本發(fā)明屬于軸承滾珠材料及制備技術領域，具體涉及一種鈷鉻鎢合金材料，同時還涉及一種采用該材料的用于滾珠絲杠軸承的鈷鉻鎢合金球及其制備方法，以及采用該鈷鉻鎢合金球的滾珠絲杠軸承。
背景技術：
滾珠絲杠是工具機械和精密機械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉運動轉換成線性運動，或將扭矩轉換成軸向反復作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。由于其具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應用于各種工業(yè)設備和精密儀器。在由滾珠絲杠作為傳動機構的核反應堆裝卸料裝置傳動系統(tǒng)中，裝卸料機推桿用軸承屬于向心球軸承，軸承由內圈、外圈、卡圈、擋圈和球組成。軸承用于支撐裝卸料機推桿組件內的4個滾珠絲桿，通過滾珠絲桿的轉動來實現(xiàn)推桿的前后移動。
在由滾珠絲杠作為傳動機構的核反應堆裝卸料裝置傳動系統(tǒng)中，軸承需要在核反應堆重水、堿性、輻射環(huán)境條件下工作，工況條件惡劣，要求滾動體耐腐蝕、長壽命、可靠性高。目前，常用的軸承滾動體(滾珠)材料一般為軸承鋼等。軸承鋼又稱高碳鉻鋼，含碳量為1％左右，含鉻量為0.5％-1.65％。軸承鋼的化學穩(wěn)定性是有限的，耐腐蝕性能差，在一些比較苛刻的條件下，如航空、航天、核能、化學、石油、食品等領域，需要軸承在高溫、高速、腐蝕、真空、無潤滑等特殊環(huán)境下使用時，鋼制軸承已經不能滿足使用要求。
現(xiàn)有技術中，鈷鉻鎢合金(CoCrW)是司太立(Stellite)合金中的一種，司太立合金是一種能耐各種類型磨損和腐蝕以及高溫氧化的硬質合金。鈷鉻鎢合金是以鈷作為主要成分，含有相當數(shù)量的鉻、鎢和少量的鎳、鉬、硅、碳、鈮、鉭等合金元素。與其它高溫合金不同，鈷鉻鎢合金不是由與基體牢固結合的有序沉淀相來強化，而是由已被固溶體強化的奧氏體fcc基體和基體中分布少量碳化物組成。鈷鉻鎢合金具有平坦的斷裂應力-溫度關系，但在1000℃以上卻顯示出比其他高溫下具有優(yōu)異的抗熱腐蝕性能。
但是，現(xiàn)有的鈷鉻鎢合金種類較少，往往不能兼顧高溫耐腐蝕與高耐磨損性能，還不能滿足核反應堆裝卸料裝置傳動系統(tǒng)中滾珠絲杠軸承的使用要求。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種鈷鉻鎢合金材料，兼具高溫耐腐蝕和高耐磨損性能，滿足核反應堆裝卸料裝置傳動系統(tǒng)中滾珠絲杠軸承的使用要求。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種用于滾珠絲杠軸承的鈷鉻鎢合金球。
本發(fā)明的第三個目的是提供一種用于滾珠絲杠軸承的鈷鉻鎢合金球的制備方法。
本發(fā)明的第四個目的是提供一種采用上述鈷鉻鎢合金球的滾珠絲杠軸承。
為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：
一種鈷鉻鎢合金材料，由以下質量百分比的組分組成：鈷38％～48％、鉻31％～41％、鎢16％～18％、鎳2％～3％、石墨2％～8％，鐵和不可避免的雜質元素總量≤1％。
一種用于滾珠絲杠軸承的鈷鉻鎢合金球，由以下質量百分比的組分組成：鈷38％～48％、鉻31％～41％、鎢16％～18％、鎳2％～3％、石墨2％～8％，鐵和不可避免的雜質元素總量≤1％。
