CN104213040B - 一种高强度轴承的专用钢材及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度轴承的专用钢材及其加工工艺，其坯料的化学成分的质量百分比为：C：0.24-0.26%，Si：0.10-0.12%，Mn：0.95-0.97%，Ni：0.45-0.47%，Cr：6.3-6.5%，Mo：0.26-0.28%，Sr：0.32-0.34%，Nb：0.08-0.10%，Cu：0.03-0.05%，Al：0.17-0.19%，Ti：0.26-0.28%，S≤0.01%，P≤0.02%，稀土金属：0.15-0.17%，余量为Fe；其中，稀土金属的化学成分质量百分比为：镨：3-5%，钕：11-13%，钷：9-11%，钆：3-5%，镥：2-4%，铕：6-8%，铽：1-3%，钬：4-6%，余量为铒；本发明还公开了一种高强度轴承的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳和热处理；具有加工尺寸精度高，产品内在质量稳定，性能优异，使用寿命长，可靠性高的特点。
Description
技术领域
本发明属于机械传动技术领域，涉及一种轴承钢材，具体地说是一种高强度轴承的专用钢材及其加工工艺。
背景技术
轴承是当代机械设备中一种举足轻重的零部件，它在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的作用，当其它机件在轴上彼此产生相对运动时，用来降低动力传递过程中的摩擦系数和保持轴中心位置固定的机件，它的主要功能是支撑机械旋转体，用以降低设备在传动过程中的机械载荷摩擦系数。
目前在我国，轴承行业生产集中度较低，且研发和创新能力低，由于大多数企业在创新体系的建设和运行、研发和创新的资金投入、人才开发等方面仍处于低水平，加上面向行业服务的科研院所走向企业化，国家已没有对行业共性技术研究的投入，从而削弱了面向行业进行研发的功能。
同时，制造技术水平低也是我国轴承行业面临的主要问题之一，我国轴承工业制造工艺和工艺装备技术发展缓慢，车加工数控率低，磨加工自动化水平低，尤其是对轴承寿命和可靠性至关重要的先进热处理工艺和装备，如控制气氛保护加热、双细化、贝氏体淬火等覆盖率低，许多技术难题攻关未能取得突破。轴承钢新钢种的研发，钢材质量的提高，润滑、冷却、清洗和磨料磨具等相关技术的研发，尚不能适应轴承产品水平和质量提高的要求。因而造成工序能力指数低，一致性差，产品加工尺寸离散度大，产品内在质量不稳定而影响轴承的精度、性能、寿命和可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种高强度轴承的加工工艺，具有加工尺寸精度高，产品内在质量稳定，性能优异，使用寿命长，可靠性高的特点。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种高强度轴承的专用钢材，其坯料的化学成分的质量百分比为：C：0.24-0.26%，Si：0.10-0.12%，Mn：0.95-0.97%，Ni：0.45-0.47%，Cr:6.3-6.5%，Mo:0.26-0.28%，Sr：0.32-0.34%，Nb：0.08-0.10%，Cu:0.03-0.05%，Al:0.17-0.19%，Ti：0.26-0.28%，S≤0.01%，P≤0.02%，稀土金属：0.15-0.17%，余量为Fe。
其中，稀土金属的化学成分质量百分比为：镨：3-5%，钕：11-13%，钷：9-11%，钆：3-5%，镥：2-4%，铕：6-8%，铽：1-3%，钬：4-6%，余量为铒。
本发明进一步限定的技术方案是：
提供一种高强度轴承的专用钢材，其坯料的化学成分的质量百分比为：C：0.24%，Si：0.10%，Mn：0.95%，Ni：0.45%，Cr:6.3%，Mo:0.26%，Sr：0.32%，Nb：0.08%，Cu:0.03%，Al:0.17%，Ti：0.26%，S：0.01%，P：0.02%，稀土金属：0.15%，余量为Fe；
其中，稀土金属的化学成分质量百分比为：镨：3%，钕：11%，钷：9%，钆：3%，镥：2%，铕：6%，铽：1%，钬：4%，余量为铒。
提供一种高强度轴承的专用钢材，其坯料的化学成分的质量百分比为：C：0.26%，Si：0.12%，Mn：0.97%，Ni：0.47%，Cr:6.5%，Mo:0.28%，Sr：0.34%，Nb：0.10%，Cu:0.05%，Al:0.19%，Ti：0.28%，S：0.008%，P：0.015%，稀土金属：0.17%，余量为Fe；
其中，稀土金属的化学成分质量百分比为：镨：5%，钕：13%，钷：11%，钆：5%，镥：4%，铕：8%，铽：3%，钬：6%，余量为铒。
提供一种高强度轴承的专用钢材，其坯料的化学成分的质量百分比为：C：0.25%，Si：0.11%，Mn：0.96%，Ni：0.46%，Cr:6.4%，Mo:0.27%，Sr：0.33%，Nb：0.09%，Cu:0.04%，Al:0.18%，Ti：0.27%，S：0.009%，P：0.018%，稀土金属：0.16%，余量为Fe；
其中，稀土金属的化学成分质量百分比为：镨：4%，钕：12%，钷：10%，钆：4%，镥：3%，铕：7%，铽：2%，钬：5%，余量为铒。
本发明还提供一种高强度轴承的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳和热处理：
锻造工序：将工件坯料保持在870-890℃下，进行自由锻，时间为13-15分钟；
退火工序：热锻后，在745-755℃保温16-18分钟，然后炉冷至205-215℃后保温9-11分钟，最后冷却至室温；
回火工序：回火温度735-745℃，到温后保温5-7分钟，然后空冷至室温；
车加工工序：将冷却后的坯料，采用数控车床加工成圆柱形粗料；
渗碳工序：将粗料置入具有活性渗碳介质中，加热到985-995℃，保温12-14分钟；
热处理工序：热处理温度915-935℃，到温后保温8-10分钟，然后采用油冷以1-3℃/s的冷却速率将粗料冷却至室温。
本发明还提供一种高强度轴承的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳和热处理：
锻造工序：将工件坯料保持在870℃下，进行自由锻，时间为15分钟；
退火工序：热锻后，在745℃保温18分钟，然后炉冷至205℃后保温11分钟，最后冷却至室温；
回火工序：回火温度735℃，到温后保温7分钟，然后空冷至室温；
车加工工序：将冷却后的坯料，采用数控车床加工成圆柱形粗料；
渗碳工序：将粗料置入具有活性渗碳介质中，加热到985℃，保温14分钟；
热处理工序：热处理温度915℃，到温后保温10分钟，然后采用油冷以1℃/s的冷却速率将粗料冷却至室温。
本发明还提供一种高强度轴承的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳和热处理：
锻造工序：将工件坯料保持在890℃下，进行自由锻，时间为13分钟；
退火工序：热锻后，在755℃保温16分钟，然后炉冷至215℃后保温9分钟，最后冷却至室温；
回火工序：回火温度745℃，到温后保温5分钟，然后空冷至室温；
车加工工序：将冷却后的坯料，采用数控车床加工成圆柱形粗料；
渗碳工序：将粗料置入具有活性渗碳介质中，加热到995℃，保温12分钟；
热处理工序：热处理温度935℃，到温后保温8分钟，然后采用油冷以3℃/s的冷却速率将粗料冷却至室温。
本发明还提供一种高强度轴承的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳和热处理：
锻造工序：将工件坯料保持在880℃下，进行自由锻，时间为14分钟；
退火工序：热锻后，在750℃保温17分钟，然后炉冷至210℃后保温10分钟，最后冷却至室温；
回火工序：回火温度740℃，到温后保温6分钟，然后空冷至室温；
车加工工序：将冷却后的坯料，采用数控车床加工成圆柱形粗料；
渗碳工序：将粗料置入具有活性渗碳介质中，加热到990℃，保温13分钟；
热处理工序：热处理温度920℃，到温后保温9分钟，然后采用油冷以2℃/s的冷却速率将粗料冷却至室温。
本发明的有益效果是：
本发明的成分中的Cr会导致碳及合金元素的严重偏析，轴承会出现共晶碳化物，从而降低轴承的冲击韧度；本发明通过加入稀土金属，可有效减弱轴承的合金元素偏析现象，可大幅度提高轴承的冲击韧度。
本发明的退火工序在热锻后不立即冷却，而是在785-795℃保温10-12分钟，然后炉冷后保温，最后冷却至室温；这样使奥氏体在这个温度下进行等温转变，形成珠光体，奥氏体能在较短时间内完成球光体转变，避免形成马氏体，导致钢变硬，从而使轴承硬度达到理想效果，不至于硬度过高或过低。
本发明的轴承由于合金元素的作用，碳及合金元素的严重偏析，轴承会出现共晶碳化物，从而降低轴承的冲击韧度；本发明通过一次回火及温度控制，从而使轴承的合金元素偏析现象明显减弱，可大幅度提高轴承的冲击韧度。
回火处理使轴承各方向组织细小均匀；可进一步减小表面和心部的温度之差，从而使表面至心部性能趋于一致；回火后冷却，可以使组织更为均匀稳定，极少出现气孔及沙眼，保证了轴承的抗腐蚀性能，起到了意想不到的技术效果。
