复合离子注入轴承真空回火处理方法技术

复合离子注入轴承真空回火处理方法，可解决轴承在复合离子注入过程中过回火问题。即消除轴承因复合离子注入束流过大、注入时间过长、注入时轴承温度过高，而引起的基体软化；此方法免去轴承在常规热处理程序中的回火工序，避免轴承在常规热处理回火工序中产生的表层氧化问题、有害气体残留问题；复合离子注入轴承真空回火处理方法，比较轴承常规真空回火热处理工序，其特点为：轴承经淬火、加工定型后，直接进行复合离子注入真空回火处理，在保留轴承真空回火热处理工艺优点的同时，进行轴承复合离子注入处理。此方法能充分展现复合离子注入的优点：减少轴承摩擦系数，延长轴承使用寿命，可增加轴承耐高温、耐腐蚀性能、提高接触疲劳强度。同时达到节约能源、提高复合离子注入效率目的。

【技术实现步骤摘要】

机械制造领域，复合离子注入轴承真空回火方法。
技术介绍
滚动轴承的滚动休和套圈主要由轴承钢制造。轴承应具备长寿命、高精度、低 发热量、高速性、高刚性、低噪音、高耐磨性等特性，因此要求轴承钢具备高硬度、均匀 硬度、高弹性极限、高接触疲劳强度、必须的韧性、 一定的淬透性、在大气的润滑剂中的耐 腐蚀性能。为了达到上述性能要求，对轴承钢的化学成分均匀性、非金属夹杂物含量和类型、 碳化物粒度和分布、脱碳等要求严格。轴承钢总体上向高质量、高性能和多品种方向发展。 轴承用钢按特性及应用环境划分为高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、高温轴承钢、不锈轴承钢 及专用的特种轴承材料。目前为适应高温、高速、高负荷、耐蚀的要求，需要研制一系列具有特殊性能的新型轴 承钢。为了降低轴承钢的氧含量，发展了真空冶炼、电渣重熔、电子束重熔等轴承钢的冶炼 技术。而大批量轴承钢的冶炼由电弧炉熔炼，发展成各种类型初炼炉加炉外精炼。日本和德 国等均建成了高洁净度、高质量的轴承钢生产线，钢的产量迅速增加，钢的质量和疲劳寿命 大幅度提高。瑞典生产的轴承钢的氧含量降到10ppm以下。80年代末期，日本山阳特钢公司 的先进水平为5.4ppm,达到了真空重熔轴承钢的水平。轴承的接触疲劳寿命对钢组织的均匀性非常敏感。提高洁净度(减少钢中的杂质元素和 夹杂物含量)，促使钢中的非金属夹杂物和碳化物细小均匀分布，可以提高轴承钢的接触疲 劳寿命。轴承钢使用状态下的组织应是回火马氏体基体上均匀分布着细小的碳化物颗粒，这 样的组织可以赋予轴承钢所需要的性能。高碳轴承钢中的主要合金元素有碳、铬、硅、锰、 钒等。各国都在研究和开发新型轴承钢，扩大应用和代替传统的轴承钢。如快速渗碳轴承钢， 通过改变化学成分来提高渗碳速度，其中碳含量由传统的0.08% 0.20%提高到0.45%左 右，渗碳时间由7小时縮短30分钟。由于在高温、腐蚀、润滑条件恶劣的环境下使用轴承 愈来愈多，过去使用的M50(CrMo4V)、 440C(9Crl8Mo)等轴承钢已不能满足使用要求，急需研 制加工性能好、成本低、疲劳寿命长、能适合不同目的和用途的轴承用钢，如高温渗碳钢 M50N比、易加工不锈轴承钢50X18M以及陶瓷轴承材料等，采用离子注入方法，可以将普通轴承钢变成适合不同目的和用途的轴承用钢。今后轴承钢主要向高洁净度和性能多样化两个方向发展。提高轴承钢的洁净度，特别是 降低钢中的氧含量，可以明显延长轴承的寿命。氧含量由28ppm降低到5ppm，疲劳寿命可以 延长l个数量级。为了延长轴承钢的寿命，人们多年来一直致力于开发应用精炼技术来降低 钢中的氧含量。通过不懈的努力，轴承钢中的最低氧含量己从20世纪60年代的28ppm降低 到90年代的5ppm。目前，我国可以将轴承钢中的最低氧含量控制在lOppm左右。轴承使用 环境的变化要求轴承钢必须具备性能的多样化。如设备转速的提高，需要准高温用(20(TC以 下)轴承钢(通常采用在SUJ2钢的基础上提高Si含量、添加V和Nb的方法来达到抗软化和 稳定尺寸的目的)；腐蚀应用场合，需要开发不锈轴承钢；为了满足航空航天的需要，应开 发高温轴承钢。随着科学技术的进步及其在热处理方面的应用，热处理技术的发展主要体现在以下几个 方面节约能源型清洁回火热处理提倡充分利用废热、余热，采用耗能低、周期短的工艺 代替周期长、耗能大的工艺等。精密热处理提高产品质量精密热处理有两方面的含义一 方面是根据工件的使用要求、材料、结构尺寸，利用物理冶金知识及先进的计算机模拟和检 测技术，优化工艺参数，达到所需的性能或最大限度地发挥材料的潜力；另一方面是充分保证优化工艺的稳定性，实现产品质量分散度很小(或为零)及热处理畸变为零。