本發(fā)明的鈷鉻鎢合金材料，以鈷、鉻、鎢、鎳和石墨為主要組分，具有良好的強度、耐磨損、耐腐蝕和抗熱疲勞性能，能夠滿足重水、堿性、輻射環(huán)境工作條件；采用該鈷鉻鎢合金材料的軸承用合金球，具有耐腐蝕、耐磨損、精度高且使用壽命長等特點，完全能夠滿足核反應堆裝卸料裝置傳動系統(tǒng)中滾珠絲杠軸承的使用環(huán)境和性能要求。
一種上述的用于滾珠絲杠軸承的鈷鉻鎢合金球的制備方法，包括下列步驟：
1)按配方取原料鈷粉、鉻粉、鎢粉、鎳鉻合金粉、石墨粉混合，球磨得混合料；
2)將步驟1)所得混合料模壓成型，得壓坯；
3)將步驟2)所得壓坯在1200～1500℃條件下進行真空燒結，保溫時間為40～90min，得合金球坯；
4)將步驟3)所得合金球坯進行研磨加工，即得。
步驟1)中，所述球磨是指加入硬質合金磨球和丙酮進行球磨，球磨時間為50～80h。
所述球磨的球料質量比為3:1，丙酮的加入量是使料液體積比為1:5。球料質量比與料液體積比中的料指的是鈷粉、鉻粉、鎢粉、鎳鉻合金粉、石墨粉混合形成的原料粉體。球磨的作用是使原料粉體分散均勻。
球磨后烘干過篩得混合料。
步驟2)中，所述模壓成型的壓力為120～150MPa。模壓成型是通過自動成型機進行；壓制成具有圓球形狀的壓坯。
步驟3)中，所述真空燒結的真空度<5Pa。
步驟4)中，所述研磨加工是指依次進行粗磨加工、精磨加工、初研加工和精研加工。
所述粗磨加工所用的磨料為SiC、B4C、金剛石微粉復配的組合磨料或SiC、Al3O4、金剛石微粉復配的組合磨料，所用的研磨液為機油；粗磨加工后，合金球的尺寸留量為0.1mm，球形誤差和批直徑變動量不大于1μm；
所述精磨加工用的磨料為SiC、B4C、金剛石微粉復配的組合磨料或SiC、Al3O4、金剛石微粉復配的組合磨料，所用的研磨液為機油；精磨加工后，合金球的尺寸留量為0.02mm，球形誤差和批直徑變動量不大于0.8μm。
其中，粗磨加工所用的磨料的粒度為5～10μm。優(yōu)選的，粗磨加工所用的磨料中，SiC、B4C與金剛石微粉的質量比為(1～3):(1～3):(0.5～1.5)，或者SiC、Al3O4與金剛石微粉的質量比為(1～3):(1～3):(0.5～1.5)。
精磨加工所用的磨料的粒度為2～5μm。優(yōu)選的，精磨加工所用的磨料中，SiC、B4C與金剛石微粉的質量比為(1～3):(1～3):(0.5～1.5)，或者SiC、Al3O4與金剛石微粉的質量比為(1～3):(1～3):(0.5～1.5)。
粗磨加工中，加工轉速為60r/min，壓力為2～3MPa；精磨加工中，加工轉速為16r/min，壓力為1～3MPa。
所述初研加工所用的磨料為SiC、B4C、Al3O4復配的組合磨料，所用的研磨液為機油；初研加工后，合金球的尺寸留量為0.008mm，球形誤差和批直徑變動量不大于0.4μm；
所述精研加工所用的磨料為SiC、B4C、Al3O4復配的組合磨料，所用的研磨液為機油；精研加工后，合金球的表面粗糙度Ra≤0.02μm，加工精度達到G10～G16。
其中，初研加工所用的磨料的粒度為1～3μm。優(yōu)選的，初研加工所用的磨料中，SiC、B4C與Al3O4的質量比為(1～3):(1～3):(0.5～1.5)。
精研加工所用的磨料的粒度<1μm。優(yōu)選的，精研加工所用的磨料中，SiC、B4C與Al3O4的質量比為(1～3):(1～3):(0.5～1.5)。
