一种高尺寸稳定性的轴承钢热处理工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高尺寸稳定性的轴承钢热处理工艺，包括以下步骤：S1、轴承钢成分优化控制：所述轴承钢中各成分的质量百分比为：C：0.80～0.90％、Cr：0.95～1.25％、Si：0.40～0.70％、Mn：0.40～0.80％；S2、热处理工艺优化设计：根据轴承钢元素成分调整，优化设计预备热处理和最终热处理加热、保温和冷却关键工艺参数范围。本发明专利技术通过轴承钢材料关键元素成分优化和热处理工艺窗口匹配优化，可以有效控制亚稳组织含量及稳定性，从而提高材料尺寸稳定性，并且保障其强韧性、耐磨性、接触疲劳性能等机械性能。

Heat treatment process of bearing steel with high dimensional stability

【技术实现步骤摘要】
一种高尺寸稳定性的轴承钢热处理工艺
本专利技术属于轴承制造
，具体涉及一种高尺寸稳定性的轴承钢热处理工艺。
技术介绍
轴承是机械装备承载负荷和传递运动的核心精密部件，其精度直接影响主机的运转精度和工作寿命。为了保障轴承服役过程精度持久保持，轴承钢热处理后不仅需要具有优良的综合的机械性能，如强韧性、耐磨性、抗疲劳性等，还需要有较好的尺寸稳定性，以控制轴承服役过程材料尺寸变化造成的轴承精度衰减。轴承钢的尺寸稳定性与其亚稳态组织密切相关，服役过程中亚稳态组织的转变都会导致轴承尺寸变化，从而导致轴承磨损失效。然而，现有的轴承钢成分标准和热处理工艺窗口都不能对实现对亚稳组织的精确控制，无法保证精密轴承的长寿命。因此，如何通过调整轴承钢的主要成分结合热处理工艺的优化，实现对精密轴承的亚稳组织控制是延长轴承寿命的关键技术途径。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高尺寸稳定性的轴承钢热处理工艺，它通过对轴承钢标准中成分范围的优化控制和热处理工艺窗口的优化设计，实现对尺寸稳定性的针对性调控，提高轴承钢热处理后的组织稳定性，从而提高其尺寸稳定性，控制轴承服役过程的精密衰减，提高轴承精度保持性。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高尺寸稳定性的轴承钢热处理工艺，包括以下步骤：S1、轴承钢成分优化控制：所述轴承钢中各成分的质量百分比为：C：0.80～0.90％、Cr：0.95～1.25％、Si：0.40～0.70％、Mn：0.40～0.80％；S2、热处理工艺优化设计：S201、预备热处理：先将轴承钢缓慢加热至奥氏体相变开始温度Ac1以上20～50℃进行保温，其中Ac1＝723-14Mn+12Si+23.3Cr，保温时间根据工件厚度确定，每1mm保温3～5min，最少保温10min，最多保温3h，随后炉冷至珠光体转变开始温度Ar1以下30～80℃保温3～4h，其中Ar1＝853-115C-48Mn+36Si-25Cr；再出炉空冷；S202、最终热处理：先在保护气氛下将轴承钢加热至T1以上20～50℃，其中T1＝910-83C+64.7Si，保温时间根据工件厚度确定，每1mm保温3～5min，最少保温10min，最多保温3h；再放入60～70℃淬火油中冷却5～8min后取出空冷至室温；随后将工件加热至T2以下30～50℃进行回火，其中T2＝550-325C-40Mn-20Cr，保温时间根据工件厚度确定，每1mm保温15～30min，最后出炉空冷；所有公式中元素符号等于其对应的质量分数*100。按上述技术方案，步骤S1中，所述轴承钢中各成分的质量百分比为：C：0.85％、Si：0.6％、Mn：0.6％、Cr：1.1％、Mo：0.04％、S：0.025％以下、P：0.024％以下，余量为铁。按上述技术方案，步骤S201中，以2℃/min的速度将轴承钢缓慢加热至奥氏体相变开始温度Ac1以上20～50℃。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术根据材料尺寸稳定性与主要元素成分和热处理工艺之间的密切作用规律，在现有轴承钢材料成分与热处理工艺基础上进行关键成分含量和热处理工艺窗口优化，达到既能提高尺寸稳定性又能保障其它关键机械性能的目的。首先，本专利技术通过合理降低C、Cr含量，能够有效调整轴承钢的相变温度点，在奥氏体化碳化物溶解的过程中，起到减少C和Cr在基体中固溶的效果，当高温奥氏体中C和Cr的含量降低，导致奥氏体的热稳定性会有所下降，马氏体相变温度升高，从而使更多的高温奥氏体在快速冷却过程中转变形成马氏体组织，即减少了未转变的残余奥氏体含量结合回火稳定提升，从而减少残余奥氏体含量，控制残余奥氏体稳定性。