一种低碳高合金钢制轴承套圈的热加工方法技术

一种低碳高合金钢制轴承套圈的热加工方法，本发明专利技术涉及一种低碳高合金钢制轴承套圈的热加工方法。本发明专利技术的目的是为了解决现有航空轴承材料不能满足350℃以上高温集成化轴承性能要求的问题。本发明专利技术方法为：将低碳高合金钢加工成待渗碳的轴承套圈，然后放入真空渗碳炉内，抽真空、加热、低温脉冲渗碳、加热扩散、高温脉冲渗碳、气冷出炉，得到渗碳后的套圈；再去应力退火、机械加工以及淬火、冷处理和回火循环。经过本工艺方案加工的轴承套圈，工作表面硬度可控制在60～69HRC，渗层深度可达0.3～3.0mm，心部硬度可达48～54HRC，满足500℃以下轴承服役需求。本发明专利技术应用于轴承套圈的加工领域。

【技术实现步骤摘要】
一种低碳高合金钢制轴承套圈的热加工方法
本专利技术涉及一种低碳高合金钢制轴承套圈的热加工方法。
技术介绍
随着航空轴承集成化的趋势以及更高服役温度需求，对轴承性能提出了更高要求，不仅要满足轴承表面高硬度、耐磨性特性，还需具有优异的高温强度、结构韧性、抗冲击性。现有航空轴承材料如GCr15、8Cr4Mo4V、G13Cr4Mo4Ni4V等，均不满足350℃以上服役温度要求。针对低碳、高Cr、高Co、高Mo类高合金材料的渗碳及热处理控制一直是热处理领域的难题，主要是在组织性能的匹配，碳化物的控制方面存在难点，在轴承上还没有应用先例。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有航空轴承材料不能满足350℃以上高温集成化轴承性能要求的问题，而提供一种低碳高合金钢制轴承套圈的热加工方法。本专利技术一种低碳高合金钢制轴承套圈的热加工方法，按以下步骤进行：一、将低碳高合金钢加工成待渗碳的轴承套圈；二、渗碳：将轴承套圈放入真空渗碳炉内，抽真空、加热、低温脉冲渗碳、加热扩散、高温脉冲渗碳、气冷出炉，得到渗碳后的套圈；三、将渗碳后套圈进行去应力退火，得到去应力退火后的轴承套圈；四、将去应力退火后的轴承套圈进行机械加工，去除轴承套圈的外表面和端面的渗碳层，得到机械加工后的轴承套圈；五、将机械加工后的轴承套圈进行真空淬火、气冷，得到淬火后的轴承套圈；六、将淬火后的轴承套圈进行冷处理、回火、冷处理、回火、冷处理、回火，即得到低碳高合金钢制轴承套圈，轴承套圈加工表面分为硬化表面和非硬化表面。本专利技术通过选材、渗碳工艺设计、结构设计以及热处理工艺设计，控制渗层深度、车加工留量以及材料加工过程的碳化物尺寸和分布，达到轴承套圈满足既定服役温度下的性能要求。经过本工艺方案加工的轴承套圈，表面硬度可控制在60～69HRC，渗层深度可达0.3～3.0mm，心部硬度可达48～54HRC，碳化物尺寸、形貌、分布控制得当，组织具有良好的高温力学性能和疲劳性能，满足500℃以下轴承服役需求。附图说明图1为实施例1中机械加工的示意图；图2为实施例1加工的低碳高合金钢制轴承套圈的表层硬度梯度；图3为实施例1加工的低碳高合金钢制轴承套圈的表层组织；图4为实施例1加工的低碳高合金钢制轴承套圈的心部组织；图5为对比实试验的工艺参数渗碳热处理工艺图；图6为渗碳及热处理后试样表层组织形貌图；图7为表层硬度梯度曲线。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式一种低碳高合金钢制轴承套圈的热加工方法，按以下步骤进行：一、将低碳高合金钢加工成待渗碳的轴承套圈；二、渗碳：将轴承套圈放入真空渗碳炉内，抽真空、加热、低温脉冲渗碳、加热扩散、高温脉冲渗碳、气冷出炉，得到渗碳后的套圈；三、将渗碳后套圈进行去应力退火，得到去应力退火后的轴承套圈；四、将去应力退火后的轴承套圈进行机械加工，去除轴承套圈的外表面和端面的渗碳层，得到机械加工后的轴承套圈；五、将机械加工后的轴承套圈进行真空淬火、气冷，得到淬火后的轴承套圈；六、将淬火后的轴承套圈进行冷处理、回火、冷处理、回火、冷处理、回火，即得到低碳高合金钢制轴承套圈，轴承套圈加工表面分为硬化表面和非硬化表面。本实施方式通过选材、渗碳工艺设计、结构设计以及热处理工艺设计，控制渗层深度、车加工留量以及材料加工过程的碳化物尺寸和分布，达到轴承套圈满足既定服役温度下的性能要求。经过本工艺方案加工的轴承套圈，表面硬度可控制在60～69HRC，渗层深度可达0.3～3.0mm，心部硬度可达48～54HRC，碳化物尺寸、形貌、分布控制得当，组织具有良好的高温力学性能和疲劳性能，满足500℃以下轴承服役需求。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，低碳高合金钢中C的质量分数为0.1～0.2％、Cr的质量分数为11.0～17.0％、Mo的质量分数为3.0～6.0％、Co的质量分数为11.0～13.0％。其他与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二中渗碳的方法为：将清洗干烘干后的轴承套圈送入炉膛并抽真空，压力为3-5mbar；在加热速率为10℃/min条件下，将轴承套圈加热至650～750℃，保温20～40min，然后继续加热至低温渗碳温度820℃～1000℃，保温20～40min后进行低温脉冲渗碳，反复低温脉冲渗碳18-80次，然后继续升温至960～1000℃，升温速率为10℃/min，保温10-30min后，开始高温脉冲渗碳，反复高温脉冲渗碳操作10-40次，再气冷出炉，冷却压力为1～5Bar。