初研加工中，加工轉速為8r/min，壓力為1～2MPa；精研加工中，加工轉速為6r/min，壓力為1～2MPa。
本發(fā)明的用于滾珠絲杠軸承的鈷鉻鎢合金球的制備方法，是將各原料粉體混合球磨后，經模壓成型、真空燒結、研磨加工制成的；所得鈷鉻鎢合金材料中，鈷、鎢的碳化物分布于鈷基體以及鉻、鎢等原子固溶于基體，使合金得到強化，從而提高了材料的硬度和耐磨損性能；所得鈷鉻鎢合金球，具有良好的強度、耐磨損、耐腐蝕和抗熱疲勞性能，能夠滿足核反應堆裝卸料裝置傳動系統(tǒng)中滾珠絲杠軸承的使用環(huán)境要求。
本發(fā)明的鈷鉻鎢合金球的制備方法，制備的鈷鉻鎢合金球孔隙度≤0.02％，硬度≥HRC59，球形誤差≤0.25μm，表面粗糙度≤0.02μm，表面精度達到G10～G16，能夠滿足作為傳動機構的滾珠絲杠軸承的性能要求和精度要求。
一種采用上述的鈷鉻鎢合金球的滾珠絲杠軸承。該滾珠絲杠軸承采用上述的耐高溫耐腐蝕的鈷鉻鎢合金球，可滿足核反應堆裝卸料裝置傳動系統(tǒng)中滾珠絲杠軸承的使用環(huán)境條件，具有耐腐蝕、耐磨損、精度高、使用壽命長等特點。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本發(fā)明作進一步的說明。
實施例1
本實施例的用于滾珠絲杠軸承的鈷鉻鎢合金球，由以下質量百分比的組分組成：鈷39％、鉻36％、鎢18％、鎳3％、石墨3％，余量為鐵和不可避免的雜質元素。
本實施例的用于滾珠絲杠軸承的鈷鉻鎢合金球的制備方法，包括下列步驟：
1)按配方取原料鈷粉、鉻粉、鎢粉、鎳鉻合金粉、石墨粉，放入球磨筒中，按照球料質量比為3:1、固液體積比為1:5的比例加入硬質合金磨球和分散介質丙酮，球磨60h后取出并烘干過篩，得混合料；
2)將步驟1)所得混合料通過自動成型機模壓成型，壓制壓力為120MPa，得具有圓球形狀的壓坯；
3)將步驟2)所得壓坯置于燒結爐中，在1450℃條件下進行真空燒結(真空度<5Pa)，保溫時間為60min，停止加熱后隨爐冷卻到室溫得合金球坯；
4)將步驟3)所得合金球坯進行研磨加工，具體如下：
將所得合金球坯放在鋼球研磨機上進行粗磨加工，加工時定時加入SiC、B4C、金剛石微粉復配的組合磨料(粒度為5～10μm，SiC、B4C與金剛石微粉的質量比為2:2:1)，研磨液為機油，加工轉速為60r/min，壓力為2.5MPa；粗磨加工后的合金球尺寸留量為0.1mm，球形誤差和批直徑變動量不大于1μm；
將粗磨后的合金球放在鋼球研磨機上進行精磨加工，加工時定時加入SiC、B4C、金剛石微粉復配的組合磨料(粒度為2～5μm，SiC、B4C與金剛石微粉的質量比為2:2:1)，研磨液為機油，加工轉速為16r/min，壓力為2MPa；精磨加工后的合金球尺寸留量為0.02mm，球形誤差和批直徑變動量不大于0.8μm；
將精磨后的合金球放在鋼球研磨機上進行初研加工，加工時定時加入SiC、B4C、Al3O4復配的組合磨料(粒度為1～3μm，SiC、B4C與Al3O4的質量比為2:2:1)，研磨液為機油，加工轉速為8r/min，壓力為1.5MPa；初研加工后的合金球尺寸留量為0.008mm，球形誤差和批直徑變動量不大于0.4μm；
將初研后的合金球放在鋼球研磨機上進行精研加工，加工時定時加入SiC、B4C、Al3O4復配的組合磨料(粒度<1μm，SiC、B4C與Al3O4的質量比為2:2:1)，研磨液為機油，加工轉速為6r/min，壓力為1.5MPa；精研加工后的合金球表面粗糙度Ra≤0.02μm，加工精度達到G10，即得所述的鈷鉻鎢合金球。