其次，因为Si和Mn是提高轴承钢淬透性的重要元素，因此，本专利技术通过合理提高Si和Mn含量，能够使轴承钢的淬透性提高，保证淬火工件质量，可适用于更大尺寸轴承工件的淬火热处理；与此同时，更高的Si含量能够抑制回火过程中的过渡碳化物的析出，使富含碳的马氏体固溶碳中的碳向残余奥氏体转移，即碳存在由马氏体向残余奥氏体转移的配分过程。该过程提高了残余奥氏体的碳含量，使残余奥氏体的热稳定性提升，提高了轴承工件的尺寸稳定性。本专利技术基于调整后的主要元素成分，通过控制热处理工艺参数，从达到轴承钢成分含量和热处理工艺窗口协同优化的效果，提高热处理组织稳定性和尺寸稳定性，具有效果好、经济、易操作实施等综合优点。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供一种高尺寸稳定性的轴承钢热处理工艺，包括以下步骤：S1、轴承钢成分优化控制：所述轴承钢中各成分的质量百分比为：C：0.80～0.90％、Cr：0.95～1.25％、Si：0.40～0.70％、Mn：0.40～0.80％；S2、热处理工艺优化设计：S201、预备热处理：先将轴承钢缓慢加热至奥氏体相变开始温度Ac1以上20～50℃进行保温，其中Ac1＝723-14Mn+12Si+23.3Cr，保温时间根据工件厚度确定，每1mm保温3～5min，最少保温10min，最多保温3h，随后炉冷至珠光体转变开始温度Ar1以下30～80℃保温3～4h，其中Ar1＝853-115C-48Mn+36Si-25Cr；再出炉空冷；S202、最终热处理：先在保护气氛下将轴承钢加热至T1以上20～50℃，其中T1＝910-83C+64.7Si，保温时间根据工件厚度确定，每1mm保温3～5min，最少保温10min，最多保温3h；再放入60～70℃淬火油中冷却5～8min后取出空冷至室温；随后将工件加热至T2以下30～50℃进行回火，其中T2＝550-325C-40Mn-20Cr，保温时间根据工件厚度确定，每1mm保温15～30min，最后出炉空冷；所有公式中元素符号等于其对应的质量分数*100，如Mn＝0.4～0.8。GCr15轴承钢作为诞生百余年的典型高碳铬轴承钢，其包括C、Cr、Si和Mn在内的主要元素成分范围基本确定，常规的淬火和回火工艺参数也基本确定，这是基本事实。然而，随着对轴承服役性能要求的提高，经常规淬回火工艺处理后，轴承钢的组织稳定性和尺寸稳定性这两个近年来尤为重视的性能指标往往不能满足高端轴承的服役性能要求。针对该问题，本专利技术经过定量分析轴承钢的主要元素含量、热处理工艺与稳定性三者的关联关系，提出了优化轴承钢主要成分含量并提供了与之匹配的热处理工艺参数，以提高轴承钢的尺寸稳定性。对于GCr15轴承钢，C、Cr、Si、Mn是影响其综合性能的关键元素成分，根据每种元素对于轴承钢性能的影响，在标准规定成分范围内对四种关键元素成分范围进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高尺寸稳定性的轴承钢热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、轴承钢成分优化控制：所述轴承钢中各成分的质量百分比为：C：0.80～0.90％、Cr：0.95～1.25％、Si：0.40～0.70％、Mn：0.40～0.80％；/nS2、热处理工艺优化设计：/nS201、预备热处理：先将轴承钢缓慢加热至奥氏体相变开始温度Ac1以上20～50℃进行保温，其中Ac1＝723-14Mn+12Si+23.3Cr，保温时间根据工件厚度确定，每1mm保温3～5min，最少保温10min，最多保温3h，随后炉冷至珠光体转变开始温度Ar1以下30～80℃保温3～4h，其中Ar

【技术特征摘要】
1.一种高尺寸稳定性的轴承钢热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、轴承钢成分优化控制：所述轴承钢中各成分的质量百分比为：C：0.80～0.90％、Cr：0.95～1.25％、Si：0.40～0.70％、Mn：0.40～0.80％；
S2、热处理工艺优化设计：
S201、预备热处理：先将轴承钢缓慢加热至奥氏体相变开始温度Ac1以上20～50℃进行保温，其中Ac1＝723-14Mn+12Si+23.3Cr，保温时间根据工件厚度确定，每1mm保温3～5min，最少保温10min，最多保温3h，随后炉冷至珠光体转变开始温度Ar1以下30～80℃保温3～4h，其中Ar1＝853-115C-48Mn+36Si-25Cr；再出炉空冷；
S202、最终热处理：先在保护气氛下将轴承钢加热至T1以上20～50℃，其中T1＝910-83C+64.7Si，保温时间根据工件厚度确定，...

【专利技术属性】
技术研发人员：华林，钱东升，刘青龙，路晓辉，王丰，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42