一種超高碳型軸承鋼的熱處理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種超高碳型軸承鋼的熱處理方法：將軸承鋼部分奧氏體化，并保留一定量的殘余碳化物，在下貝氏體區(qū)進行等溫形成一定量的超級貝氏體，油淬或水冷獲得部分馬氏體，經(jīng)該方法熱處理后超高碳型軸承鋼的組織為超級貝氏體+馬氏體+剩余碳化物+殘余奧氏體，該方法使得超高碳型軸承鋼具有更長的接觸疲勞壽命和更高的沖擊韌性。
【專利說明】一種超高碳型軸承鋼的熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋼的熱處理工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及高碳鋼及軸承鋼。
【背景技術(shù)】
[0002]軸承的內(nèi)在質(zhì)量在所有影響疲勞壽命的因素中占主導(dǎo)地位，而軸承的內(nèi)在質(zhì)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(jù)目前的煉鋼技術(shù)，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lOppm，而我國的興澄特鋼甚至低于5ppm。在現(xiàn)有技術(shù)下，已經(jīng)很難通過降低氧含量來提高軸承壽命，所以發(fā)達國家轉(zhuǎn)向了通過控制夾雜物的尺寸和形態(tài)來提高軸承的壽命。另一方面，有學(xué)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(yīng)用場合的軸承鋼【R.NathanKatz, ((International Journal of High Technology Ceramics)), 1985, volumel, issuel，P69-79】。高碳鉻軸承鋼自從1905年問世以來，其經(jīng)典的基本成分一直未曾改變。日本NTN公司在經(jīng)典成分基礎(chǔ)上提高了 Si的含量【Hirokazu NAKASHIMA,《NTN TECHNICALREVIEW)), 2008, N0.76，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。
[0003]超高碳型軸承鋼的碳含量為1.01-2.1wt.%，具有比傳統(tǒng)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(xué)工作者的追求的目標(biāo)，也是現(xiàn)代設(shè)備的要求。目前高速列車、大型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備以及精密加工等領(lǐng)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(chǎn)軸承的壽命與進口軸承相比，還有很多差距。開發(fā)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(yīng)用前景的新型軸承材料。但根據(jù)常規(guī)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(fā)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(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種超高碳型軸承鋼的熱處理方法，經(jīng)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。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0006]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(qū)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。
[0007]所述奧氏體化溫度為860_950°C。
[0008]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(shù)1.0-2.0min/mm 確定。
[0009]所述等溫溫度為150-350°C，等溫時間為5_45min。[0010]若超級貝氏體體積分?jǐn)?shù)〈30%，則在油淬或水冷后進行150-200°c回火l_3h。
[0011]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%, S1:0.20-1.50%, Al: 1.0-2.0%，余量為 Fe。
[0012]經(jīng)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?jǐn)?shù)為5-80%。
[0013]本發(fā)明所述熱處理方法中，超高碳型軸承鋼經(jīng)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(wěn)定存在，形成了細(xì)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(zhuǎn)變奧氏體再轉(zhuǎn)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(fù)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。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0015]I)本發(fā)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。[0016]2)同時，超高碳型軸承鋼經(jīng)熱處理后其接觸疲勞壽命要明顯高于淬回火態(tài)GCrl5軸承鋼和超高碳型軸承鋼。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為超高碳型軸承鋼(有效厚度為IOmm)在不同奧氏體化溫度加熱15min、270°C等溫溫度等溫30min后油淬的組織照片；其中，(a)860°C, (b)880°C, (c)900°C, (d)920°C ；
[0018]圖2為超高碳型軸承鋼在880°C加熱15min、經(jīng)不同等溫溫度等溫30min后油淬的組織照片；其中，(a) 230°C, (b) 250°C, (c) 270°C, (d) 290°C, (e) 310°C ；
[0019]圖3為超高碳型軸承鋼在880°C加熱15min、270°C等溫不同時間后油淬的組織照片；其中(a) 15min, (b) 30min, (c) 45min ；
[0020]圖4為超高碳型軸承鋼經(jīng)880°C加熱15min、270°C等溫30min后油淬的SEM(a)和TEM 照片(b)；
[0021]圖5為超高碳型軸承鋼1.26C在本發(fā)明所述熱處理下與超高碳型軸承鋼1.29C和GCr15軸承鋼在淬回火工藝下的滾動接觸疲勞壽命威布爾分布對比。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步描述。
[0023]實施例:一種超高碳型軸承鋼，按照重量百分比(wt.%)，其化學(xué)組成為C:l.10-1.50, Cr: 1.00-2.00，Mn: 0.25-1.00，S1: 0.20-1.50，Al: 1.0-2.0%，剩余為 Fe ;首先
對此超高碳型軸承鋼按照高碳鉻軸承鋼標(biāo)準(zhǔn)進行鍛造、球化處理，為進一步熱處理做組織上的準(zhǔn)備。
[0024]將球化后的超高碳型軸承鋼部分奧氏體化，并保留一定量的殘余碳化物；然后，在下貝氏體區(qū)(Bs-Ms)進行等溫形成一定量的超級貝氏體，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°C。所述奧氏體化的加熱時間按工件的有效厚度依照加熱系數(shù)為1.0-2.0min/mm確定。所述等溫溫度為150_350°C，等溫時間為5_45min。當(dāng)超級貝氏體體積分?jǐn)?shù)〈30%時，由于馬氏體量較大，增加了脆性，可進行150-200°C回火l_3h。
[0025]超高碳型軸承鋼的奧氏體化溫度范圍為860_950°C，表1為超高碳型軸承鋼在不同奧氏體化溫度、相同等溫溫度和時間下的硬度及沖擊韌性值；圖1為相應(yīng)的金相組織。從表1中可以看出，超高碳型軸承鋼的不同奧氏體化溫度下等溫處理后的硬度能達到62.7HRC以上，在900°C加熱時達到最大值；而沖擊韌性隨奧氏體化溫度先增加后減小，在880°C時韌性值最高。從組織照片中可以看出，隨著奧氏體化溫度增加，碳化物數(shù)量不斷減少，超級貝氏體不斷增加、增大。
[0026]表1超高碳型軸承鋼在不同奧氏體化溫度下的硬度及沖擊韌性
【權(quán)利要求】
1.一種超高碳型軸承鋼的熱處理方法，其特征在于:包括以下步驟: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(qū)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。
2.如權(quán)利要求1所述一種超高碳型軸承鋼的熱處理方法，其特征在于:所述奧氏體化溫度為 860-950°C。
3.如權(quán)利要求1所述一種超高碳型軸承鋼的熱處理方法，其特征在于: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(shù)1.0-2.0min/mm確定。
4.如權(quán)利要求1所述一種超高碳型軸承鋼的熱處理方法，其特征在于:所述等溫溫度為150-350°C，等溫時間為5-45min。
5.如權(quán)利要求1所述一種超高碳型軸承鋼的熱處理方法，其特征在于:若超級貝氏體體積分?jǐn)?shù)〈30%，則在油淬或水冷后進行150-200°C回火l_3h。
6.如權(quán)利要求1所述一種超高碳型軸承鋼的熱處理方法，其特征在于: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%,S1: 0.20-1.50%, Al: 1.0-2.0%,余量為 Fe。
7.如權(quán)利要求1所述一種超高碳型軸承鋼的熱處理方法，其特征在于:經(jīng)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?jǐn)?shù)為5-80%。
【文檔編號】C21D6/00GK103540726SQ201310442972
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】柳永寧, 劉宏基, 孫俊杰, 郭生武 申請人:西安交通大學(xué)