本发明通过表面强化热处理可以细化晶粒，同时提高轴承的韧性，可以减轻或消除带状组织等缺陷，提高轴承整体冲击性能，使轴承组织更为均匀稳定，极少出现气孔及沙眼，且获得较好的综合力学性能和抗腐蚀性能。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种高强度轴承的专用钢材，其坯料的化学成分的质量百分比为：C：0.24%，Si：0.10%，Mn：0.95%，Ni：0.45%，Cr:6.3%，Mo:0.26%，Sr：0.32%，Nb：0.08%，Cu:0.03%，Al:0.17%，Ti：0.26%，S：0.01%，P：0.02%，稀土金属：0.15%，余量为Fe；
其中，稀土金属的化学成分质量百分比为：镨：3%，钕：11%，钷：9%，钆：3%，镥：2%，铕：6%，铽：1%，钬：4%，余量为铒。
本实施例还提供一种高强度轴承的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳和热处理：
锻造工序：将工件坯料保持在870℃下，进行自由锻，时间为15分钟；
退火工序：热锻后，在745℃保温18分钟，然后炉冷至205℃后保温11分钟，最后冷却至室温；
回火工序：回火温度735℃，到温后保温7分钟，然后空冷至室温；
车加工工序：将冷却后的坯料，采用数控车床加工成圆柱形粗料；
渗碳工序：将粗料置入具有活性渗碳介质中，加热到985℃，保温14分钟；
热处理工序：热处理温度915℃，到温后保温10分钟，然后采用油冷以1℃/s的冷却速率将粗料冷却至室温。
实施例2
本实施例提供一种高强度轴承的专用钢材，其坯料的化学成分的质量百分比为：C：0.26%，Si：0.12%，Mn：0.97%，Ni：0.47%，Cr:6.5%，Mo:0.28%，Sr：0.34%，Nb：0.10%，Cu:0.05%，Al:0.19%，Ti：0.28%，S：0.008%，P：0.015%，稀土金属：0.17%，余量为Fe；
其中，稀土金属的化学成分质量百分比为：镨：5%，钕：13%，钷：11%，钆：5%，镥：4%，铕：8%，铽：3%，钬：6%，余量为铒。
本实施例还提供一种高强度轴承的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳和热处理：
锻造工序：将工件坯料保持在890℃下，进行自由锻，时间为13分钟；
退火工序：热锻后，在755℃保温16分钟，然后炉冷至215℃后保温9分钟，最后冷却至室温；
回火工序：回火温度745℃，到温后保温5分钟，然后空冷至室温；
车加工工序：将冷却后的坯料，采用数控车床加工成圆柱形粗料；
渗碳工序：将粗料置入具有活性渗碳介质中，加热到995℃，保温12分钟；
热处理工序：热处理温度935℃，到温后保温8分钟，然后采用油冷以3℃/s的冷却速率将粗料冷却至室温。
实施例3
本实施例提供一种高强度轴承的专用钢材，其坯料的化学成分的质量百分比为：C：0.25%，Si：0.11%，Mn：0.96%，Ni：0.46%，Cr:6.4%，Mo:0.27%，Sr：0.33%，Nb：0.09%，Cu:0.04%，Al:0.18%，Ti：0.27%，S：0.009%，P：0.018%，稀土金属：0.16%，余量为Fe；
其中，稀土金属的化学成分质量百分比为：镨：4%，钕：12%，钷：10%，钆：4%，镥：3%，铕：7%，铽：2%，钬：5%，余量为铒。
本实施例还提供一种高强度轴承的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳和热处理：
锻造工序：将工件坯料保持在880℃下，进行自由锻，时间为14分钟；
退火工序：热锻后，在750℃保温17分钟，然后炉冷至210℃后保温10分钟，最后冷却至室温；
回火工序：回火温度740℃，到温后保温6分钟，然后空冷至室温；
车加工工序：将冷却后的坯料，采用数控车床加工成圆柱形粗料；
渗碳工序：将粗料置入具有活性渗碳介质中，加热到990℃，保温13分钟；
热处理工序：热处理温度920℃，到温后保温9分钟，然后采用油冷以2℃/s的冷却速率将粗料冷却至室温。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (4)
1.一种高强度轴承的专用钢材的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳和热处理，其特征在于：
所述锻造工序：将工件坯料保持在870-890℃下，进行自由锻，时间为13-15分钟；
所述坯料的化学成分的质量百分比为：C：0.24-0.26％，Si：0.10-0.12％，Mn：0.95-0.97％，Ni：0.45-0.47％，Cr:6.3-6.5％，Mo:0.26-0.28％，Sr：0.32-0.34％，Nb：0.08-0.10％，Cu:0.03-0.05％，Al:0.17-0.19％，Ti：0.26-0.28％，S≤0.01％，P≤0.02％，稀土金属：0.15-0.17％，余量为Fe；
