專利名稱：一種軸承的熱處理方法
技術領域：
本發明涉及一種軸承的熱處理方法，主要用于軸承套圈的熱處理淬火、回火工藝。
背景技術：
軸承失效的主要模式是疲勞和磨損，而原材料質量、碳化物網狀組織、碳化物帶狀組織、脫碳等是軸承疲勞壽命的重要影響因素。熱處理質量對軸承的使用壽命有著重要甚至決定性的影響。高碳鉻軸承鋼GCrl5淬火后得到馬氏體組織，馬氏體具有高硬度、高耐磨性、高強度、一定的韌性等特點。但是熱處理后組織中除了馬氏體，還有殘留碳化物、殘余奧氏體，有效壁厚比較大的還允許存在一定級別的屈氏體組織。機械行業標準JB/T1255-2001《高碳鉻軸承鋼熱處理技術條件》和國家標準GB/T18254-2002《高碳鉻軸承鋼》對成品軸承的硬度、金相組織、碳化物帶狀組織、 碳化物網狀組織、脫碳等都有規定。但是對碳化物(顆粒大小、形狀)、殘余奧氏體含量沒有明確規定。實踐經驗和大量資料顯示，隨著熱處理溫度的升高，馬氏體針粗大，殘余奧氏體含量升高，硬度升高。但是殘余奧氏體達到一定含量后，硬度又逐漸的下降。也就是說，殘余奧氏體含量和硬度之間的關系曲線基本呈拋物線形狀。奧氏體在室溫下是不穩定組織，在外界載荷、溫度變化、自然存放等條件下都能發生奧氏體的分解和轉變，這是軸承尺寸穩定性得不到保證的根源，為了提高軸承的使用精度和尺寸穩定性，國內大部分軸承制造企業多以盡可能的降低殘余奧氏體含量為目標。奧氏體的特點是硬度低、耐磨性差、塑性好、韌性佳，對軸承的抗疲勞性能有利有弊。另外，殘余奧氏體可以降低軸承缺陷部位的應力集中以及吸收部分裂紋擴展功進而阻止裂紋的快速擴展，延長了軸承壽命。因此，熱處理過程產生的殘余奧氏體的作用不容小覷。硬度是軸承熱處理質量的重要質量指標之一。對于刀具、冷成型磨具和粘著磨損或磨粒磨損失效的零件，其磨損抗力和硬度呈正比關系，硬度是決定耐磨性的王要性能指標。承受接觸疲勞載荷的軸承，在一定沮圍內，提聞硬度對減輕麻點剝落是有效的。有研究稱，隨著硬度的提高，軸承的脆性隨之增大，疲勞性能下降，在軸承加工過程中不宜選擇很高的硬度值。如何通過對鍛造和球化退火質量的控制達到碳化物(形狀和大小)細化；如何通過熱處理工藝的改進，來提高硬度和控制殘余奧氏體的含量，對于提高軸承的使用壽命具有
重要意義。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術中所存在的上述不足，而提供一種軸承的熱處理方法，通過細化碳化物顆粒、提高硬度和控制金相組織中殘余奧氏體含量來提聞軸承的使用壽命。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種軸承的熱處理方法，包括加熱、保溫、淬火、清洗、冷處理和回火六個步驟，其特征在于加熱步驟前設置有碳化物細化處理步驟，碳化物細化處理步驟包括鍛造和球化退火兩個步驟，鍛造步驟的始鍛的溫度為105(Tll50°C，保溫時間在70至90分鐘，終鍛成型的溫度在80(T90(TC之間，然后在沸水中攪拌冷卻至30(T60(TC，出水空冷至室溫；球化退火步驟包括加熱至79(T810°C，該溫度下保溫150至210分鐘，風冷至68(T710°C并保溫4 6小時，隨爐冷卻至650°C，出爐空冷。