其他与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：低温脉冲渗碳的方法为：保持真空渗碳炉压力为6～12mbar，通入乙炔15-90s，关闭乙炔，再通入高纯氮气，保压0.3-4h。其他与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：高温脉冲渗碳的方法为：保持真空渗碳炉压力为6～12mbar，通入乙炔15-90s，关闭乙炔，再通入高纯氮气，保压0.3～3h。其他与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：通过通入气体或抽真空保持真空渗碳炉压力为6～12mbar。其他与具体实施方式一至五之一相同。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三在650～800℃条件下进行去应力退火，保温4～10h。其他与具体实施方式一至六之一相同。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤五中的淬火是将轴承套圈加热至1000～1090℃，保温20～90min，1～5bar的高压氮气淬火。其他与具体实施方式一至七之一相同。具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤六中冷处理温度为-70～-192℃，保温时间0.5～2h。其他与具体实施方式一至八之一相同。具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤六中回火温度为450～600℃，保温时间为2～3h。其他与具体实施方式一至九之一相同。为验证本专利技术的有益效果进行了以下实验：实施例1在多室真空渗碳炉渗碳，预设渗层深度为2.2mm。1)制备低碳高合金轴承套圈，根据硬化表面和非硬化表面进行区分机械加工余量，套圈化学成分按质量分数为C0.14％，Si0.2％，Mn0.3％，Cr13.8％，Co12.8％，Ni1.8％，W0.5％，Mo4.7％，V0.6％，余量为Fe。2)渗碳：将清洗干烘干后的轴承套圈送入炉膛并抽真空，压力为4mbar；然后以10℃/min的加热速率加热至680℃，保温20min，继续加热至低温脉冲渗碳温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低碳高合金钢制轴承套圈的热加工方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：/n一、将低碳高合金钢加工成待渗碳的轴承套圈；/n二、渗碳：将轴承套圈放入真空渗碳炉内，抽真空、加热、低温脉冲渗碳、加热扩散、高温脉冲渗碳、气冷出炉，得到渗碳后的套圈；/n三、将渗碳后套圈进行去应力退火，得到去应力退火后的轴承套圈；/n四、将去应力退火后的轴承套圈进行机械加工，去除轴承套圈的外表面和端面的渗碳层，得到机械加工后的轴承套圈；/n五、将机械加工后的轴承套圈进行真空淬火、气冷，得到淬火后的轴承套圈；/n六、将淬火后的轴承套圈进行冷处理、回火、冷处理、回火、冷处理、回火，即得到低碳高合金钢制轴承套圈，轴承套圈加工表面分为硬化表面和非硬化表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种低碳高合金钢制轴承套圈的热加工方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
一、将低碳高合金钢加工成待渗碳的轴承套圈；
二、渗碳：将轴承套圈放入真空渗碳炉内，抽真空、加热、低温脉冲渗碳、加热扩散、高温脉冲渗碳、气冷出炉，得到渗碳后的套圈；
三、将渗碳后套圈进行去应力退火，得到去应力退火后的轴承套圈；
四、将去应力退火后的轴承套圈进行机械加工，去除轴承套圈的外表面和端面的渗碳层，得到机械加工后的轴承套圈；
五、将机械加工后的轴承套圈进行真空淬火、气冷，得到淬火后的轴承套圈；
六、将淬火后的轴承套圈进行冷处理、回火、冷处理、回火、冷处理、回火，即得到低碳高合金钢制轴承套圈，轴承套圈加工表面分为硬化表面和非硬化表面。


2.根据权利要求1所述的一种低碳高合金钢制轴承套圈的热加工方法，其特征在于低碳高合金钢中C的质量分数为0.1～0.2％、Cr的质量分数为11.0～17.0％、Mo的质量分数为3.0～6.0％、Co的质量分数为11.0～13.0％。


3.根据权利要求1所述的一种低碳高合金钢制轴承套圈的热加工方法，其特征在于步骤二中渗碳的方法为：将清洗干烘干后的轴承套圈送入炉膛并抽真空，压力为3-5mbar；在加热速率为10℃/min条件下，将轴承套圈加热至650～750℃，保温20～40min，然后继续加热至低温渗碳温度820℃～1000℃，保温20～40min后进行低温脉冲渗碳，反复低温脉冲渗碳18-80次，然后继续升温至960～1000℃，升温速率为10℃/min，保温10-30min后...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明，马欣新，张静静，马芳，付中元，于清成，尹龙承，周丽娜，吴玉成，刘宇，王文雪，童锐，
申请(专利权)人：中国航发哈尔滨轴承有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23