對本實施例所得的鈷鉻鎢合金球進行性能檢測，該鈷鉻鎢合金球的致密度＞99.8％，硬度＞HRC 59，球形誤差為0.15μm，表面粗糙度為0.015μm，公差等級滿足G10級要求。
實施例2
本實施例的用于滾珠絲杠軸承的鈷鉻鎢合金球，由以下質量百分比的組分組成：鈷44％、鉻32％、鎢17％、鎳3％、石墨3％，余量為鐵和不可避免的雜質元素。
本實施例的用于滾珠絲杠軸承的鈷鉻鎢合金球的制備方法，包括下列步驟：
1)按配方取原料鈷粉、鉻粉、鎢粉、鎳鉻合金粉、石墨粉，放入球磨筒中，按照球料質量比為3:1、固液體積比為1:5的比例加入硬質合金磨球和分散介質丙酮，球磨60h后取出并烘干過篩，得混合料；
2)將步驟1)所得混合料通過自動成型機模壓成型，壓制壓力為120MPa，得具有圓球形狀的壓坯；
3)將步驟2)所得壓坯置于燒結爐中，在1420℃條件下進行真空燒結(真空度<5Pa)，保溫時間為60min，停止加熱后隨爐冷卻到室溫得合金球坯；
4)將步驟3)所得合金球坯進行研磨加工，具體如下：
將所得合金球坯放在鋼球研磨機上進行粗磨加工，加工時定時加入SiC、B4C、金剛石微粉復配的組合磨料(粒度為5～10μm，SiC、B4C與金剛石微粉的質量比為2:2:1)，研磨液為機油，加工轉速為60r/min，壓力為2.5MPa；粗磨加工后的合金球尺寸留量為0.1mm，球形誤差和批直徑變動量不大于1μm；
將粗磨后的合金球放在鋼球研磨機上進行精磨加工，加工時定時加入SiC、B4C、金剛石微粉復配的組合磨料(粒度為2～5μm，SiC、B4C與金剛石微粉的質量比為2:2:1)，研磨液為機油，加工轉速為16r/min，壓力為2MPa；精磨加工后的合金球尺寸留量為0.02mm，球形誤差和批直徑變動量不大于0.8μm；
將精磨后的合金球放在鋼球研磨機上進行初研加工，加工時定時加入SiC、B4C、Al3O4復配的組合磨料(粒度為1～3μm，SiC、B4C與Al3O4的質量比為2:2:1)，研磨液為機油，加工轉速為8r/min，壓力為1.5MPa；初研加工后的合金球尺寸留量為0.008mm，球形誤差和批直徑變動量不大于0.4μm；
將初研后的合金球放在鋼球研磨機上進行精研加工，加工時定時加入SiC、B4C、Al3O4復配的組合磨料(粒度<1μm，SiC、B4C與Al3O4的質量比為2:2:1)，研磨液為機油，加工轉速為6r/min，壓力為1.5MPa；精研加工后的合金球表面粗糙度Ra≤0.02μm，加工精度達到G10，即得所述的鈷鉻鎢合金球。
對本實施例所得的鈷鉻鎢合金球進行性能檢測，該鈷鉻鎢合金球的致密度＞99.9％，硬度＞HRC 59.5，球形誤差為0.15μm，表面粗糙度為0.015μm，公差等級滿足G10級要求。
實施例3
本實施例的用于滾珠絲杠軸承的鈷鉻鎢合金球，由以下質量百分比的組分組成：鈷48％、鉻31％、鎢16％、鎳2％、石墨2.5％，余量為鐵和不可避免的雜質元素。
本實施例的用于滾珠絲杠軸承的鈷鉻鎢合金球的制備方法，包括下列步驟：
1)按配方取原料鈷粉、鉻粉、鎢粉、鎳鉻合金粉、石墨粉，放入球磨筒中，按照球料質量比為3:1、固液體積比為1:5的比例加入硬質合金磨球和分散介質丙酮，球磨50h后取出并烘干過篩，得混合料；
2)將步驟1)所得混合料通過自動成型機模壓成型，壓制壓力為130MPa，得具有圓球形狀的壓坯；