本發明所述的清洗步驟結束后的2個小時內進行冷處理步驟，冷處理步驟在冷凍箱內進行，采用液氮作為冷卻介質，冷卻至-70°C -80°C，在該溫度下保溫I. 5 2個小時，然后自然回溫至室溫。本發明所述淬火步驟采用馬氏體淬火，熱處理設備為輥底式周期淬火生產線，淬火介質為硝鹽，硝鹽中的硝酸鉀亞硝酸鈉=1 :1，硝鹽介質溫度為165°c 175°C，淬火過程在硝鹽介質中冷卻8 15分鐘。本發明所述清洗步驟包括熱清洗和冷清洗，在設備淬火槽后有兩個清洗槽，第一個清洗槽為熱清洗槽，熱清洗水溫為70V 90°C，采用噴淋式結構完成熱清洗，第二個清洗槽為冷清洗槽，冷清洗水溫為6°C 12°C。 本發明回火步驟采用輥底式周期淬火生產線，加熱過程分為預熱、升溫、保溫三個階段，預熱時間8 15分鐘，升溫區溫度為845°C，保溫區溫度為850°C，總加熱時間為98 100分鐘。本發明所述的軸承材料采用GCrl6高碳鉻軸承鋼。本發明具有以下優點和效果通過細化碳化物顆粒、提高硬度和控制金相組織中殘余奧氏體含量來提高軸承的使用壽命。
圖I是本發明實施例碳化物細化處理中的鍛造工藝流程示意圖。圖2是本發明實施例碳化物細化處理中的球化退火工藝流程示意圖。
具體實施例方式本發明實施例的目的是要通過熱處理工藝的改進，細化碳化物顆粒、提高硬度和控制金相組織中殘余奧氏體含量來進一步提高軸承疲勞壽命，使軸承的疲勞壽命能提高到額定壽命的3倍。本發明實施例熱處理方法包括依次進行的加熱、保溫、淬火、清洗、冷處理和回火六個步驟，其特征在于加熱步驟前設置有碳化物細化處理步驟，碳化物細化處理步驟包括鍛造和球化退火兩個步驟，鍛造步驟的始鍛的溫度為105(Γ1150 ，保溫時間在70至90分鐘，終鍛成型的溫度在80(T90(TC之間，然后在沸水中攪拌冷卻至30(T60(TC，出水空冷至室溫；球化退火步驟包括加熱至79(T810°C，該溫度下保溫150至210分鐘，風冷(用風扇快速冷卻，風冷時間本實施例在40 60分鐘)至68(T710°C并保溫4飛小時，隨爐冷卻至650°C，出爐空冷自然冷卻。參見圖I、圖2。本發明實施例的清洗步驟結束后的2個小時時間內(開始)進行冷處理步驟。冷處理步驟在冷凍箱內進行，采用液氮作為冷卻介質，冷卻至-70°C -80°C，在該溫度下保溫
I.5 2個小時，然后自然回溫至室溫。本發明實施例所述淬火步驟采用馬氏體淬火，熱處理設備為輥底式周期淬火生產線，淬火介質為硝鹽(硝酸鉀亞硝酸鈉=1 :1)，硝鹽介質溫度為165°C 175°C，淬火過程在硝鹽介質中冷卻8 15分鐘(按設備設定的淬火周期)。本發明實施例所述清洗步驟包括熱清洗和冷清洗，在設備淬火槽后有兩個清洗槽，第一個清洗槽為熱清洗槽，安裝有加熱電阻絲和控溫裝置，熱清洗水溫為70°C 90°C，采用噴淋式結構完成熱清洗。第二個清洗槽為冷清洗槽，冷清洗槽安裝有循環管道，經設備外部的冷卻裝置冷卻后循環到冷清洗槽，水溫為6°C 12°C。本發明實施例回火步驟采用輥底式周期淬火生產線，回火溫度為165°C 170°C，回火時間為4 6小時。加熱過程分為預熱、升溫、保溫三個階段。設備的加熱區分為預熱區、升溫區和保溫區，預熱區溫度為設備正常運行過程中自然升高的溫度，該溫度一般較低，遠低于材料的相變點溫度，因該溫度對內部組織沒影響沒有溫度監控，預熱時間8 15分鐘。升溫區為845°C，保溫區為850°C，總加熱時間為98 100分鐘。本發明實施例的軸承套圈材料采用高碳鉻軸承鋼GCrl6，其化學成分見表一，非金屬夾雜物見表二。
表一 GCrl6化學成分(單位重量百分比，其余為鐵)
C Si Mn Cr PS Mo- Ni Cu 0/模鑄
0.95 0.03 0.27 1.59 0.009 0.009 0.026 0.055 0.083 6 ppm Al Ca Ti As Sn Sb Pb Ni+ Cu 0.045 0.0004 0.0007 0.026 00079 0,0045 0.0017 |___0.138
表二 非金屬夾雜物
非金屬夾雜物類型 _非金屬夾雜物級別_
_細系_粗系_
_A__I__05_
_B__05__O_
COO
_D__05__O_
通過熱處理工藝的改進，提高了成品軸承的硬度，按照機械行業標準JB/T1255-2001，金相組織評定為4 5級，成品軸承硬度達到64. OHRC左右，和國內有些研究的結果相反。有研究認為高的金相組織會增加軸承內部產生顯微裂紋的可能性,會降低沖擊性能和疲勞強度從而降低軸承使用壽命。碳化物硬度高且脆，金相組織中大顆粒的碳化物會導致材料出現應力集中。軸承服役條件下，當局部應力超過材料本身強度將會出現疲勞剝落和產生微裂紋等缺陷，致使軸承疲勞壽命降低而出現早期失效。而細小彌散分布的碳化物顆粒，不但能提高材料的耐磨性能，還可以降低材料的應力集中效應和開裂傾向從而提高沖擊韌性。另外，奧氏體組織向馬氏體組織轉變的一個特性就是不完全轉變，經淬回火后的軸承零件金相組織中存在一定含量的殘余奧氏體。正常淬回火后，一般殘余奧氏體含量比較高，達到8% 15%左右，甚至更高。奧氏體硬度低，韌性好，但在室溫下是不穩定組織，正常使用條件下殘余奧氏體會發生向馬氏體轉變或其他轉變。由于奧氏體的比容最低，轉變為其他組織后將發生體積變化，使軸承零件的尺寸發生改變從而影響使用精度降低使用壽命。但是，殘余奧氏體的存在可以減緩材料中的應力集中和吸收一部分裂紋擴展功以及提高材料的沖擊韌性。馬氏體轉變結束點低于室溫，要想使一部分奧氏體繼續轉變為馬氏體，須進一步降低冷卻介質的溫度使之達到室溫下某一溫度。馬氏體數量的增多和殘余奧氏體的減少，既提高了軸承零件的硬度，也提高了軸承零件的尺寸穩定性，且對沖擊韌性等其他性能無明顯影響。本發明經過多次的試驗驗證，通過增加對碳化物的細化和增加冷處理工藝，在提高硬度的同時，增加了韌性和疲勞強度，減小了開裂傾向。對熱處理工藝過程加以嚴格控制，有效的避免了淬火(顯微)裂紋出現，不但不會降低軸承的疲勞壽命，反之會提高軸承的疲勞強度進而提高軸承的實際使用壽命。熱處理工序之前增加碳化物細化處理工藝是本發明的一個特點。有研究表明，細 小顆粒狀(球狀或橢球狀)均勻分布的碳化物對提高軸承的力學性能有很大好處。碳化物的細化可以提高軸承的耐磨性、沖擊韌性、抗疲勞性能和降低開裂傾向等。經過碳化物細化處理，還可以加寬熱處理溫度的選擇范圍，減小組織過熱傾向。碳化物細化的對比效果見表
表三碳化物細化效果檢查項目__昔通GCrlS本發明GCrl 6 某進口件
球化組織__2—4__2___
碳化物網狀組織(M)__<2.5<1__Si_
