[發(fā)明專利]一種鋼質(zhì)套圈及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111581681.1
• 申請(qǐng)日: 2021-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN114248073B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李殿中;曹艷飛;劉宏偉;杜寧宇;類承帥;趙志坡;李依依
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號(hào): B23P15/00
• 分類號(hào): B23P15/00;B22D11/16;C21D1/32;C21D9/00
• 代理公司: 北京煦潤律師事務(wù)所 11522
• 代理人: 梁永芳

本發(fā)明涉及一種鋼質(zhì)套圈及其制備方法，其制備方法包括以下步驟：1）制備自耗鑄坯；2）鑄坯的冒口切割；3）高溫鍛造成棒材；4）將棒材切斷后得到的小棒料鐓粗；5）墩粗料沖孔；6）碾擴(kuò)使溝道成形。本方法可以解決軸承鋼套圈零件中的疏松、氣孔以及應(yīng)力集中導(dǎo)致的微小孔洞型缺陷，延遲裂紋萌生、擴(kuò)展以及基體剝落時(shí)間，從而提高軸承服役壽命，確保主機(jī)的安全穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋼質(zhì)產(chǎn)品制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鋼質(zhì)套圈及其制備方法。

背景技術(shù)

M50軸承鋼由于其高的耐磨性、強(qiáng)度以及高溫穩(wěn)定性，被廣泛應(yīng)用在高端軸承的制備上。該類鋼由于具有較高的碳含量和合金含量，導(dǎo)致其凝固區(qū)間大，凝固過程產(chǎn)生嚴(yán)重的縮孔疏松缺陷以及粗大的一次碳化物，這也是制約成品軸承長(zhǎng)壽命的最重要因素。此外，寬的凝固區(qū)間也會(huì)導(dǎo)致局部凝固時(shí)間長(zhǎng)，H、N、O等氣體形成元素會(huì)自身嚴(yán)重富集或者依附已形成的夾雜物、碳化物而富集。

此外，對(duì)于制備軸承套圈而言，小尺寸棒料要經(jīng)過鐓餅、沖孔、碾擴(kuò)等環(huán)件成形工序，在這些過程中，由于棒材中的粗大的一次碳化物的存在，會(huì)出現(xiàn)碳化物周圍較大的應(yīng)力集中甚至誘發(fā)微小裂紋，從而導(dǎo)致軸承在服役過程中此處成為薄弱環(huán)節(jié)。

由此可見，各階段帶入的孔洞型微缺陷都有可能存在于最終的軸承套圈中，而這些微缺陷的存在會(huì)縮短裂紋萌生時(shí)間，從而加速疲勞失效和剝落，大幅降低軸承的服役壽命，例如在嚴(yán)苛環(huán)境下低于500h。

因此，M50高溫軸承鋼套圈零件微缺陷的控制需要解決疏松、氣孔以及應(yīng)力集中導(dǎo)致的微小孔洞型缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種鋼質(zhì)套圈及其制備方法，主要目的在于制備一種鋼質(zhì)套圈，其材料中微小孔洞型缺陷得到控制，使得軸承能夠滿足長(zhǎng)壽命、高可靠性要求。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明主要提供如下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種鋼質(zhì)套圈的制備方法，包括以下步驟：

1）制備自耗鑄坯；

2）鑄坯的冒口切割：冒口切割高度H以避免鑄坯頂部縮孔疏松遺傳至鍛材為準(zhǔn)；

3）高溫鍛造成棒材：設(shè)置鍛前溫度和保溫時(shí)間，或設(shè)置鍛中溫度和保溫時(shí)間進(jìn)行鍛造成形；

4）將棒材切斷后得到的小棒料鐓粗：將小棒料鐓粗呈餅狀；

5）墩粗料沖孔：確定中間沖孔區(qū)域半徑，并根據(jù)該中間沖孔區(qū)域半徑對(duì)墩粗料沖孔；

6）碾擴(kuò)使溝道成形：套圈溝道經(jīng)碾擴(kuò)成形后，得到鋼質(zhì)套圈，其中，套圈材料中孔洞缺陷小于2μm。

優(yōu)選的，步驟1）中的自耗鑄坯通過控制結(jié)晶器尺寸及采用充氦冷卻方式進(jìn)行加強(qiáng)冷卻而制得。凝固的自耗鑄坯和結(jié)晶器之間會(huì)產(chǎn)生氣隙，其導(dǎo)熱能力很差，而充入氦氣可以增強(qiáng)冷卻效果。熔池飽滿后，在結(jié)晶器和已凝固坯殼之間自下而上沖入氦氣，可以提高局部冷卻速率。優(yōu)選的，對(duì)于直徑D≤550mm的自耗坯，充氦冷卻采用氦氣壓力0.4-0.5MPa，可以使得自耗鑄坯中碳化物尺寸≤380μm，冒口端1/2半徑處孔洞缺陷尺寸小于30μm。

優(yōu)選的，步驟2）中的冒口切割高度?H:D＞9%，其中，D為自耗坯直徑。

進(jìn)一步優(yōu)選的，自耗坯直徑D≤550mm，冒口切割高度≥50mm。

優(yōu)選的，步驟3）中，鍛前或者鍛中溫度為1140-1190℃，保溫時(shí)間≥15h。

優(yōu)選的，步驟3）中，鍛造過程采用三鐓三拔工藝，坯料鍛造比≥5。

進(jìn)一步優(yōu)選的，鍛造之后進(jìn)行球化退火，獲得棒材；更優(yōu)選的，球化退火的溫度為820-870℃，退火時(shí)間為5-10h。

經(jīng)過上述處理，棒材1/2半徑處孔洞缺陷尺寸小于10μm。