一种提高高碳铬轴承钢组织均质性和疲劳寿命的淬火热处理方法技术

本发明专利技术属于钢铁材料热处理领域，特别是一种提高高碳铬轴承钢组织均质性和疲劳寿命的淬火热处理方法，适应于解决高碳铬轴承钢淬火和回火热处理后，碳化物、晶粒和残余奥氏体等分布不均，导致工件变形大、硬度均匀性差、韧性和疲劳寿命较低或不稳定的问题。本发明专利技术根据淬火前组织状态参数，合理设计淬火加热过程参数，改变高碳铬轴承钢应力释放、碳化物析出和奥氏体化驱动力等，进而减轻淬火组织(如：碳化物、残余奥氏体尺寸和分布等)参数在微观尺度上不均的问题，然后按照原有的或者经适当调整的低温回火(以及必要的深冷处理)热处理工艺进行回火处理，进而可显著改善高碳铬轴承钢工件变形、硬度均匀性、韧性和疲劳性能稳定性等。韧性和疲劳性能稳定性等。

【技术实现步骤摘要】
一种提高高碳铬轴承钢组织均质性和疲劳寿命的淬火热处理方法


[0001]本专利技术属于钢铁材料热处理领域，特别是一种提高高碳铬轴承钢组织均质性和疲劳寿命的淬火热处理方法。

技术介绍

[0002]高端轴承大量依赖进口，已经成为制约我国高端制造业的重要瓶颈问题之一。近年来随着我国轴承钢冶炼水平的提升，轴承钢中夹杂物数量、尺寸大幅减小，有效提升了轴承钢的纯净度。在轴承钢纯净度大幅提升的基础上，轴承钢的显微组织均匀性，包括残余奥氏体、碳化物分布均匀性对服役性能的影响便愈发重要。
[0003]高碳铬轴承钢是使用历史最悠久、应用最为广泛的一类轴承钢。高碳铬轴承钢准备的轴承零部件生产流程主要包括热轧、球化退火、冷碾、淬火、深冷和低温回火等热加工工艺。大量学者对上述的每道工艺参数对高碳轴承钢显微组织的影响均开展了大量的研究，得出了优化工艺参数并获得成功应用。比如对于淬火过程而言，考虑到轴承钢淬火组织中基体固溶碳、碳化物和残余奥氏体的控制，淬火温度一般选择在840℃左右，保温时间在0.5～2h左右，而淬火油温常控制在80℃左右；低温回火主要依据轴承服役工况对硬度的要求而选择合理的回火温度和回火时间，一般回火温度在150～250℃之间，回火时间一般在2～6小时不等；而深冷温度一般选择在
‑
60℃～
‑
120℃之间，在保证工件较小变形条件下尽量减少或消除淬火组织中的残余奥氏体。
[0004]值得注意的是，以往的研究和应用很少关注加热历史对轴承钢组织演化和性能的影响，从而导致目前国内不同企业甚至同一企业生产不同批次的高碳铬轴承质量参差不齐。近期申请人研究表明，随着轴承钢冶炼水平(如：夹杂物、宏观偏析控制等)的提高，轴承钢在微观尺度上的均质性(如：碳化物和残余奥氏体尺寸和分布)对其性能(如：硬度、韧性和疲劳寿命等)具有重要的影响。
[0005]一般地，高碳铬轴承钢中基体平均碳浓度和第二相(碳化物和残余奥氏体)含量主要受淬火温度影响，而碳浓度和第二相在基体中的分布则与加工历史(如：球化初始组织、冷热变形、加热冷却历史等)密切相关。其中，淬火加热历史过程对高碳铬轴承钢淬火过程中的碳化物溶解速率、奥氏体形核和碳元素分配行为的影响最为显著。它将直接决定淬火组织中基体固溶碳和第二相分布的均匀性，进而影响高碳铬轴承钢工件的形变、硬度、韧性和疲劳性能稳定性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种提高高碳铬轴承钢组织均质性和疲劳寿命的淬火热处理方法，适应于解决高碳铬轴承钢淬火和回火热处理后，因碳化物、晶粒和残余奥氏体等分布不均，导致工件变形、硬度不均、韧性和疲劳寿命较低或不稳定的问题。
[0007]本专利技术的技术方案：
[0008]一种提高高碳铬轴承钢组织均质性和疲劳寿命的淬火热处理方法，该方法包括以下步骤：
[0009](1)将球化处理或冷加工的高碳铬轴承钢工件，以升温速率加热至保温平台区震荡或均温，震荡区间温度或保温平台温度T、时间t1和振动幅度ΔT，根据相变点A
c1
、淬火热处理前高碳铬轴承钢工件布氏硬度值H和球化组织评级C的综合参数，分别为和其中，D
max
和D
min
分别为轴承内外套圈的最大和最小截面尺寸；K1和K2为经验数值，分别取20～120℃
·
mm2/min和1～3℃/HB；
[0010](2)高碳铬轴承钢工件均温或震荡保温后，以升温速率升温至Ac1以上60～100℃进行完全奥氏体化，保温时间按计算；其中，K3和K4为经验数值，分别取50～350℃
·
mm2/min和20～60min/mm；保温完成后，高碳铬轴承钢工件立即出炉入淬火介质，出炉与入淬火介质间隙时间控制在t3≤5～10min，冷却方式按照高碳铬轴承钢原有的淬火工艺进行，即：采用连续淬火，淬火油温度在60～100℃；或者，采用等温盐浴淬火，淬火温度在180～350℃。
