[發(fā)明專利]提高精密滾動(dòng)球軸承表面硬度的熱處理工藝

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110084208.2
• 申請(qǐng)日: 2011-04-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102168275A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸衛(wèi)倩;劉秦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海電機(jī)學(xué)院
• 主分類號(hào): C23F17/00
• 分類號(hào): C23F17/00;C23C8/26
• 代理公司: 上海思微知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種精密滾動(dòng)球軸承表面的熱處理方法，尤其涉及表面要求具有高硬度的精密滾動(dòng)球軸承。

背景技術(shù)

高硬度精密滾動(dòng)球軸承的熱處理方法通常采用淬火、低溫回火和冰冷處理，這種熱處理工藝的缺點(diǎn)是硬度還不夠高，一般高硬度的精密滾動(dòng)球軸承采用此法還行，但對(duì)于表面要求超高硬度(硬度大于1000HV0.1)的精密滾動(dòng)球軸承，則此工藝往往不能滿足硬度要求。現(xiàn)有技術(shù)為了使精密滾動(dòng)球軸承表面達(dá)到超高硬度采用了表面等溫滲氮處理，這種滲氮工藝的優(yōu)點(diǎn)是軸承表面硬度高、變形小；缺點(diǎn)是保溫時(shí)間長(zhǎng)、脆性大、氮化層過(guò)渡性差。硬度高易引發(fā)脆性，而過(guò)渡性差則會(huì)降低氮化層內(nèi)組織之間的結(jié)合力，這些都會(huì)引起軸承表面氮化層組織的脫落，因此精密滾動(dòng)球軸承滲氮后、研磨時(shí)其表面常常會(huì)有肉眼隱約可見(jiàn)的白亮色點(diǎn)狀缺陷而報(bào)廢，報(bào)廢率高。

精密滾動(dòng)球軸承通常采用GCr15鋼，而GCr15鋼的C、Cr含量都比常用的氮化鋼38CrMoAl鋼要高得多，并且GCr15內(nèi)不含有能抑制氮化脆性的Mo、Al元素，滲氮過(guò)程中非常容易形成脆性相，因此等溫滲氮處理后、精磨研時(shí)精密滾動(dòng)球軸承的表面上常常會(huì)有肉眼隱約可見(jiàn)的白亮色點(diǎn)狀缺陷。經(jīng)過(guò)氮化層的金相組織分析及X射線衍射物相定性分析發(fā)現(xiàn)：引起脆性和白亮色點(diǎn)狀缺陷的主要原因是氣體等溫滲氮后軸承表面的氮化層組織非常不理想：軸承滲氮層最表面的金相組織是厚厚的白亮層，這些白亮層內(nèi)不僅有較脆的ε相和γ’相組織還有脆性極大的ζ相(Fe2N)；脆性極大的ζ相(Fe2N)在后續(xù)研磨時(shí)會(huì)發(fā)生脫落而形成白亮色點(diǎn)狀缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種提高精密滾動(dòng)球軸承表面硬度的熱處理工藝，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷。

本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明的提高精密滾動(dòng)球軸承表面硬度的熱處理工藝，依次包括調(diào)質(zhì)處理步驟、加工成型步驟、清洗干燥步驟和滲氮處理步驟，其特征在于，所述滲氮處理采用三段式滲氮，第一階段采用低溫高氮?jiǎng)荩诙A段采用高溫高氮?jiǎng)荩谌A段采用高溫低氮?jiǎng)荨?/p>

所述三段式滲氮具體包括如下步驟：

第一階段，將滾動(dòng)球軸承置于滲氮爐內(nèi)，升溫至500～520℃，通入氨氣，氨分解率為18％-25％，保溫23～27小時(shí)左右；

第二階段，升溫至530℃～540℃，氨分解率為22～28％，保溫23～27小時(shí)左右；

第三階段，保持第二階段溫度，將氨分解率提高到75～85％進(jìn)行退氮處理，2～3小時(shí)，滲氮結(jié)束。

所述調(diào)質(zhì)處理步驟，是指對(duì)原材料GCr15鋼進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，淬火溫度為835～850℃，回火溫度為600～650℃，加熱保溫時(shí)間視零件大小而定，原則是保證零件充分加熱，確保調(diào)質(zhì)處理的金相組織為均勻的回火索氏體，必要時(shí)可通過(guò)金相分析來(lái)確保；

所述加工成型步驟，是指將調(diào)質(zhì)處理后的原材料加工成滾動(dòng)球軸承；調(diào)質(zhì)處理后要對(duì)原材料進(jìn)行金相組織分析，確保調(diào)質(zhì)后的組織是均勻的回火索氏體，均勻的調(diào)質(zhì)組織是GCr15鋼獲得良好滲氮組織的基本要素；

所述清洗干燥步驟，是指將滾動(dòng)球軸承清洗至軸承表面無(wú)油污，并干燥。軸承表面無(wú)油污一方面能防止油污處產(chǎn)生局部脆性的滲氮組織，一方面有利表面形成氧化膜加快滲氮的還原過(guò)程，有助于氣體滲氮的均勻性和縮短氣體滲氮的時(shí)間。

作為優(yōu)選方案，滲氮結(jié)束時(shí)應(yīng)繼續(xù)供氨，并用鼓風(fēng)機(jī)向爐膛內(nèi)通入空氣快速冷卻爐罐，氣體滲氮處理后的滾動(dòng)球軸承需隨爐冷卻至室溫后再出爐。

導(dǎo)致GCr15鋼精密滾動(dòng)球軸承表面出現(xiàn)白色點(diǎn)狀缺陷的根本原因在于滲氮層中的白亮層過(guò)厚且存在脆性極大的ζ相(Fe2N)，所以要解決脆性、白色點(diǎn)狀缺陷問(wèn)題，關(guān)鍵在于控制精密滾動(dòng)球軸承的氮化層質(zhì)量、抑制氮化層內(nèi)各種引發(fā)材料脆性的因素，減少白亮層的厚度、避免ζ相(Fe2N)的形成。為了減少GCr15鋼滲氮脆性、杜絕ζ相(Fe2N)的形成、避免ζ相(Fe2N)脫落在軸承表面形成白亮色點(diǎn)狀缺陷，同時(shí)也考慮到能減少軸承的變形。

本發(fā)明采用三段式滲氮工藝，出乎意料的能顯著控制GCr15鋼精密滾動(dòng)球軸承的氮化層質(zhì)量、明顯減少白亮層的厚度并杜絕ζ相(Fe2N)的形成。其中第一階段采用低溫高氮?jiǎng)荩稍跐B氮組織中形成彌散度大而硬的合金氮化物，以保證軸承表面具有理想的高硬度；第二階段采用高溫高氮?jiǎng)荩杉涌鞌U(kuò)散并使硬度略微降低，同時(shí)也使硬度梯度更趨平緩以增加氮化層組織之間的結(jié)合力，以減少軸承表面脆性；第三階段采用高溫低氮?jiǎng)荩蛇M(jìn)一步降低脆性。

此外，在滲氮結(jié)束時(shí)繼續(xù)供氨，并用鼓風(fēng)機(jī)向爐膛內(nèi)通入空氣快速冷卻爐罐，可以進(jìn)一步降低脆性和縮短滲氮周期。