本發明屬于機械制造技術領域，具體涉及一種精密機床主軸軸承基體低溫強烈淬火方法。

背景技術：

精密機床是高端制造的基礎支撐，而主軸軸承是保障其加工精度及可靠性的核心零部件。精密機床主軸軸承不僅要具備P4、P2級高精度，更為重要的是要具有良好的精度保持性以保障機床加工精度穩定，這一直是精密機床制造領域面臨的關鍵技術問題。軸承內、外套圈作為軸承的基體，其尺寸穩定性直接決定著軸承精度保持性，而軸承基體工作中由于受溫度和載荷作用而產生因內部不穩定組織轉變引起的尺寸變化，是目前發現的破壞精密機床主軸軸承精度保持性的重要原因。目前，以GCr15高碳鉻軸承鋼為主要材質的精密機床軸承基體，通常仍采用高碳鉻軸承鋼的傳統油淬工藝進行淬火，這種淬火工藝受冷卻速度和終冷溫度限制，淬火過程中奧氏體不能充分向馬氏體轉變從而遺留下來數量較多的殘余奧氏體，它被認為是影響軸承鋼尺寸穩定性的關鍵因素。對于淬火后殘余奧氏體，通常采用冷處理，促使殘余奧氏體向馬氏體轉變以減少殘余奧氏體數量。

盡管在冷處理過程中有一部分殘余奧氏體會發生轉變，然而殘余奧氏體受到周圍馬氏體的壓應力作用也逐漸增強，因此冷處理并不能完全消除殘余奧氏體，總體效果有限，而且增加了工藝流程和能源、時間消耗。為此，需要開發新的精密機床主軸軸承基體淬火工藝，從根本上控制淬火過程形成的殘余奧氏體，從而提高軸承基體尺寸穩定性和軸承精度保持性。

技術實現要素：

基于上述背景，本發明的目的在于提供一種精密機床主軸軸承基體低溫強烈淬火方法，針對傳統油淬工藝冷卻速度慢、冷卻溫度高的問題，采用超聲波作用下液氮冷卻，提高冷卻速度、降低冷卻溫度，促進馬氏體相變而減少殘余奧氏體數量，提高基體尺寸穩定性。

為了實現上述目的，本發明所采取的技術方案是：一種精密機床主軸軸承基體低溫強烈淬火方法，其特征在于包括如下步驟：首先將軸承基體(內圈、外圈)在保護氣氛下(如：氮氣保護氣氛下)加熱至835℃～850℃，升溫速率控制為1～4℃/min，然后保溫15～20分鐘；保溫結束后，將軸承基體迅速轉移至溫度-130℃～-190℃的液氮冷凍箱中，轉移時間控制在5min以內，并預先由安置在液氮冷凍箱的超聲波裝置發射超聲波激勵軸承基體，超聲波旋渦流壓力2.5～3.5MPa，軸承基體在超聲波輔助作用下低溫冷卻30～90秒后取出，自然恢復至室溫。

所述軸承基體為軸承內圈或軸承外圈。

所述超聲波功率為300～500W。

本發明的有益效果：本發明采用液氮冷卻介質進行冷卻，冷卻速度快、終冷溫度低，為馬氏體相變創造了更有利的條件；通過超聲波激勵，能夠破壞冷卻時在軸承基體表面形成的氣化薄膜，消除了氣化薄膜降低冷卻速度的不利影響；通過上述方法可實現軸承基體奧氏體化加熱后低溫高速冷卻，從而促進奧氏體向馬氏體充分轉變，減少殘余奧氏體數量。此外，本發明由于冷速極快，可在軸承基體表層獲得高水平壓應力，能夠適當提高硬度和抗拉強度，而且避開了淬火裂紋和畸變易產生的快速冷卻速度區間從而抑制裂紋和畸變產生。因此，與傳統工藝相比，本發明方法能夠有效提高軸承基體尺寸穩定性、改善軸承基體力學性能，而且工藝時間短并可以取消后續冷處理，提高生產效率，還可避免油淬污染。

具體實施方式

以下僅為本發明的較佳實施例，當不能以此限定本發明的范圍。即凡依本發明申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應屬本專利涵蓋的范圍內。

實施例1

以某型號精密機床主軸軸承外圈為對象，材質為GCr15軸承鋼，按本發明方法對軸承基體進行低溫強烈淬火：將軸承基體在氮氣氣氛環境下加熱至835℃，升溫速率4℃/min，保溫時間15分鐘；然后將軸承基體快速轉移至溫度為-130℃的液氮冷凍箱中(快速轉移為：轉移速度控制在5min以內)，預先由安置在液氮冷凍箱的超聲波裝置發射超聲波激勵軸承基體，超聲波旋渦流壓力為2.5MPa，超聲波功率為300W；將軸承基體在超聲波輔助作用下低溫冷卻30秒后取出，自然恢復至室溫。

實施例2

以某型號精密機床主軸軸承內圈為對象，材質為GCr15軸承鋼，按本本發明方法對軸承基體進行低溫強烈淬火：將軸承基體在氮氣氣氛環境下加熱至850℃，升溫速率1℃/min，保溫時間20分鐘；然后將軸承基體快速轉移至溫度為-190℃液氮冷凍箱中(快速轉移為：轉移速度控制在5min以內)，預先由安置在液氮冷凍箱的超聲波裝置發射超聲波激勵軸承基體，超聲波旋渦流壓力為3.5MPa的，超聲波功率為500W；將軸承基體在超聲波輔助作用下低溫冷卻90秒后取出，自然恢復至室溫。

對按上述方法處理的軸承基體和按傳統油淬方法處理的軸承基體，采用XRD、顯微硬度儀和力學性能試驗機進行殘余奧氏體、硬度和抗力強度測試比較，結果如下表所示：

結果表明，本發明方法使軸承基體淬火后殘余奧氏體含量減少約50％，硬度和抗拉強度稍微提升，而且通過光學顯微鏡觀察基體表面和剖面沒有發現裂紋。