碳化物帶狀組織(M)__<2.5<1__￡1_
碳化物顆粒最大值(Ltm)__152__L83__120_
碳化物顆粒最小值(,)__034__0權利要求
1.一種軸承的熱處理方法，包括加熱、保溫、淬火、清洗、冷處理和回火六個步驟，其特征在于加熱步驟前設置有碳化物細化處理步驟，碳化物細化處理步驟包括鍛造和球化退火兩個步驟，鍛造步驟的始鍛的溫度為105(Tl 150°C，保溫時間在70至90分鐘，終鍛成型的溫度在80(T90(TC之間，然后在沸水中攪拌冷卻至30(T60(TC，出水空冷至室溫；球化退火步驟包括加熱至790 810で，該溫度下保溫150至210分鐘，風冷至680 710で并保溫4 6小時，隨爐冷卻至650°C，出爐空冷。
2.根據權利要求I所述的軸承的熱處理方法，其特征在于所述的清洗步驟結束后的2個小時內進行冷處理步驟，冷處理步驟在冷凍箱內進行，采用液氮作為冷卻介質，冷卻至-70°C _80°C，在該溫度下保溫I. 5 2個小時，然后自然回溫至室溫。
3.根據權利要求I所述的軸承的熱處理方法，其特征在于所述淬火步驟采用馬氏體淬火，熱處理設備為輥底式周期淬火生產線，淬火介質為硝鹽，硝鹽中的硝酸鉀亞硝酸鈉=1 :1，硝鹽介質溫度為165°C 175°C，淬火過程在硝鹽介質中冷卻8 15分鐘。
4.根據權利要求I 3任ー權利要求所述的軸承的熱處理方法，其特征在于所述清洗步驟包括熱清洗和冷清洗，在設備淬火槽后有兩個清洗槽，第一個清洗槽為熱清洗槽，熱清洗水溫為70°C 90°C，采用噴淋式結構完成熱清洗，第二個清洗槽為冷清洗槽，冷清洗水溫為6°C 12°C。
5.根據權利要求I 3任ー權利要求所述的軸承的熱處理方法，其特征在于所述回火步驟采用輥底式周期淬火生產線，加熱過程分為預熱、升溫、保溫三個階段，預熱時間8^15分鐘，升溫區溫度為845°C，保溫區溫度為850°C，總加熱時間為98 100分鐘。
6.根據權利要求I 3任ー權利要求所述的軸承的熱處理方法，其特征在于所述的軸承材料采用GCrl6高碳鉻軸承鋼。
全文摘要
本發明涉及一種軸承的熱處理方法，包括加熱、保溫、淬火、清洗、冷處理和回火六個步驟，其特征在于加熱步驟前設置有碳化物細化處理步驟，碳化物細化處理步驟包括鍛造和球化退火兩個步驟，鍛造步驟的始鍛的溫度為1050～1150℃，保溫時間在70至90分鐘，終鍛成型的溫度在800～900℃之間，然后在沸水中攪拌冷卻至300～600℃，出水空冷至室溫；球化退火步驟包括加熱至790～810℃，該溫度下保溫150至210分鐘，風冷至680～710℃并保溫4～6小時，隨爐冷卻至650℃，出爐空冷。本發明淬火后的清洗步驟結束后2個小時內進行冷處理步驟，采用液氮作為冷卻介質，冷卻至-70℃～-80℃，在該溫度下保溫1.5～2個小時，自然回溫至室溫。本發明通過細化碳化物顆粒、提高硬度和控制金相組織中殘余奧氏體含量來提高軸承的使用壽命。
文檔編號C21D9/40GK102758073SQ20121024890
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月18日 優先權日2012年7月18日
發明者時大方, 楊軍, 趙玲權, 陳康胤, 馬興法 申請人:浙江天馬軸承股份有限公司