3)將步驟2)所得壓坯置于燒結爐中，在1380℃條件下進行真空燒結(真空度<5Pa)，保溫時間為40min，停止加熱后隨爐冷卻到室溫得合金球坯；
4)將步驟3)所得合金球坯進行研磨加工，具體如下：
將所得合金球坯放在鋼球研磨機上進行粗磨加工，加工時定時加入SiC、Al3O4、金剛石微粉復配的組合磨料(粒度為5～10μm，SiC、Al3O4與金剛石微粉的質量比為2:2:1)，研磨液為機油，加工轉速為60r/min，壓力為2.5MPa；粗磨加工后的合金球尺寸留量為0.1mm，球形誤差和批直徑變動量不大于1μm；
將粗磨后的合金球放在鋼球研磨機上進行精磨加工，加工時定時加入SiC、Al3O4、金剛石微粉復配的組合磨料(粒度為2～5μm，SiC、Al3O4與金剛石微粉的質量比為2:2:1)，研磨液為機油，加工轉速為16r/min，壓力為2MPa；精磨加工后的合金球尺寸留量為0.02mm，球形誤差和批直徑變動量不大于0.8μm；
將精磨后的合金球放在鋼球研磨機上進行初研加工，加工時定時加入SiC、B4C、Al3O4復配的組合磨料(粒度為1～3μm，SiC、B4C與Al3O4的質量比為2:2:1)，研磨液為機油，加工轉速為8r/min，壓力為1.5MPa；初研加工后的合金球尺寸留量為0.008mm，球形誤差和批直徑變動量不大于0.4μm；
將初研后的合金球放在鋼球研磨機上進行精研加工，加工時定時加入SiC、B4C、Al3O4復配的組合磨料(粒度<1μm，SiC、B4C與Al3O4的質量比為2:2:1)，研磨液為機油，加工轉速為6r/min，壓力為1.5MPa；精研加工后的合金球表面粗糙度Ra≤0.02μm，加工精度達到G10，即得所述的鈷鉻鎢合金球。
對本實施例所得的鈷鉻鎢合金球進行性能檢測，該鈷鉻鎢合金球的致密度＞99％，硬度＞HRC 59，球形誤差為0.15μm，表面粗糙度為0.015μm，公差等級滿足G10級要求。
實施例4
本實施例的用于滾珠絲杠軸承的鈷鉻鎢合金球，由以下質量百分比的組分組成：鈷40％、鉻33％、鎢16％、鎳2.5％、石墨8％，余量為鐵和不可避免的雜質元素。
本實施例的用于滾珠絲杠軸承的鈷鉻鎢合金球的制備方法，包括下列步驟：
1)按配方取原料鈷粉、鉻粉、鎢粉、鎳鉻合金粉、石墨粉，放入球磨筒中，按照球料質量比為3:1、固液體積比為1:5的比例加入硬質合金磨球和分散介質丙酮，球磨80h后取出并烘干過篩，得混合料；
2)將步驟1)所得混合料通過自動成型機模壓成型，壓制壓力為140MPa，得具有圓球形狀的壓坯；
3)將步驟2)所得壓坯置于燒結爐中，在1450℃條件下進行真空燒結(真空度<5Pa)，保溫時間為80min，停止加熱后隨爐冷卻到室溫得合金球坯；
4)將步驟3)所得合金球坯進行研磨加工，具體如下：
將所得合金球坯放在鋼球研磨機上進行粗磨加工，加工時定時加入SiC、Al3O4、金剛石微粉復配的組合磨料(粒度為5～10μm，SiC、Al3O4與金剛石微粉的質量比為3:1:0.5)，研磨液為機油，加工轉速為60r/min，壓力為2.5MPa；粗磨加工后的合金球尺寸留量為0.1mm，球形誤差和批直徑變動量不大于1μm；
將粗磨后的合金球放在鋼球研磨機上進行精磨加工，加工時定時加入SiC、Al3O4、金剛石微粉復配的組合磨料(粒度為2～5μm，SiC、Al3O4與金剛石微粉的質量比為3:1:0.5)，研磨液為機油，加工轉速為16r/min，壓力為2MPa；精磨加工后的合金球尺寸留量為0.02mm，球形誤差和批直徑變動量不大于0.8μm；
