[發明專利]一種超高碳型軸承鋼的熱處理方法

有效

• 申請號: 201310442972.1
• 申請日: 2013-09-25
• 公開（公告）號: CN103540726A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 柳永寧;劉宏基;孫俊杰;郭生武
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C21D6/00
• 分類號: C21D6/00;C22C38/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明屬于鋼的熱處理工藝技術領域，特別涉及高碳鋼及軸承鋼。

背景技術

軸承的內在質量在所有影響疲勞壽命的因素中占主導地位，而軸承的內在質量主要是指軸承鋼中的夾雜物（如氧化物、氮化物），因此提高軸承壽命的主要措施就是降低鋼中的氧含量。依據目前的煉鋼技術，世界上的軸承鋼大公司如日本山陽、瑞典SKF等都可以做到將軸承鋼中的氧含量降低至10ppm，而我國的興澄特鋼甚至低于5ppm。在現有技術下，已經很難通過降低氧含量來提高軸承壽命，所以發達國家轉向了通過控制夾雜物的尺寸和形態來提高軸承的壽命。另一方面，有學者通過采用表面處理工藝來提高軸承鋼的性能以及探索新的材料（如陶瓷材料）來替代部分應用場合的軸承鋼【R.Nathan?Katz,《International?Journal?of?High?Technology?Ceramics》,1985,volume1,issue1,P69-79】。高碳鉻軸承鋼自從1905年問世以來，其經典的基本成分一直未曾改變。日本NTN公司在經典成分基礎上提高了Si的含量【Hirokazu?NAKASHIMA,《NTN?TECHNICAL?REVIEW》,2008,No.76,P10-17】，從而提高了軸承鋼的抗回火軟化的能力，其疲勞壽命也提高了一倍。

超高碳型軸承鋼的碳含量為1.01-2.1wt.%，具有比傳統高碳鉻軸承鋼更高的基體強度、硬度和抗回火軟化能力。提高軸承鋼的基體強度和硬度是延長軸承鋼滾動接觸疲勞壽命的方法之一。延長軸承使用壽命，提高軸承鋼抗高沖擊能力是科學工作者的追求的目標，也是現代設備的要求。目前高速列車、大型風力發電設備以及精密加工等領域所使用的軸承材料一直被國外商家壟斷，其原因就是國產軸承的壽命與進口軸承相比，還有很多差距。開發新型軸承鋼材料是打破壟斷的另一種途徑。超高碳型軸承鋼具有更高的承載能力，是一種有廣闊應用前景的新型軸承材料。但根據常規淬回火熱處理方法處理后的超高碳鋼沖擊韌性較低。因此，開發適合超高碳型軸承鋼的新型熱處理工藝，使其同時具備超長的使用壽命和較高的沖擊韌性勢在必行。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超高碳型軸承鋼的熱處理方法，經該熱處理方法處理后的超高碳型軸承鋼的滾動接觸疲勞壽命更長，并且擁有更高的沖擊韌性。

為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案：

將球化后的超高碳型軸承鋼部分奧氏體化；然后，在下貝氏體區進行等溫形成部分超級貝氏體，等溫后油淬或水冷獲得部分馬氏體。

所述奧氏體化溫度為860-950℃。

所述奧氏體化的加熱時間按所述超高碳型軸承鋼的有效厚度以加熱系數1.0-2.0min/mm確定。

所述等溫溫度為150-350℃，等溫時間為5-45min。

若超級貝氏體體積分數<30%，則在油淬或水冷后進行150-200℃回火1-3h。

所述超高碳型軸承鋼的成分按重量百分比計為：C:1.10-1.50%，Cr:1.00-2.00%，Mn:0.25-1.00%，Si:0.20-1.50%，Al:1.0-2.0%，余量為Fe。

經所述熱處理方法處理后的超高碳型軸承鋼的組織為：馬氏體+超級貝氏體+殘余奧氏體+剩余碳化物，其中超級貝氏體的體積分數為5-80%。

本發明所述熱處理方法中，超高碳型軸承鋼經部分奧氏體化后，有大量的C溶于奧氏體中，在等溫過程中，由于Si和Al的存在抑制了碳化物從奧氏體中析出來，從而使得富碳奧氏體在室溫下能穩定存在，形成了細條狀貝氏體鐵素體+富碳奧氏體薄膜的超級貝氏體組織。然后油淬或水淬，使得未轉變奧氏體再轉變成馬氏體。另外，由于是部分奧氏體化，所以還有大量抵抗摩擦磨損的碳化物存在。這種復相組織不僅滿足了軸承鋼的硬度使用要求，而且超級貝氏體的存在還提高了沖擊韌性。

本發明的優點是：

1）本發明所述熱處理方法使得超高碳型軸承鋼在不降低硬度的條件下，沖擊韌性得到了很大提高。

2）同時，超高碳型軸承鋼經熱處理后其接觸疲勞壽命要明顯高于淬回火態GCr15軸承鋼和超高碳型軸承鋼。

附圖說明

圖1為超高碳型軸承鋼（有效厚度為10mm）在不同奧氏體化溫度加熱15min、270℃等溫溫度等溫30min后油淬的組織照片；其中，(a)860℃，(b)880℃，(c)900℃，(d)920℃；