[發(fā)明專利]一種高耐磨梯度納米結(jié)構(gòu)M50NiL軸承鋼及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211128509.5
• 申請(qǐng)日: 2022-09-16
• 公開（公告）號(hào): CN116103471A
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮紹君;劉文才;熊晨臣;徐笑笑;陳翔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C21D1/18
• 分類號(hào): C21D1/18;C21D1/26;C21D1/58;C21D1/74;C21D9/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 張玲

本發(fā)明為一種高耐磨梯度納米結(jié)構(gòu)M50NiL軸承鋼及其制備方法。包括如下步驟：(1)預(yù)處理；將棒狀M50NiL軸承鋼在1150±20℃保溫80?100min后油淬，然后在550?650℃氬氣氣氛下退火2?3h，再在500±10℃下回火三次，形成粗晶軸承鋼；(2)將步驟(1)得到的M50NiL粗晶棒材通過(guò)三爪卡盤固定在SMRT系統(tǒng)的車床上；(3)進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)材料表面溫度達(dá)到400?600℃時(shí)，通過(guò)進(jìn)給系統(tǒng)將刀具壓入轉(zhuǎn)動(dòng)速度為600?800rpm的材料表面，滾動(dòng)球形刀具壓入材料并與材料作相對(duì)速度為5?10mm/min的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，每次壓入深度為100?200μm，每次壓入相當(dāng)于加工1道次，試樣總加工道次為N＝6?7。本發(fā)明制備的M50NiL軸承鋼表面光潔度好，表面粗糙度小，摩擦系數(shù)和磨損速率顯著降低，磨痕表面更光滑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于軸承鋼技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高耐磨梯度納米結(jié)構(gòu)M50NiL軸承鋼及其制備方法。

背景技術(shù)

軸承是用于支承軸及軸上零件、保持軸的旋轉(zhuǎn)精度、減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦與磨損并承受由軸傳來(lái)的力的一種機(jī)械零件。作為工業(yè)領(lǐng)域重大機(jī)械裝備的核心支承構(gòu)件，能起到降低摩擦并保證回轉(zhuǎn)精度作用，被廣泛應(yīng)用于航空航天、艦船、兵器、核動(dòng)力、交通運(yùn)輸、能源、機(jī)械裝備等領(lǐng)域，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防安全具有重要的戰(zhàn)略意義。因此摩擦學(xué)問題在軸承中十分重要。

M50NiL是第2代軸承鋼的代表之一，是一種耐蝕性好、可靠性高、壽命長(zhǎng)、可滲碳的高溫軸承鋼，與市場(chǎng)常用軸承鋼材料相比，具有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承中有廣泛應(yīng)用。但傳統(tǒng)提高M(jìn)50NiL軸承鋼性能的方法是滲碳、離子注入、表面織構(gòu)等表面處理方法，可以在提高軸承鋼表面硬度的同時(shí)保持芯部韌性，使其滿足軸承鋼使用條件。如通過(guò)表面滲碳技術(shù)增加材料表面碳含量，在馬氏體基體上生成大量均勻細(xì)小的球狀碳化物，對(duì)材料起到彌散強(qiáng)化作用，使其表面硬度大大提高，顯著提高材料的硬度；通過(guò)表面織構(gòu)方法在軸承鋼表面加工出細(xì)小的凹槽，在凹槽中添加潤(rùn)滑劑來(lái)提高材料耐磨性。但這些加工方法如滲碳、離子注入會(huì)改變材料內(nèi)部成分，增加材料成本且不利于相應(yīng)金屬材料的回收利用和可持續(xù)發(fā)展；或者如表面織構(gòu)法雖然能通過(guò)添加潤(rùn)滑劑來(lái)提減少摩擦，但會(huì)破壞材料表面的完整性，使材料易被破壞，降低材料使用壽命。

由于傳統(tǒng)M50NiL軸承鋼加工方法的局限性，因此在不改變M50NiL軸承鋼本身成分的基礎(chǔ)上通過(guò)調(diào)控材料微觀結(jié)構(gòu)來(lái)優(yōu)化材料性能，即“材料素化”理念，并保證材料表面的完整性和平滑性是很有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種在M50NiL軸承鋼上形成具有低摩擦系數(shù)高耐磨性的梯度納米結(jié)構(gòu)表層的方法，提高改變其表層微觀組織結(jié)果來(lái)提高其摩擦磨損性能，克服傳統(tǒng)方法中M50NiL軸承鋼表層成分被改變，表面完整性被破壞的問題。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種高耐磨梯度納米結(jié)構(gòu)M50NiL軸承鋼的制備方法，包括如下步驟：

步驟(1)：預(yù)處理；將棒狀M50NiL軸承鋼在1150±20℃保溫80-100min后油淬，淬火后去掉棒料表面附著的氧化皮，然后在550-650℃氬氣氣氛下退火2-3h，再在500±10℃下回火三次，形成平均晶粒尺寸25-45μm的BCC結(jié)構(gòu)的馬氏體組織粗晶軸承鋼；

步驟(2)：將步驟(1)得到的M50NiL粗晶棒材通過(guò)三爪卡盤固定在SMRT系統(tǒng)的車床上，SMRT系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)和滾動(dòng)球形刀具；

步驟(3)：進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)材料表面溫度達(dá)到400-600℃時(shí)，通過(guò)進(jìn)給系統(tǒng)將刀具壓入轉(zhuǎn)動(dòng)速度為600-800rpm的材料表面，滾動(dòng)球形刀具壓入材料并與材料作相對(duì)速度為5-10mm/min的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，每次壓入深度為100-200μm，每次壓入相當(dāng)于加工1道次，試樣總加工道次為N＝6-7，使材料表層發(fā)生劇烈的高速剪切塑性變形，晶粒細(xì)化，形成具有表層納米晶的梯度納米結(jié)構(gòu)材料。

進(jìn)一步的，滾動(dòng)球形刀具的材質(zhì)為WC-Co硬質(zhì)合金球。