经热处理的滚子轴承圈制造技术

一种用于滚子轴承的内圈或外圈，所述内圈或所述外圈由钢组合物形成，所述钢组合物包括：碳：0.30～0.45wt.％；硅：0.1～0.7wt.％；锰：0.6～0.9wt.％；铬：0.9～1.2wt.％；钼：0.15～0.7wt.％；镍：0～2.0wt.％；磷：0～0.02wt.％；硫：0～0.02wt.％；以及剩余的铁，以及不可避免的杂质；其中，钢组合物的微结构包括贝氏体；并且其中，在所述内圈或外圈的表面上设置有碳氮共渗壳层。上设置有碳氮共渗壳层。上设置有碳氮共渗壳层。

【技术实现步骤摘要】
经热处理的滚子轴承圈


[0001]本专利技术总体上涉及冶金领域和滚子轴承圈的热处理。更具体地，本专利技术涉及由中碳钢形成的用于滚子轴承的内圈或外圈的热处理。与由低碳钢制成的传统滚子轴承圈相比，该内圈或外圈具有相当或改善的耐磨性和承载能力，但制造成本较低。

技术介绍

[0002]轴承是允许两个部件之间进行受约束的相对运动的装置。滚动元件轴承包括内滚道和外滚道以及设置在其间的多个滚动元件(例如，球和/或滚子)。例如，滚子轴承是其中滚动元件为滚子而非球的滚动元件轴承。例如，滚子轴承包括球形滚子轴承和圆锥滚子轴承。为了长期的可靠性和性能，重要的是，各种元件对滚动疲劳、磨损和蠕变具有高抗性。
[0003]用于制造金属组件的传统工艺涉及热轧或热锻以形成棒、杆、管或环，然后进行软成形加工以获得期望的组件。表面硬化工艺是公知的，并被用于局部地提高成品或半成品组件的表面的硬度，以改善例如耐磨性和抗疲劳性。已知用于改善抗滚动接触疲劳性的多种表面或壳硬化工艺(case hardening process)。
[0004]通常，对于滚子轴承(诸如，以球形或圆锥滚子轴承为例)，滚子轴承的内圈和/或外圈由低碳钢形成。在传统滚子轴承圈中使用的通常的低碳钢的组分如下：
[0005]碳：0.17～0.23wt.％；
[0006]硅：0.15～0.40wt.％；
[0007]锰：0.40～0.70wt.％；
[0008]铬：0.35～0.64wt.％；
[0009]镍：1.60～2.00wt.％；
[0010]钼：0.20～0.30wt.％；
[0011]磷：0～0.02wt.％；
[0012]硫：0～0.02wt.％；以及
[0013]剩余的铁，以及不可避免的杂质。
[0014]通常，对在滚子轴承圈中使用的低碳钢进行渗碳并通过马氏体硬化来处理，以提供一种具有合适的耐磨性和承载能力的圈来用作滚子轴承的内圈或外圈。由于低碳马氏体钢的芯硬度相对较低(通常小于40HRC)，因此为了获得所需的耐磨性的水平和承载能力，渗碳壳层(carburised case layer)必须深。在这方面，传统滚子轴承圈中的通常的渗碳壳层深度为1.8～3.5mm。众多原因之一，在传统低碳钢的表面上形成具有这样的壳层深度的渗碳壳层导致热处理工艺具有长的热处理周期时间。例如，对于3～3.5mm渗碳壳层而言，生产由低碳钢形成的传统滚子轴承圈所需的热处理周期时间通常为在950～970℃的温度下25～35小时。热处理周期时间越长，热处理工艺的成本越高。
[0015]因此，本专利技术的目的在于提供一种用于滚子轴承的内圈或外圈，与传统滚子轴承圈相比，该内圈或外圈能够以较低的成本制造，同时仍呈现相当或改善的耐磨性和承载能力。
[0016]本专利技术的另一个目的在于提供一种热处理的方法以获得用于滚子轴承的与传统滚子轴承圈相比具有相当或改善的耐磨性和承载能力的内圈或外圈，其中，与传统滚子轴承圈的制造相比，所述方法需要较低的制造成本。
[0017]本专利技术试图解决与现有技术有关的至少一些问题，或者至少为其提供商业上可接受的替代解决方案。

