[發(fā)明專利]一種微型鋼球及表面滲碳與硬化協(xié)調(diào)處理工藝

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210144715.9
• 申請(qǐng)日: 2022-02-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114574800A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭金福
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥力和機(jī)械有限公司
• 主分類號(hào): C23C8/32
• 分類號(hào): C23C8/32;C23C8/02;C21D1/18;C21D1/74;C21D6/00;C21D7/06;C21D9/36;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/28;C22C38/34;C22C38/38
• 代理公司: 上海恩凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31459
• 代理人: 汪賀玲

本發(fā)明公開(kāi)了一種微型鋼球及表面滲碳與硬化協(xié)調(diào)處理工藝，球坯經(jīng)光球后的熱處理過(guò)程中增加合理的滲碳工藝，在鋼球表面形成一厚度可控的滲碳層，保證淬火后表面高含碳量；此外，結(jié)合短時(shí)表面硬化處理工藝，在鋼球表面形成一加工硬化層。合理控制滲碳深度和硬化程度，避免因表面過(guò)硬導(dǎo)致的后續(xù)磨削困難及表面脆化現(xiàn)象。滲碳滲氮處理和短時(shí)硬化處理兩種工藝協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)鋼球表面的高硬度和高耐磨性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微型鋼球加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微型鋼球及表面滲碳與硬化協(xié)調(diào)處理工藝。

背景技術(shù)

超精密微型鋼球(直徑小于2mm的鋼球)專供微型軸承使用，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、高端醫(yī)療器械、微型電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)及5G基站和大規(guī)模集成電路控制系統(tǒng)等高端裝備的散熱系統(tǒng)，此外還應(yīng)用于空間探測(cè)、飛行控制等高精密測(cè)控儀器中轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。而決定其精度和使用壽命最核心的零部件就是超精密微型軸承鋼球。

長(zhǎng)期以來(lái)，日本等先進(jìn)國(guó)家在該領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先，椿中島等極少數(shù)企業(yè)在技術(shù)和價(jià)格上形成壟斷。而國(guó)內(nèi)企業(yè)在原材料、設(shè)備和工藝等方面均存在明顯短板，國(guó)產(chǎn)鋼球的各項(xiàng)指標(biāo)均落后于進(jìn)口產(chǎn)品。雖部分企業(yè)使用了進(jìn)口原材料，但無(wú)專用設(shè)備和針對(duì)性工藝，產(chǎn)品精度仍達(dá)不到G5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)G3級(jí)鋼球國(guó)產(chǎn)化。

鋼球的耐磨性是重要質(zhì)量指標(biāo)之一，提高耐磨性可通過(guò)提高去硬度實(shí)現(xiàn)。然而鋼球并不是從外到內(nèi)是同一硬度水平的，通常是表面較硬而芯部相對(duì)較軟。對(duì)于普通鋼球，由于其直徑較大，通過(guò)研磨、表面強(qiáng)化和熱處理工藝在表面形成一定厚度及顯微組織可控的高硬度層較易控制。如專利CN201810037029.5高精度軸承鋼球的制備方法，依次包括冷鐓、光磨、熱處理、硬磨、強(qiáng)化、研削、精磨等步驟。其通過(guò)將一定量的鋼球投入到鐵質(zhì)滾筒型容器里，在一定的轉(zhuǎn)速和時(shí)間內(nèi)通過(guò)鋼球和鋼球之間利用鋼球自身重量相互撞擊而產(chǎn)生的沖擊，使鋼球表面硬度增加，鋼球內(nèi)部組織的相變引起表面一定深度位置應(yīng)力發(fā)生了變化。即，確保鋼球具有較佳的質(zhì)量。

然而，直接將普通鋼球的相關(guān)工藝直接引入到微型鋼球的生產(chǎn)過(guò)程中，往往會(huì)使整個(gè)微型鋼球由外至內(nèi)硬度均很高，無(wú)法形成外硬內(nèi)軟的梯度性能結(jié)構(gòu)。因此，應(yīng)針對(duì)微型鋼球開(kāi)發(fā)一套完整的表面硬化工藝。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述背景技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種微型鋼球的表面滲碳與硬化協(xié)調(diào)處理工藝，球坯經(jīng)光球后的熱處理過(guò)程中增加合理的滲碳工藝，在鋼球表面形成一厚度可控的滲碳層，保證淬火后表面高含碳量。此外，結(jié)合短時(shí)表面硬化處理工藝，在鋼球表面形成一加工硬化層。兩種工藝協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)鋼球表面的高硬度和高耐磨性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種微型鋼球的表面滲碳與硬化協(xié)調(diào)處理工藝，具體步驟如下：

(1)冷鐓：將加工微型鋼球的原材料置于高速冷鐓機(jī)中，加工成微型鋼球坯球；其中，所述微型鋼球的不大于1.88mm；

(2)光磨：將冷鐓的坯球放入光球機(jī)中，把球坯磨圓；

(3)碳氮共滲處理：

A、將光磨后的微型鋼球投入到滾筒式淬火爐進(jìn)行淬火處理；其中，所述淬火加熱溫度為780-860℃、淬火加熱時(shí)間為50-80min；

B、同時(shí)將滲碳劑、滲氮?jiǎng)┌凑?:(3.5-4.2)的重量配比，從鋼球加入爐內(nèi)，開(kāi)始升溫時(shí)注入滾筒式淬火爐內(nèi)，每分鐘12ml，連續(xù)滴注，在淬火過(guò)程中使用保護(hù)氣氛阻隔氧氣；

(4)短時(shí)硬化處理：將微型鋼球放置于強(qiáng)化機(jī)中，按撞擊球：微型鋼球質(zhì)量比1:(8-10)加入撞擊球，利用強(qiáng)化機(jī)葉片高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動(dòng)能，對(duì)鋼球進(jìn)行高動(dòng)能撞擊，從而使得鋼球表面形成一加工硬化層；

其中，強(qiáng)化機(jī)外轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為18-25rpm/min、內(nèi)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為200-220rpm/min，強(qiáng)化時(shí)間為4-5h；