一种提高４２ＣｒＭｏ轴承低温冲击功的热处理工艺制造技术

本发明专利技术属于热处理工艺技术领域，公开一种提高４２ＣｒＭｏ轴承低温冲击功的热处理工艺，其调质工艺参数为：调质热处理淬火加热温度：８４０℃±１０℃；调质热处理淬火保温时间（ｈ）：３．５小时；调质热处理回火加热温度：５８０℃±１０℃；调质热处理回火保温时间（ｈ）：８小时；调质热处理采用的冷却介质为Ｆ２０００，浓度为６％。本发明专利技术解决了风电轴承采用传统的热处理工艺处理后，低温冲击功不能满足要求的重大技术难题；大幅度地提高了风电轴承的低温冲击功，确保其能够具有高的可靠性，减少了质量隐患。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于热处理工艺
，尤其涉及的是一种提高42CrMo轴承低温冲击 功的热处理工艺。
技术介绍
偏航、变浆风电轴承套圈是采用42CrMo钢材作为原材料。风电轴承是安装在一百 多米高空的风力发电机上，不可避免地要长期受到巨大的风力作用，承受着巨大的冲击载 荷，而且要在零下几十度的环境温度下工作。风电轴承特殊的服役条件决定其必须具有极 高的可靠性，否则，一旦轴承发生早期失效，仅一次安装拆卸费用就超过ioo万元，这将给 轴承用户带来巨大的经济损失，因此，用户对其低温冲击功的要求越来越高。 低温冲击功是衡量风电轴承是否具有高可靠性的一个非常重要的性能指标。为保 证风电轴承能够具有高的可靠性，轴承行业制订了 JB/T 10705-2007《滚动轴承风力发电机 轴承》标准。标准中明确规定风电轴承套圈的低温冲击功要求为-20°C AKV不小于27J。 42CrMo钢属于中碳合金结构钢，无论是教科书还是国家合金结构钢标准"GB/T 3077-1999合金结构钢"中对其规定的热处理淬火的冷却方式均为油冷。由于油的冷却速 度较慢，风电轴承锻件淬火后难以得到100%的马氏体组织，回火后，组织中不但存在条状 和块状铁素体，而且还存在托氏体组织(见图l)。由于托氏体中碳化物呈细片状，因此，其 低温冲击韧性指标(AKV)远低于回火索氏体组织，组织中的大量条状和块状铁素体，造成组 织不均匀，最终导致性能不均匀，大量的铁素体还将导致局部硬度低。由于铁素体和托氏体 的存在，降低了钢的综合机械性能，导致了钢材冲击功的大幅度降低，因此，风电轴承锻件 按照现行的热处理工艺难以满足对其高的低温冲击功的要求。为了进一步提高公司风电轴 承的低温冲击功，使其具有高的可靠性，本专利技术对影响42CrMo材料低温冲击功的诸多因素 和提高其低温冲击功的热处理方法进行了大量地研究。
技术实现思路
为了解决风电轴承锻件现行热处理工艺难以满足对其高的低温冲击功要求这一 技术难题，本专利技术提供了一种提高42CrMo轴承低温冲击功的热处理工艺，该热处理工艺能 够大幅度地提高风电轴承的低温冲击功及其力学性能。 为实现上述专利技术目的本专利技术采用的技术方案是通过采用43种热处理工艺(43种 工艺中采用了不同的热处理工艺方法、淬火温度、回火温度、淬火介质及浓度)及不同化学 成分的42CrMo材料对风电轴承套圈用42CrMo材料进行调质热处理工艺的试验研究，对化 学成分、金相组织、晶粒度、淬火、回火温度、淬火介质的种类及浓度等对42CrMo材料低温 冲击功的影响进行了大量的研究分析，提出了风电轴承套圈用42CrMo材料的调质热处理 工艺。 在风电轴承锻件调质热处理中，淬火介质的冷却速度是影响其低温冲击功的一个 关键因素。随着淬火介质冷却速度的增加，调质材料的淬透性也随着增加，并且材料淬火后3得到的马氏体组织越细小，马氏体的数量也随之增加，材料回火后就能得到比较细小且数 量较多的的回火索氏体组织。在所有金相组织中，回火索氏体组织的冲击功是最高的。因此，随着调质所采用的淬火介质的冷却速度的增加，-201:、-401:的冲击功也依次增加。但 是，如果淬火介质的冷却速度过快，易导致淬火零件的变形和开裂。理想的淬火介质是在高 温阶段(30(TC以上)冷却速度尽可能快，以便能够得到100%的马氏体组织，而马氏体转变 的低温阶段(30(TC以下)冷却速度尽可能慢，以便减少零件的淬火变形和开裂倾向。 如果采用纯水、乳化液淬火，由于其冷却速度非常快，易导致淬火零件的变形和开 裂；PAG类淬火介质存在一个非常致命的缺点——易变质、老化。淬火介质在恶劣的使用环 境下，由于氧化降解、热降解、机械降解的作用，将会促使聚二醇(PAC)分子链断裂而变短。 分子链变短意味着流动性变异，即粘度减少。而对流阶段冷却与介质的流动性(粘度)密 切相关。粘度变小，对流冷速加大。