一种适用于大载荷、重冲击工况下的轴承钢及热处理工艺制造技术

一种适于大载荷、重冲击工况下的轴承钢，其化学组成为（重量百分比）：Ｃ：０．６－０．８；Ｃｒ：０．２－０．３４；Ｍｎ：０．５５－０．８５；Ｓｉ：１．０－１．３；Ｍｏ：０．４－０．６；Ｖ：０．２－０．４；Ｓ≤０．０２５；Ｐ≤０．０２５，余下为Ｆｅ。其热处理工艺为对车加工后轴承零件采用直接淬火工艺，对其钢件先进行球化退火，以期得到球状珠光体组织；然后进行直接淬火和回火处理。对车加工后轴承零件采用高频表面淬火工艺，对其钢件先进行正火和回火或调质处理，以期得到索氏体组织，然后进行高频表面淬火和回火处理。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钢的材料及其处理工艺
，主要涉及大载荷重冲击工况下的轴承钢及适用于该钢种的热处理工艺。目前国内生产制造大载荷、重冲击的轴承，如钢厂的轧机，铁路机车车辆，以及矿山、石油等机械上轴承，现有技术是1．采用的材料是GCr18Mo和渗碳钢中的20Cr2Ni4A，20CrNi2MoA等钢材。2．轴承生产所用的热处理对GCr18Mo等是采用等温处理，以获得下贝氏体或下贝加马氏体组织，需要热处理的时间一般在四到五个小时。而对20Cr2Ni4A等渗碳钢是采用渗碳处理，热处理时间从几十个小时到百八十小时，有的高达130-190小时。它们在车加工前都需要球化处理工序，且费用高。20Cr2Ni4A等渗碳钢的深层渗碳处理渗碳工艺曲线见附附图说明图1。从附图1可以看出，20Cr2Ni4A等渗碳钢的深层渗碳处理的总时间需要130-190小时，工艺复杂，生产周期长，从能源到补助材料消耗都很大。目前国内轴承生产上对渗碳钢基本上都采用这种类似工艺。渗碳周期长。GCr18Mo的等温淬火工艺曲线见附图2-1、2-2。附图2-1为中大壁厚套圈等温淬火工艺曲线。附图2-2为特大壁厚套圈等温淬火工艺曲线。采用等温处理对目前已用钢种来讲如果在Ms点以上10℃等温，等温时间需10小时方能得到下贝氏体组织，在Ms点以上50-60℃温度等温需等温时间4小时，并且等温处理，如果采用盐浴、淬火后尚需增加清洗工件表面盐膜工序，比直接高温淬火复杂。从目前普遍采用的轴承钢进行等温和渗碳热处理工艺来看，共同存在着生产周期长，能耗大，原材料价格高，生产效率低，热处理工艺复杂等问题。本专利技术的目的就是设计一种成本低、效益大、能耗小、寿命高的大载荷、重冲击工况下运行的轧机、铁路机车车辆等轴承用的钢材。该钢可以直接用高温淬火处理或直接用高频淬火这一简单热处理工艺，就可获得GCr18Mo等温处理或20Cr2Ni4A渗碳处理所获得的机械性能，而且有的机械性能，比如ak冲击值，压入塑性变形的抗力等又高于GCr18Mo等温处理和20Cr2N4A渗碳方法所获得的机械性能。本技术方案钢的化学成份的设计要点及目标满足大载荷、重冲击工况下运行的机车、轧机、矿山等轴承制造的需求，并要改变现有复杂的工艺路线为目标，努力寻求高强度，高弹性，高比例极限和高冲击抗力，特别多次高冲击疲劳强度为主干，并考虑淬硬性、淬透性、耐磨性等方面而进行设计的。本钢种化学成份1、首先考虑到Si、Mn弹性钢的特性。如果1.2-2.0％Si和0.55-0.85％Mn的渗入，将提高钢材的硬度，提高强度及耐冲击性能，并能增加淬透性及回火稳定(Si能阻止马氏体分解)。2、Mo(钼)当有Cr存在的情况下(FeMo)23C6优先生成，在这种碳化物中，Cr、V都能溶解。在0.5％Mo左右，基本消除钢回火脆，当Mo含量高于0.8％消除回火脆效果不明显。一般合金钢中Mo含量在0.15-0.6(％)，钼的碳化物在较高温度时，不会全部溶解，由于它弥散分布，故能细化晶粒，提高强度、韧性。3、V(钒)合金钢中，钒的含量一般不大于0.5％，在0.2-0.5范围内，与Cr、Mn、Si复合作用，提高强度，使弹性极限和比例极限几倍提高，它能提高淬透性，细化晶粒，提高晶粒粗化温度，阻止马氏体分解，增强回火稳定性，特别降低铬、锰的回火脆。4.C(碳)C含量在0.6％以下，对大壁厚的轴承，其淬透性、淬硬性都不好，为此提高含碳量在0.6-0.8％。如再提高将影响冲击韧性等。如目前国内的轴承钢，含碳量都在1.0％左右。冲击韧性尚满足不了大壁厚的轴承制造上的要求。下面是本专利技术轴承钢的化学成份及技术要求。轴承钢的化学成份(重量％) 钢材质量标准中心疏松，一般疏松，偏析按YJB84标准1、2、3级别图，合格钢为≤1级。非金属夹杂物 按YJB84标准图四评定碳化物共晶碳化物≤5级按GB1299-85碳化物网状≤3级按YJZ84评级图评定碳化物带状≤3级按YJZ84评级图评定碳化物液析≤3级按YJZ84评级图评定本专利技术轴承钢的热处理工艺可分为两种形式。第一种热处理工艺是如果车加工后的轴承零件采取直接高温淬火工艺，则车加工前的轴承零件要先进行球化退火处理，以期得到球状珠光体组织。然后把球状珠光体组织的轴承零件再进行直接高温淬火，然后回火。第二种热处理工艺是如果车加工后的轴承零件采取高频表面淬火工艺，则车加工前的轴承零件要先进行正火和高温回火处理或对轴承零件进行调质处理，以期得到索氏体组织。把索氏体组织的轴承零件进行车加工后，再对这些零件进行高频表面淬火和回火热处理。两种热处理工艺分述如下车加工的轴承零件采取直接高温淬火热处理工艺。对车加工的轴承零件采用直接淬火热处理工艺，首先要对轴承零件进行球化退火处理，以期得到球状珠光体组织。球化退火工艺工艺曲线如图3所示。将钢件加热到730℃±10℃，进行保温，保温时间根据装炉量多少控制在6-8小时，然后以10-15℃/小时炉内冷却至550℃后出炉空冷。其中保温时间根据装炉量不同，适当选择保温时间。球化退火后的轴承零件进行直接淬火和回火处理。直接淬火工艺见附图4，直接淬火工艺是将轴承零件加热到845℃-875℃±10℃保温，保温时间按有效壁厚1.0-1.3分/mm控制，保温时间到后。将轴承零件进行淬火(快速油)；淬火后轴承零件进行油回火，回火温度为170℃-200℃，回火时间按零件有效厚度控制在3-5小时，出炉后空冷。车加工后轴承零件采用高频表面淬化工艺，首先要对车加工前零件进行正火，然后进行高温回火，也可以进行调质处理，以期得到索氏体组织。正火工艺曲线见附图5。正火后再高温回火，以得到索氏体组织，高温回火工艺曲线见附图6。正火工艺为将钢件加热到900℃-920℃±10℃保温，保温时间为45-60分钟，钢件出炉后喷雾迅速空冷，正火后进行高温回火，回火温度为540℃±10℃出炉后空冷；回火时间按零件厚度5-25mm为2小时，厚度为26-45mm，时间为2.5小时，厚度为46-75mm，时间为3小时。高温回火保温时间表 经高温回火后的轴承零件车加工完工后进行高频表面淬火，淬火温度为845℃-875℃，经淬火后的零件要进行油回火，回火温度为170℃-200℃，回火时间按零件有效厚度为3-5小时，然后出炉空冷。调质处理工艺为淬火加高温回火，其中淬火温度为845-875℃，保温时间按保温系数1.2分/mm计算，淬火后进行高温回火，高温回火工艺为高温回火温度540℃±10℃，保温时间按工件厚度不同为1-2小时；经高温回火后的钢件车加工后再进行高频表面淬火处理，淬火温度为845℃-875℃，表面淬火后进行油回火，回火温度为170℃-200℃，回火时间按零件有效厚度从3-5小时中选择，零件出炉后空冷。本专利技术钢种具有如下优点和效果对于大载荷、重冲击工况下运行的轴承制造，只有用本专利技术钢种才能直接进行高温淬火处理或用高频表面淬火处理这一简单方法而达到轴承的使用技术要求。它与传统的工艺方案(等温和渗碳工艺)相比，既简单又能提高轴承的某些性能，是对大载荷、重冲击工况下运行轴承的传统生产制造途径的大改变，同时还提高了轴承某些性能，见性能比较表。本专利技术钢种与国内所用轴承钢性能比较表 注 1、新材料淬火后HRC大于下贝氏体，提高耐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于大载荷、重冲击工况下的轴承钢，其特征是它的化学组成为（重量％）：Ｃ：０．６－０．８；Ｃｒ：０．２－０．３４；Ｍｎ：０．５５－０．８５；Ｓｉ：１．０－１．３；Ｍｏ：０．４－０．６；Ｖ：０．２－０．４；Ｓ：≤０．０２５；Ｐ≤０．０２５，余下为Ｆｅ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董元宇，董锋宇，
申请(专利权)人：董元宇，
类型：发明
国别省市：21[中国|辽宁]