所述稀土金属的化学成分质量百分比为：镨：3-5％，钕：11-13％，钷：9-11％，钆：3-5％，镥：2-4％，铕：6-8％，铽：1-3％，钬：4-6％，余量为铒；
所述退火工序：热锻后，在745-755℃保温16-18分钟，然后炉冷至205-215℃后保温9-11分钟，最后冷却至室温；
所述回火工序：回火温度735-745℃，到温后保温5-7分钟，然后空冷至室温；
所述车加工工序：将冷却后的坯料，采用数控车床加工成圆柱形粗料；
所述渗碳工序：将粗料置入具有活性渗碳介质中，加热到985-995℃，保温12-14分钟；
所述热处理工序：热处理温度915-935℃，到温后保温8-10分钟，然后采用油冷以1-3℃/s的冷却速率将粗料冷却至室温。
2.如权利要求1所述的高强度轴承的专用钢材的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳和热处理，其特征在于：
所述锻造工序：将工件坯料保持在870℃下，进行自由锻，时间为15分钟；
所述坯料的化学成分的质量百分比为：C：0.24％，Si：0.10％，Mn：0.95％，Ni：0.45％，Cr:6.3％，Mo:0.26％，Sr：0.32％，Nb：0.08％，Cu:0.03％，Al:0.17％，Ti：0.26％，S：0.01％，P：0.02％，稀土金属：0.15％，余量为Fe；
所述稀土金属的化学成分质量百分比为：镨：3％，钕：11％，钷：9％，钆：3％，镥：2％，铕：6％，铽：1％，钬：4％，余量为铒；
所述退火工序：热锻后，在745℃保温18分钟，然后炉冷至205℃后保温11分钟，最后冷却至室温；
所述回火工序：回火温度735℃，到温后保温7分钟，然后空冷至室温；
所述车加工工序：将冷却后的坯料，采用数控车床加工成圆柱形粗料；
所述渗碳工序：将粗料置入具有活性渗碳介质中，加热到985℃，保温14分钟；
所述热处理工序：热处理温度915℃，到温后保温10分钟，然后采用油冷以1℃/s的冷却速率将粗料冷却至室温。
3.如权利要求1所述的高强度轴承的专用钢材的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳和热处理，其特征在于：
所述锻造工序：将工件坯料保持在890℃下，进行自由锻，时间为13分钟；
所述坯料的化学成分的质量百分比为：C：0.26％，Si：0.12％，Mn：0.97％，Ni：0.47％，Cr:6.5％，Mo:0.28％，Sr：0.34％，Nb：0.10％，Cu:0.05％，Al:0.19％，Ti：0.28％，S：0.008％，P：0.015％，稀土金属：0.17％，余量为Fe；
所述稀土金属的化学成分质量百分比为：镨：5％，钕：13％，钷：11％，钆：5％，镥：4％，铕：8％，铽：3％，钬：6％，余量为铒；
所述退火工序：热锻后，在755℃保温16分钟，然后炉冷至215℃后保温9分钟，最后冷却至室温；
所述回火工序：回火温度745℃，到温后保温5分钟，然后空冷至室温；
所述车加工工序：将冷却后的坯料，采用数控车床加工成圆柱形粗料；
所述渗碳工序：将粗料置入具有活性渗碳介质中，加热到995℃，保温12分钟；
所述热处理工序：热处理温度935℃，到温后保温8分钟，然后采用油冷以3℃/s的冷却速率将粗料冷却至室温。
4.如权利要求1所述的高强度轴承的专用钢材的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳和热处理，其特征在于：
所述锻造工序：将工件坯料保持在880℃下，进行自由锻，时间为14分钟；
所述坯料的化学成分的质量百分比为：C：0.25％，Si：0.11％，Mn：0.96％，Ni：0.46％，Cr:6.4％，Mo:0.27％，Sr：0.33％，Nb：0.09％，Cu:0.04％，Al:0.18％，Ti：0.27％，S：0.009％，P：0.018％，稀土金属：0.16％，余量为Fe；
所述稀土金属的化学成分质量百分比为：镨：4％，钕：12％，钷：10％，钆：4％，镥：3％，铕：7％，铽：2％，钬：5％，余量为铒；
所述退火工序：热锻后，在750℃保温17分钟，然后炉冷至210℃后保温10分钟，最后冷却至室温；
所述回火工序：回火温度740℃，到温后保温6分钟，然后空冷至室温；
所述车加工工序：将冷却后的坯料，采用数控车床加工成圆柱形粗料；
所述渗碳工序：将粗料置入具有活性渗碳介质中，加热到990℃，保温13分钟；
所述热处理工序：热处理温度920℃，到温后保温9分钟，然后采用油冷以2℃/s的冷却速率将粗料冷却至室温。
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