真空回火热处理真空状态下加热可减少或避免工件的氧化，实现清洁热处理。真空回 火热处理基本上不向环境排放废水、废盐、有毒气体、粉尘等污染物。另外，真空回火热处 理后，工件的显微组织更加细小均匀，表面与心部组织一致，热处理缺陷如脱碳、裂纹等大 大减少，硬度均匀，改善质量、减少产品变形及畸变、降低轴承钢中的含氧量，提高轴承寿 命，达到精密热处理标准。随着工件加工技术的发展，精密锻造及精密辗扩(冷辗)工艺的 采用，零件毛坯的加工精度越来越高，逐步推广少、无车削工艺，由此对热处理提出了保护 工件的表面，防止其氧化的要求。真空回火热处理能有效的满足当今精密加工工业的要求。 真空回火热处理工件加热的热源一般为电涡流加热系统、热传导电加热系统或辐射热电加热 系统。真空回火热处理需要配备专用的热回火处理设备，包括抽真空机组设备等。设备的投 入大及加热程序的复杂，在一定程度上限制了真空回火技术的应用推广。离子注入金属材料表面改性，是近年来材料科学领域兴起的实用、有效的材料表面处理方法。离子注入金属加工工具，可降低工具切削时的摩擦系数、提高切削工具刃口的红硬性。 减少切削金属时，粘刀现象及冷焊现象，提高被加工工件的加工质量，减少工具的刃磨和安 装次数，能有效的提高加工工效；提高工具使用寿命7—20倍。美国海军实验室从1979年 起进行了轴承零件离子注入的研究，英国、丹麦和葡萄牙等国从1%9年开始进行与美国海 军实验室类似的工作。结果表明注入铬离子能显著提高M50钢的抗腐蚀性能，而且抗接触 疲劳性能也有所提高；此外还用注入硼离子来提高仪表轴承的抗磨损能力；对轴承钢52100 进行氮等离子源离子注入(PSII)后在表面形成薄层氮化物，可提高轴承钢的耐蚀性，用于 代替昂贵的不锈钢。然而，并非所有的工件一经离子注入就会呈现出优良的性能，在我们的科学实践中，有 这样情况轴承钢工件离子注入后体硬度降低；摩擦实验，低摩擦系数持续时间短等。钻头、 铣刀经离子注入后，钻孔、切削性能比没有进行离子注入的对照试样性能还差，刃口软化； 究其原因，主要是因为，离子注入注入工件表面单位能量过大。注入能量随离子束流，注入 到被加工工件表面，大部分的能量转变为热能。当注入能量过高时，被注入工件的体温度， 高于工件材料的回火温度，(由于，传统离子注入工艺要求被注入工件，离子注入之前完 成一切机加工和热处理工序)则发生已回火工件再次回火情况。 一些工件即产生过回火现象， 表现为被注入工件基体组织软化。如轴承钢使用状态的体硬度应达到HRc61.5以上，离子 注入产生过回火，使其硬度降到小于HRc55。这样情况出现后，离子注入轴承的性能表现为， 还不如没有进行过离子注入轴承的性能。经过多次科学实验、研究分析，我们专利技术了复合离 子注入轴承真空回火处理理念。用此方法可以解决离子注入轴承过回火问题。提高离子注入 质量
技术实现思路
，要求被注入轴承工件在离子注入之前， 只进行高温淬火及其后续的定型加工。将其热处理的回火工序留给复合离子注入工序完成， 这样可以解决轴承工件在离子注入过程中，双重回火或过回火问题。即，消除因离子注入束 流过大、注入加热时间过长、被注入轴承工件温度过高，而引起的轴承工件基体硬度降低， 综合性能变差现象；同时，因取消了轴承工件在常规热处理程序中的回火工序，消除了轴承 工件在常规热处理回火工序中产生的表层氧化问题、有害气体残留问题。复合离子注入是应用新型金属蒸汽真空弧离子源，即MEVVA离子源改进本文档来自技高网...

【技术保护点】
复合离子注入轴承真空回火处理方法。其特征在于利用复合离子注入过程中，加速电场作用下，注入束流产生的能量，加热被注入的轴承环、滚珠、滚柱。依据注入元素的电离能和注入元素及被注入工件材料中各元素的结合能大小、依据离子注入射程、依据纳米陶瓷膜形成条件、依据材料热处理数据，综合个条件设计注入电压的高低，控制注入复合离子束流的大小等选择各种复合离子注入条件，达到控制被注入轴承环、滚珠或滚柱所接收能量大小。从而控制被注入轴承环、滚珠、滚柱的温度。达到轴承环、滚珠及滚柱复合离子注入真空回火的目的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁晓纪，丁云涛，刘安东，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]