本發(fā)明屬于機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種精密機(jī)床主軸軸承基體低溫強(qiáng)烈淬火方法。

背景技術(shù)：

精密機(jī)床是高端制造的基礎(chǔ)支撐，而主軸軸承是保障其加工精度及可靠性的核心零部件。精密機(jī)床主軸軸承不僅要具備P4、P2級(jí)高精度，更為重要的是要具有良好的精度保持性以保障機(jī)床加工精度穩(wěn)定，這一直是精密機(jī)床制造領(lǐng)域面臨的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。軸承內(nèi)、外套圈作為軸承的基體，其尺寸穩(wěn)定性直接決定著軸承精度保持性，而軸承基體工作中由于受溫度和載荷作用而產(chǎn)生因內(nèi)部不穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變引起的尺寸變化，是目前發(fā)現(xiàn)的破壞精密機(jī)床主軸軸承精度保持性的重要原因。目前，以GCr15高碳鉻軸承鋼為主要材質(zhì)的精密機(jī)床軸承基體，通常仍采用高碳鉻軸承鋼的傳統(tǒng)油淬工藝進(jìn)行淬火，這種淬火工藝受冷卻速度和終冷溫度限制，淬火過(guò)程中奧氏體不能充分向馬氏體轉(zhuǎn)變從而遺留下來(lái)數(shù)量較多的殘余奧氏體，它被認(rèn)為是影響軸承鋼尺寸穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。對(duì)于淬火后殘余奧氏體，通常采用冷處理，促使殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變以減少殘余奧氏體數(shù)量。

盡管在冷處理過(guò)程中有一部分殘余奧氏體會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，然而殘余奧氏體受到周圍馬氏體的壓應(yīng)力作用也逐漸增強(qiáng)，因此冷處理并不能完全消除殘余奧氏體，總體效果有限，而且增加了工藝流程和能源、時(shí)間消耗。為此，需要開(kāi)發(fā)新的精密機(jī)床主軸軸承基體淬火工藝，從根本上控制淬火過(guò)程形成的殘余奧氏體，從而提高軸承基體尺寸穩(wěn)定性和軸承精度保持性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于上述背景，本發(fā)明的目的在于提供一種精密機(jī)床主軸軸承基體低溫強(qiáng)烈淬火方法，針對(duì)傳統(tǒng)油淬工藝?yán)鋮s速度慢、冷卻溫度高的問(wèn)題，采用超聲波作用下液氮冷卻，提高冷卻速度、降低冷卻溫度，促進(jìn)馬氏體相變而減少殘余奧氏體數(shù)量，提高基體尺寸穩(wěn)定性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種精密機(jī)床主軸軸承基體低溫強(qiáng)烈淬火方法，其特征在于包括如下步驟：首先將軸承基體(內(nèi)圈、外圈)在保護(hù)氣氛下(如：氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下)加熱至835℃～850℃，升溫速率控制為1～4℃/min，然后保溫15～20分鐘；保溫結(jié)束后，將軸承基體迅速轉(zhuǎn)移至溫度-130℃～-190℃的液氮冷凍箱中，轉(zhuǎn)移時(shí)間控制在5min以內(nèi)，并預(yù)先由安置在液氮冷凍箱的超聲波裝置發(fā)射超聲波激勵(lì)軸承基體，超聲波旋渦流壓力2.5～3.5MPa，軸承基體在超聲波輔助作用下低溫冷卻30～90秒后取出，自然恢復(fù)至室溫。

所述軸承基體為軸承內(nèi)圈或軸承外圈。

所述超聲波功率為300～500W。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明采用液氮冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻，冷卻速度快、終冷溫度低，為馬氏體相變創(chuàng)造了更有利的條件；通過(guò)超聲波激勵(lì)，能夠破壞冷卻時(shí)在軸承基體表面形成的氣化薄膜，消除了氣化薄膜降低冷卻速度的不利影響；通過(guò)上述方法可實(shí)現(xiàn)軸承基體奧氏體化加熱后低溫高速冷卻，從而促進(jìn)奧氏體向馬氏體充分轉(zhuǎn)變，減少殘余奧氏體數(shù)量。此外，本發(fā)明由于冷速極快，可在軸承基體表層獲得高水平壓應(yīng)力，能夠適當(dāng)提高硬度和抗拉強(qiáng)度，而且避開(kāi)了淬火裂紋和畸變易產(chǎn)生的快速冷卻速度區(qū)間從而抑制裂紋和畸變產(chǎn)生。因此，與傳統(tǒng)工藝相比，本發(fā)明方法能夠有效提高軸承基體尺寸穩(wěn)定性、改善軸承基體力學(xué)性能，而且工藝時(shí)間短并可以取消后續(xù)冷處理，提高生產(chǎn)效率，還可避免油淬污染。

具體實(shí)施方式

以下僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，當(dāng)不能以此限定本發(fā)明的范圍。即凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本專利涵蓋的范圍內(nèi)。

實(shí)施例1

以某型號(hào)精密機(jī)床主軸軸承外圈為對(duì)象，材質(zhì)為GCr15軸承鋼，按本發(fā)明方法對(duì)軸承基體進(jìn)行低溫強(qiáng)烈淬火：將軸承基體在氮?dú)鈿夥窄h(huán)境下加熱至835℃，升溫速率4℃/min，保溫時(shí)間15分鐘；然后將軸承基體快速轉(zhuǎn)移至溫度為-130℃的液氮冷凍箱中(快速轉(zhuǎn)移為：轉(zhuǎn)移速度控制在5min以內(nèi))，預(yù)先由安置在液氮冷凍箱的超聲波裝置發(fā)射超聲波激勵(lì)軸承基體，超聲波旋渦流壓力為2.5MPa，超聲波功率為300W；將軸承基體在超聲波輔助作用下低溫冷卻30秒后取出，自然恢復(fù)至室溫。

實(shí)施例2

以某型號(hào)精密機(jī)床主軸軸承內(nèi)圈為對(duì)象，材質(zhì)為GCr15軸承鋼，按本本發(fā)明方法對(duì)軸承基體進(jìn)行低溫強(qiáng)烈淬火：將軸承基體在氮?dú)鈿夥窄h(huán)境下加熱至850℃，升溫速率1℃/min，保溫時(shí)間20分鐘；然后將軸承基體快速轉(zhuǎn)移至溫度為-190℃液氮冷凍箱中(快速轉(zhuǎn)移為：轉(zhuǎn)移速度控制在5min以內(nèi))，預(yù)先由安置在液氮冷凍箱的超聲波裝置發(fā)射超聲波激勵(lì)軸承基體，超聲波旋渦流壓力為3.5MPa的，超聲波功率為500W；將軸承基體在超聲波輔助作用下低溫冷卻90秒后取出，自然恢復(fù)至室溫。

對(duì)按上述方法處理的軸承基體和按傳統(tǒng)油淬方法處理的軸承基體，采用XRD、顯微硬度儀和力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行殘余奧氏體、硬度和抗力強(qiáng)度測(cè)試比較，結(jié)果如下表所示：

結(jié)果表明，本發(fā)明方法使軸承基體淬火后殘余奧氏體含量減少約50％，硬度和抗拉強(qiáng)度稍微提升，而且通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察基體表面和剖面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋。