溫淬火后進行回火，回火溫度為 190°C，回火時間4h，出爐后冷卻，最后形成下貝氏體/馬氏體混合組織，金相組織見附圖3。實施例2 軸承壁厚30mm。貝氏體等溫淬火工藝，包括以下工序
下料后的軸承鋼，首先進行鍛造，在車底式燃氣爐中加熱，加熱溫度1140 1160°C，保溫時間0. 3 0. 7min/mm，始鍛溫度在1090 1110°C，終鍛溫度控制在890 910°C。鍛后進行正火+球化退火；正火溫度為860 890°C，保溫20 40min，出爐空冷， 形成片狀珠光體組織；正火后進行球化退火，球化退火溫度750 780°C，保溫4 6小時， 隨爐冷到600°C后空冷，形成細小均勻的球化組織。球化退火后的鋼件進行貝氏體等溫淬火和低溫回火處理；貝氏體等溫淬火工藝為將軸承零件加熱到920 940°C保溫，保溫時間按有效壁厚1. 0 1. anin/mm控制；保溫時間到后，將零件在260°C進行等溫淬火，采用淬火介質KN03+NaN02比例為1 1. 2，等溫時間為25min ；等溫淬火后進行回火，回火溫度為 190°C，回火時間3h，出爐后冷卻，最后形成下貝氏體/馬氏體混合組織，金相組織見附圖4。實施例3軸承壁厚20mm。貝氏體等溫淬火工藝，包括以下工序下料后的軸承鋼，首先進行鍛造，在車底式燃氣爐中加熱，加熱溫度1140 1160°C，保溫時間0. 3 0. 6min/mm，始鍛溫度在1090 1110°C，終鍛溫度控制在890 910°C。鍛后進行正火+球化退火；正火溫度為860 890°C，保溫20 40min，出爐空冷， 形成片狀珠光體組織；正火后進行球化退火，球化退火溫度750 780°C，保溫4 6小時，隨爐冷到600°C后空冷，形成細小均勻的球化組織。球化退火后的鋼件進行貝氏體等溫淬火和低溫回火處理；貝氏體等溫淬火工藝為將軸承零件加熱到920 940°C保溫，保溫時間按有效壁厚1. 0 1. anin/mm控制；保溫時間到后，將零件在270°C進行等溫淬火，采用淬火介質KN03+NaN02比例為1 1. 3，等溫時間為20min ；等溫淬火后進行回火，回火溫度為 200°C，回火時間2h，出爐后冷卻，最后形成下貝氏體/馬氏體混合組織，金相組織見附圖5。實施例1 3的性能見表1和表2。表1采用本發明工藝軸承接觸疲勞壽命結果
權利要求
1.一種中碳軸承鋼貝氏體等溫淬火熱處理工藝方法，軸承零件采用貝氏體等溫淬火工藝，首先要進行正火處理，得到片狀珠光體組織，然后進行球化退火處理，得到細小均勻的球化組織，球化退火后的鋼件進行貝氏體等溫淬火和低溫回火處理。
2.如權利要求1所述的中碳軸承鋼貝氏體等溫淬火熱處理工藝方法，其特征是，所述的正火工藝為將鋼件加熱到860 890°C后保溫20 40min，出爐空冷。
3.如權利要求1所述的中碳軸承鋼貝氏體等溫淬火熱處理工藝方法，其特征是，所述的球化退火工藝為將鋼件加熱到750 780°C，保溫4 6小時，隨爐冷到600°C后空冷。
4.如權利要求1所述的中碳軸承鋼貝氏體等溫淬火熱處理工藝方法，其特征是，所述的貝氏體等溫淬火工藝為將軸承零件加熱到920 940°C保溫，保溫時間按有效壁厚 1. 0 1. anin/mm控制；保溫時間到后，將零件在260 270°C在等溫淬火介質中進行等溫淬火，等溫時間20 30min。
5.如權利要求4所述的中碳軸承鋼貝氏體等溫淬火熱處理工藝方法，其特征是，所述的等溫淬火介質為KN03+NaN02，KN03+NaN02比例為1 1. 1 1 1. 3。
6.如權利要求1所述的中碳軸承鋼貝氏體等溫淬火熱處理工藝方法，其特征是，等溫淬火后進行低溫回火，低溫回火溫度為190 210°C，低溫回火時間按零件有效壁厚控制在 2 4h，出爐后冷卻。
全文摘要
本發明涉及一種中碳軸承鋼貝氏體等溫淬火熱處理工藝，首先要進行正火處理，得到片狀珠光體組織，然后進行球化退火處理，得到細小均勻的球化組織，球化退火后的鋼件進行貝氏體等溫淬火和低溫回火處理。采用該工藝方法處理后的軸承具有高硬度、高耐沖擊韌性、高耐磨性和長疲勞壽命，較好地滿足了耐沖擊、重載荷的冶金礦山、石油等軸承性能需要，具有較好的經濟效益。
文檔編號C21D1/60GK102534134SQ20121000200
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者戈文英, 敖青, 李泰 , 田磊, 翟正龍 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司