技术实现思路

[0018]根据第一方面，提供了一种用于滚子轴承的内圈或外圈，所述内圈或外圈由包括以下成分的钢组合物形成：
[0019]碳：0.30～0.45wt.％；
[0020]硅：0.1～0.7wt.％；
[0021]锰：0.6～0.9wt.％；
[0022]铬：0.9～1.2wt.％；
[0023]钼：0.15～0.7wt.％；
[0024]镍：0～2.0wt.％；
[0025]磷：0～0.02wt.％；
[0026]硫：0～0.02wt.％；以及
[0027]剩余的铁，以及不可避免的杂质；
[0028]其中，钢组合物的微结构包括贝氏体；并且
[0029]其中，在所述内圈或外圈的表面上设置有碳氮共渗壳层。
[0030]现在将进一步描述本专利技术。在以下段落中，更详细地定义了本专利技术的不同方面。除非明确相反地指出，否则如在此定义的每个方面或实施例可以与任何其它方面或任何其它实施例进行组合。特别地，可以将指示为优选或有利的任何特征与指示为优选或有利的任何其它特征进行组合。(另外，文中的符号wt.％和vol.％均为本领域惯常意思，分别指重量百分比和体积百分比)
[0031]滚子轴承及其结构是本领域技术人员已知的。本专利技术的内圈或外圈的形状没有特别的限制，可以采用任何传统的用于滚子轴承的内圈或外圈的形状。如在此使用的，术语“内圈”可以指相对于滚子轴承中的滚动元件径向向内定位并且因此在内圈的径向外表面上具有滚道的滚子轴承圈。如在此使用的，术语“外圈”可以指相对于滚子轴承中的滚动元件径向向外定位并且因此在外圈的径向内表面上具有滚道的滚子轴承圈。内圈或外圈优选地用于球形滚子轴承或圆锥滚子轴承。由于球形滚子轴承或圆锥滚子轴承的载荷要求以及由本专利技术的内圈或外圈所呈现出的高耐磨性和承载能力，本专利技术的内圈或外圈的物理和/或机械特性特别适用于这种轴承。
[0032]如在此描述的钢组合物的碳氮共渗和贝氏体硬化的组合特别适合于具有高过盈配合、高工作温度以及需要长保养周期的应用。不希望被束缚于理论，据认为这是因为热处理赋予了在高的工作温度、高的压应力和硬芯下的良好的硬度保持性。
[0033]该钢组合物包括0.30～0.45wt.％的碳。因此，该钢组合物为所谓的中碳钢。与其它合金元素结合，这导致得到期望的贝氏体微结构、期望的承载能力、芯硬度和冲击韧性。与在滚子轴承圈(诸如，球形滚子轴承和圆锥滚子轴承)中使用的传统低碳钢相比，这种中
碳钢可以具有更高的硬度。碳还起到降低贝氏体转变温度的作用，从而可实现期望的贝氏体微结构。当碳含量高于0.45wt.％时，微结构的贝氏体铁素体部分的最大体积分数降低。当碳含量低于0.30wt.％时，合金具有较高的马氏体起始温度，并且贝氏体钢组合物可能未呈现期望的芯硬度和冲击韧性。优选地，钢组合物包括0.32～0.43wt.％的碳，更优选地，0.35～0.40wt.％的碳。在一些实施例中，钢组合物包括0.39～0.45wt.％的碳。
[0034]钢组合物包括0.1～0.7wt.％的硅。与其它合金元素结合，这导致得到具有最小量的残余奥氏体的期望的贝氏体微结构。硅在碳化物中的溶解度可忽略不计；尤其是在高温下，其扩散度足够高，而不会被碳化物捕获。硅还有助于抑制渗碳体的过量沉淀和碳化物的形成。另外，硅使过渡碳化物稳定并改善了钢微结构的耐回火性。然而，硅含量太高可能导致不期望的表面氧化物和表面光洁度不良，并且还可能导致降低基质的弹性性能能。因此，最大硅含量为0.7wt.％。当硅含量低于0.1wt.％时，在没有大量的残余奥氏体(例如，大于10vol.％的残余奥氏体)的情况下，可能难以获得期望的贝氏体微结构。优选地，钢组合物包括0.2～0.6wt.％的硅，更优选地，0.3～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于滚子轴承的内圈或外圈，所述内圈或所述外圈由钢组合物形成，所述钢组合物包括：碳：0.30～0.45wt.％；硅：0.1～0.7wt.％；锰：0.6～0.9wt.％；铬：0.9～1.2wt.％；钼：0.15～0.7wt.％；镍：0～2.0wt.％；磷：0～0.02wt.％；硫：0～0.02wt.％；以及剩余的铁，以及不可避免的杂质；其中，钢组合物的微结构包括贝氏体；并且其中，在所述内圈或外圈的表面上设置有碳氮共渗壳层。2.根据权利要求1所述的内圈或外圈，其特征在于，所述碳氮共渗壳层具有0.7～3.5mm的壳层深度，优选地，所述碳氮共渗壳层具有1.0～2.5mm的壳层深度。3.根据权利要求1或2所述的内圈或外圈，其特征在于，所述内圈或所述外圈具有大于45HRC的芯硬度。4.根据权利要求1至3中任一项所述的内圈或外圈，其特征在于，在距所述内圈或所述外圈的碳氮共渗表面的垂直距离为100μm或更大的位置处，所述内圈或所述外圈具有
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200MPa或更小的残余压应力，优选地，所述内圈或所述外圈具有
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200MPa～
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900MPa的残余压应力，更优选地，所述内圈或所述外圈具有
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300MPa或更小的残余压应力。5.一种热处理的方法，所述方法用以获得用于滚子轴承的内圈或外圈，所述方法包括：(i)提供由钢组合物形成的圈，所述钢组合物包括：碳：0.30～0.45wt.％；硅：0.1～0.7wt.％；锰...

【专利技术属性】
技术研发人员：张飞舟，斯塔凡，
申请(专利权)人：斯凯孚公司，
类型：发明
国别省市：