尽管在保证相同浓度的情况下，随着使用过程的不断 延续，PAG类淬火介质的粘度逐渐变小，冷却速度特别是对流阶段(低温阶段)冷却速度逐 渐变大，因此，将加大锻件淬火变形、开裂的倾向；F2000淬火介质与纯水、PAG和乳化液相 比的突出优点是永不变质，并且具有接近淬火油的低温冷却速度。自来水的30(TC冷速为 85-100°C /s左右，而一般矿物油的300°C /s时冷速为5-10°C /s左右，PAG30(TC时冷速一 般在40-5(TC /s，F2000在15%时该值可以降低到10_15°C /s。众所周知，在淬火冷却的过 程中，在低温的马氏体转变区的冷却速度越小，淬火变形开裂的倾向就越小，因此，本专利技术 选择F2000作为风电轴承锻件调质热处理冷却介质。 <table>table see original document page 4</column></row><table> 表1 采用油、F2000、乳化液、PAG、和水五种冷却介质对42CrMo样件进行调质热处理， 处理工艺及检验结果见表l。 材料的晶粒度对其低温冲击功有着显著的影响。随着晶粒度级别的提高(晶粒 越细小)，低温冲击功越高。晶粒度对冲击功的影响机理为晶粒越细，晶粒越多，晶界就越 多，裂纹扩展的阻力就越大，冲击功就越高。 在对风电轴承锻件进行调质热处理过程中，淬火加热温度和保温时间是影响其晶 粒度的主要因素，其中加热温度的影响尤为显著。零件在淬火加热过程中，随着淬火零件加热温度的提高，碳原子扩散系数将增大，特别是碳原子在奥氏体中的扩散系数的增大加快 了奥氏体的长大速度；此外，随着淬火温度的增加，奥氏体_铁素体相界面与奥氏体_渗碳 体相界面之间的浓度差加大，这就增大了奥氏体中碳的浓度梯度，由于碳浓度梯度的增大， 因而加快了奥氏体的长大速度。当温度从74(TC提高到80(TC时，奥氏体的长得速率约增 加80倍。因此，在对风电轴承锻件进行调质热处理时，加热温度是影响锻件晶粒度的重要 因素，必须严格控制其加热温度和保温时间。本专利技术确定的淬火温度为84(TC，保温时间为 210min。 本专利技术对风电轴承用42CrMo材料采用不同的调质热处理工艺，获得不同级别晶 粒度的样件，并对样件进行了低温冲击功检验，检验结果见表2，晶粒度照片见图3、图4、图 5。<table>table see original document page 5</column></row><table> 表2 风电轴承锻件调质热处理后的金相组织是影响其低温冲击功的关键因素。随着金 相组织的级别增大，冲击功值降低。当调质后的金相组织为1级时，金相组织为100%的回 火索氏体组织，且组织较细小，由于回火索氏体组织具有良好的综合机械性能，因此，其低 温冲击功值最高。随着金相组织的级别增大，组织中的回火索氏体比例在下降，组织中存在 的铁素体、托氏体等非马氏体组织比例在增加，因此，其低温冲击功值逐渐降低。 1级金相组织100 %的回火索氏体组织，且组织较细小，见图6 。 3级金相组织回 火索氏体+少量铁素体，见图7。 4级金相组织回火索氏体+条状及少量块状铁素体，见图 8。 5级金相组织回火索氏体+部分托氏体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高４２ＣｒＭｏ轴承低温冲击功的热处理工艺，其特征在于：所述热处理工艺的调质工艺参数如下：　　调质热处理淬火加热温度：８４０℃±１０℃；　　调质热处理淬火保温时间（ｈ）：３．５小时；　　调质热处理回火加热温度：５８０℃±１０℃；　　调质热处理回火保温时间（ｈ）：８小时；　　调质热处理采用的冷却介质为Ｆ２０００，浓度为６％；　　其操作步骤如下：　　Ａ、通过吊车将风电轴承用４２ＣｒＭｏ锻件吊入炉内，以每小时小于６０℃速度升温到淬火加热温度：８４０℃±１０℃；　　Ｂ、当锻件的表面和心部的温度均达到淬火加热温度时，在８４０℃±１０℃段内保温，淬火保温时间为：３．５小时；　　Ｃ、达到保温时间后，将锻件吊入淬火槽中进行淬火；　　Ｄ、淬火时，采用的淬火冷却介质为Ｆ２０００，浓度为６％；淬火液的温度应控制在１０～５０℃之间；　　Ｅ、锻件淬火后，应立即将其吊入回火炉中进行回火，回火加热温度：５８０℃±１０℃；　　Ｆ、当锻件的心部和表面均达到回火温度时，对其进行保温，回火保温时间：８小时；回火后的冷却方式为空冷。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王明礼，王云广，沈伟毅，孙伟，雷平，王明杰，王丽霞，罗素娟，
申请(专利权)人：洛阳LYC轴承有限公司，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]