將精磨后的合金球放在鋼球研磨機上進行初研加工，加工時定時加入SiC、B4C、Al3O4復配的組合磨料(粒度為1～3μm，SiC、B4C與Al3O4的質量比為1:3:1.5)，研磨液為機油，加工轉速為8r/min，壓力為1.5MPa；初研加工后的合金球尺寸留量為0.008mm，球形誤差和批直徑變動量不大于0.4μm；
將初研后的合金球放在鋼球研磨機上進行精研加工，加工時定時加入SiC、B4C、Al3O4復配的組合磨料(粒度<1μm，SiC、B4C與Al3O4的質量比為1:3:1.5)，研磨液為機油，加工轉速為6r/min，壓力為1.5MPa；精研加工后的合金球表面粗糙度Ra≤0.02μm，加工精度達到G10，即得所述的鈷鉻鎢合金球。
對本實施例所得的鈷鉻鎢合金球進行性能檢測，該鈷鉻鎢合金球的致密度＞99％，硬度＞HRC 60，球形誤差為0.15μm，表面粗糙度為0.015μm，公差等級滿足G10級要求。
實施例5
本實施例的用于滾珠絲杠軸承的鈷鉻鎢合金球，由以下質量百分比的組分組成：鈷38％、鉻41％、鎢16.5％、鎳2％、石墨2％，余量為鐵和不可避免的雜質元素。
本實施例的用于滾珠絲杠軸承的鈷鉻鎢合金球的制備方法，包括下列步驟：
1)按配方取原料鈷粉、鉻粉、鎢粉、鎳鉻合金粉、石墨粉，放入球磨筒中，按照球料質量比為3:1、固液體積比為1:5的比例加入硬質合金磨球和分散介質丙酮，球磨70h后取出并烘干過篩，得混合料；
2)將步驟1)所得混合料通過自動成型機模壓成型，壓制壓力為150MPa，得具有圓球形狀的壓坯；
3)將步驟2)所得壓坯置于燒結爐中，在1465℃條件下進行真空燒結(真空度<5Pa)，保溫時間為90min，停止加熱后隨爐冷卻到室溫得合金球坯；
4)將步驟3)所得合金球坯進行研磨加工，具體如下：
將所得合金球坯放在鋼球研磨機上進行粗磨加工，加工時定時加入SiC、Al3O4、金剛石微粉復配的組合磨料(粒度為5～10μm，SiC、Al3O4與金剛石微粉的質量比為2:3:1.5)，研磨液為機油，加工轉速為60r/min，壓力為2.5MPa；粗磨加工后的合金球尺寸留量為0.1mm，球形誤差和批直徑變動量不大于1μm；
將粗磨后的合金球放在鋼球研磨機上進行精磨加工，加工時定時加入SiC、Al3O4、金剛石微粉復配的組合磨料(粒度為2～5μm，SiC、Al3O4與金剛石微粉的質量比為2:3:1.5)，研磨液為機油，加工轉速為16r/min，壓力為2MPa；精磨加工后的合金球尺寸留量為0.02mm，球形誤差和批直徑變動量不大于0.8μm；
將精磨后的合金球放在鋼球研磨機上進行初研加工，加工時定時加入SiC、B4C、Al3O4復配的組合磨料(粒度為1～3μm，SiC、B4C與Al3O4的質量比為3:2:0.5)，研磨液為機油，加工轉速為8r/min，壓力為1.5MPa；初研加工后的合金球尺寸留量為0.008mm，球形誤差和批直徑變動量不大于0.4μm；
將初研后的合金球放在鋼球研磨機上進行精研加工，加工時定時加入SiC、B4C、Al3O4復配的組合磨料(粒度<1μm，SiC、B4C與Al3O4的質量比為3:2:0.5)，研磨液為機油，加工轉速為6r/min，壓力為1.5MPa；精研加工后的合金球表面粗糙度Ra≤0.02μm，加工精度達到G10，即得所述的鈷鉻鎢合金球。
對本實施例所得的鈷鉻鎢合金球進行性能檢測，該鈷鉻鎢合金球的致密度＞98.5％，硬度＞HRC 60，球形誤差為0.15μm，表面粗糙度為0.015μm，公差等級滿足G10級要求。