[0011]所述的提高高碳铬轴承钢组织均质性和疲劳寿命的淬火热处理方法，按重量百分比计，高碳铬轴承钢合金元素主要包含：0.8％≤C≤1.2％、Mn≤2.0％、Si≤1.2％、0.5％≤Cr≤3％、Mo≤0.5％、Ni≤0.5％，合金元素的质量分数总和不超过5％，余量为Fe。
[0012]所述的提高高碳铬轴承钢组织均质性和疲劳寿命的淬火热处理方法，高碳铬轴承钢合金元素还包括微量合金元素稀土(REs)、V、B之一种或两种以上，微量合金元素的质量分数≤0.1％。
[0013]所述的提高高碳铬轴承钢组织均质性和疲劳寿命的淬火热处理方法，针对截面尺寸变化较大D
max
≥2D
min
的高碳铬轴承钢工件，加热第一阶段和第二阶段的升温速率按V1和V2列举的公式执行；针对或等截面的高碳铬轴承钢工件，在满足炉温均温要求条件下，升温速率应不超过20℃/min。
[0014]所述的提高高碳铬轴承钢组织均质性和疲劳寿命的淬火热处理方法，淬火热处理前，高碳铬轴承钢工件的布氏硬度值H符合国标GB/T18254
‑
2016要求，球化组织评级按JB/T1225
‑
2014进行。
[0015]所述的提高高碳铬轴承钢组织均质性和疲劳寿命的淬火热处理方法，步骤(1)加热过程中，根据高碳铬轴承钢的淬火前初始组织、工件尺寸和出于经济利益的考虑设置均温或震荡台阶；或者，将震荡台阶分解成两个以上台阶，震荡区间根据需要加以调整。
[0016]所述的提高高碳铬轴承钢组织均质性和疲劳寿命的淬火热处理方法，淬火后的碳化物尺寸和分布均匀，保证每100μm2碳化物直径大于0.1μm的颗粒数大于50，即不出现明显贫碳化物区域。
[0017]所述的提高高碳铬轴承钢组织均质性和疲劳寿命的淬火热处理方法，该方法获得的淬火组织为：碳化物+马氏体、贝氏体或马贝复合组织+少量的残余奥氏体；按照高碳铬轴承钢原有的常规低温回火工艺或者进行调整，必要时结合深冷处理，将高碳铬轴承钢工件的硬度控制在58HRC～62.5HRC之间，残余奥氏体控制在15vol.％以内。
[0018]本专利技术的设计思想是：
[0019]针对轴承尺寸不一、壁厚的不均匀性以及淬火初始组织差异导致淬火变形大和组织均匀性等问题，本专利技术根据工件截面尺寸(直径)和淬火前初始组织状态参数，合理设计淬火加热和保温过程，改变高碳铬轴承钢应力释放、碳化物析出和奥氏体化的驱动力等，进而减轻淬火态组织(如：碳化物、残余奥氏体尺寸和分布等)参数在微观尺度上不均的问题，然后按照原有的或者经适当调整的低温回火(必要的深冷处理)热处理工艺进行回火处理，进而可显著改善高碳铬轴承钢工件变形、硬度均匀性、韧性和疲劳性能稳定性等。
[0020]本专利技术的优点及有益效果如下：
[0021]1、本专利技术在没有改变高碳铬轴承钢的化学成分条件下，仅通过对高碳铬轴承钢加热和保温的合理设计，改变轴承钢中内应力释放、碳化物析出和奥氏体化驱动力等，减轻轴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高高碳铬轴承钢组织均质性和疲劳寿命的淬火热处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将球化处理或冷加工的高碳铬轴承钢工件，以升温速率加热至保温平台区震荡或均温，震荡区间温度或保温平台温度T、时间t1和振动幅度ΔT，根据相变点A
c1
、淬火热处理前高碳铬轴承钢工件布氏硬度值H和球化组织评级C的综合参数，分别为和其中，D
max
和D
min
分别为轴承内外套圈的最大和最小截面尺寸；K1和K2为经验数值，分别取20～120℃
·
mm2/min和1～3℃/HB；(2)高碳铬轴承钢工件均温或震荡保温后，以升温速率升温至Ac1以上60～100℃进行完全奥氏体化，保温时间按计算；其中，K3和K4为经验数值，分别取50～350℃
·
mm2/min和20～60min/mm；保温完成后，高碳铬轴承钢工件立即出炉入淬火介质，出炉与入淬火介质间隙时间控制在t3≤5～10min，冷却方式按照高碳铬轴承钢原有的淬火工艺进行，即：采用连续淬火，淬火油温度在60～100℃；或者，采用等温盐浴淬火，淬火温度在180～350℃。2.按照权利要求1所述的提高高碳铬轴承钢组织均质性和疲劳寿命的淬火热处理方法，其特征在于，按重量百分比计，高碳铬轴承钢合金元素主要包含：0.8％≤C≤1.2％、Mn≤2.0％、Si≤1.2％、0.5％≤Cr≤3％、Mo≤0.5％、Ni≤0.5％，合金元素的质量分数总和不超过5％，余量为Fe。3.按照权利要求2所述的提高高碳铬轴承钢组织均质性和疲劳寿命的淬火热处理方法，其特征在于，高碳铬轴承钢合金元素还包括微量合金元素稀土(REs)、V、B之一种或两种以上，微量...

【专利技术属性】
技术研发人员：李殿中，蒋中华，王培，李勇翰，刘腾远，徐彬迅，李依依，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：