[發明專利]對用于制造軸承的鋼材進行熱處理的方法和成型件

有效

• 申請號: 201610027568.1
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105671435B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 易紅亮;龐佳琛
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C22C38/06
• 分類號: C22C38/06;C22C38/18;C22C38/04;C22C38/02;C22C38/12;C22C38/14;C22C38/08;C22C38/16;C21D6/00;F16C33/58;F16C33/30
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司11372
• 代理人: 劉華聯,張少輝

技術領域

本發明涉及金屬材料領域，特別涉及一種鋼材。本發明還涉及對這種鋼材進行熱處理的方法。本發明還涉及一種成型件。

背景技術

軸承作為機械設備中的重要零件，其功能是支撐機械旋轉體，降低其運動過程中的摩擦系數，并保證其回轉精度。隨著科技的發展，在一些特種設備中，往往需要能承受高轉速、高負荷、高溫、低溫并且低噪音的軸承。這要求軸承鋼具有高的尺寸穩定性、高硬度、高強度、優異的滾動接觸疲勞性能以及耐磨性。

在現有技術中，GCr15軸承鋼是常用的高硬度軸承鋼，其碳含量在0.95％到1.05％重量之間。在淬火熱處理后，GCr15軸承鋼的淬火態硬度范圍在61HRC到64HRC之間。回火后的硬度值范圍在58HRC到62HRC之間。

GCr15軸承鋼在制備過程中，在進行淬火發生馬氏體相變后，再進行回火以盡量使殘余奧氏體分解，這是為了避免殘余奧氏體在外力作用下發生馬氏體相變而導致軸承尺寸發生變化。由此，通常在室溫下，GCr15軸承鋼僅含有不到3％體積的殘余奧氏體。如此少的殘余奧氏體使得軸承在受到較大的外力時，極易產生裂紋，甚至直接導致軸承損壞。這嚴重限制了由GCr15軸承鋼制備的軸承的使用范圍。

發明內容

針對上述問題，本發明提出了一種用于制造軸承的鋼材。這種鋼材含有較多的碳和鋁。使用這種鋼材并經過本發明的熱處理方法之后得到的成型件或軸承含有較多的馬氏體和較多的殘余奧氏體，這使得成型件或軸承具有高的硬度。此外，絕大部分的這些殘余奧氏體在外力作用下不會發生馬氏體相變，由此可確保該成型件或軸承的尺寸不變，并且這些殘余奧氏體可以有效地抑制構件或軸承由于受到外力作用而產生裂紋或裂紋擴展。

根據本發明的第一方面，提供了一種用于制造軸承的鋼材。以重量含量計，這種鋼材包括1.22-1.6％的C、0.5-2％的Cr、4-8％的Al、0.11-1.5％的Mn以及小于等于0.7重量的Si，余量為Fe和雜質。

與GCr15軸承鋼的碳含量(GCr15軸承鋼的共析碳含量為約0.5wt.％)或鐵碳熱平衡二元相圖中的共析鋼的碳含量相比，本發明的用于制造軸承的鋼材含有4-8％的鋁，使得碳的含量被提高到1.22-1.6％，但是在鋼材內部仍然不存在網狀碳化物，鋼材的組織也較為均勻。在隨后的熱處理過程中，鋼材的良好的組織分布方式會遺傳下去，從而使得熱處理后的成型件的組織和性能非常均勻。

在熱處理過程中，鋼材中的鋁提高鋼材的馬氏體相變溫度，這抵消了由鋼材的較高的碳含量導致的馬氏體相變溫度降低。由此，本發明的鋼材經熱處理后仍具有較多的馬氏體，這使得由本發明的鋼材制備的軸承具有非常高的硬度。馬氏體內含有較多的碳，也會使得所制備的軸承具有非常高的硬度。

更重要的是，由于鋼材中存在有鋁，在馬氏體相變后的低溫熱處理過程中，在馬氏體相變后剩余的奧氏體即使部分發生分解，仍然會有較大量的奧氏體剩余。這些剩余的奧氏體會形成在室溫下穩定的殘余奧氏體。與現有技術中的GCr15軸承鋼以及其他類型的軸承鋼相比相比，由本發明的鋼材制備的最終成型件含有更多的殘余奧氏體。在成型件受到外力作用時，這些殘余奧氏體會抑制脆性的馬氏體(或成型件)產生裂紋及擴展。

此外，在上述的馬氏體相變后的低溫熱處理過程中，鋁會使鋼材的其他組織的過量的碳進入到殘余奧氏體內，這導致殘余奧氏體的含碳量會大幅增加。例如，殘余奧氏體的碳含量可達到以重量含量計2％到5％。與現有技術中的GCr15軸承鋼以及其他類型的軸承鋼相比(這些軸承鋼的碳含量最高為以重量含量計1.9％)相比，由本發明的鋼材制備的最終成型件的殘余奧氏體的碳含量會較高，使得其穩定性非常好并且不會發生馬氏體相變。對于軸承而言，在使用過程中，穩定的殘余奧氏體幾乎不發生馬氏體轉變，因此受力條件下成型件或軸承的尺寸變化非常小。殘余奧氏體含有較多的碳也會抑制奧氏體分解，這也使得由本發明的鋼材制備的最終成型件內會有較大量的殘余奧氏體。

此外，Al的加入還可以降低鋼材的密度，這有利于降低所制備的成型件的重量。例如，常規GCr15軸承鋼的密度約為7.86g/cm³，而本發明的一種鋼材Fe-1.25C-1.5Cr-5Al(即，以重量含量計，C含量為1.25％左右、Cr含量為1.5％左右、Al含量為5％左右，余量為Fe和雜質)的密度約為7.34g/cm³。

應理解的是，本發明的用于制造軸承的鋼材可以為鑄錠、棒材、線材、管材或其他任何適當的形狀。