CN101935752B - 高氮不锈轴承钢热处理工艺 - Google Patents
高氮不锈轴承钢热处理工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101935752B CN101935752B CN 201010247994 CN201010247994A CN101935752B CN 101935752 B CN101935752 B CN 101935752B CN 201010247994 CN201010247994 CN 201010247994 CN 201010247994 A CN201010247994 A CN 201010247994A CN 101935752 B CN101935752 B CN 101935752B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- bearing steel
- tempering
- nitrogen stainless
- quenching
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Rolling Contact Bearings (AREA)
Abstract
本发明公开的高氮不锈轴承钢热处理工艺包括以下步骤：一次预热温度650±10℃，保温25～35min；二次预热温度850±10℃，保温20～45min；淬火温度1060±10℃，保温50～60min；淬火后冷至室温半小时内应立即进行冷处理，冷处理温度：-196±5℃，2～3h，2次；冷处理后升至室温后立即进行回火，回火温度：160±5℃，4～4.5h，2次。本发明在大量实验基础上最终确定的40Cr15Mo2VN高氮不锈轴承钢的最佳热处理工艺，不但有效控制残余奥氏体的含量，保证了40Cr15Mo2VN钢制工件的尺寸稳定性问题，而且解决热处理的变形问题和裂纹问题。
Description
技术领域
本发明属于轴承热处理技术领域，主要涉及的是一种高氮不锈轴承钢热处理工艺。
背景技术
目前，在涉及航空航天等工作条件十分恶劣的行业中使用的轴承除要求其具有高的断裂韧性、高的接触疲劳寿命、高的耐磨性外，还必须满足盐雾，霉菌和湿热的“三防”试验要求，但是国内使用的传统高碳铬不锈轴承钢无法满足使用性能要求。由于高碳铬不锈轴承钢(9Cr18，9Cr18Mo)这两种钢具有高的碳含量和铬含量，所以不可避免地会产生大块的共晶碳化物，这些碳化物分布不均匀形成带状，大部分在晶界上析出，而且热处理时无法消除，往往对轴承套圈的磨削和超精工序产生不利的影响。9Cr18钢制轴承不能满足噪音及精度的要求，同时当轴承承受较大载荷时，易在共晶碳化物处造成应力集中而产生疲劳裂纹源，从而使轴承的使用性能和接触疲劳寿命受到损害。基于这种情况，FAG、NSK等企业于八、九十年代开发了高氮耐腐蚀轴承钢，在传统的高碳马氏体不锈钢中降低了碳含量并添加了氮元素。该耐腐蚀轴承钢中均匀分布着氮和碳形成很小的的粒状碳氮化合物，类似于高碳铬轴承钢的球化退火组织，而不出现高碳铬不锈轴承钢中粗大的共晶碳化物和针片状共晶碳化物。另外，由于氮对马氏体起强化作用，其耐蚀性及疲劳性能均优于传统的高碳不锈钢。
因此，急需开发研制新的材料来解决这项技术难题。在研究过程中发现，40Cr15Mo2VN高氮不锈轴承钢具有碳化物分布均匀、细小，经过本工艺热处理后，与传统的高碳铬不锈轴承钢(9Cr18，9Cr18Mo)相比，具有硬度高，耐磨性好和高的接触疲劳寿命的特性，并且耐蚀性能远远优于9Cr18钢，能够满足高耐蚀性的技术性能要求。但是40Cr15Mo2VN钢在采用常规热处理工艺出来后残余奥氏体含量很高，残余奥氏体含量愈高对于轴承的尺寸稳定性愈大，为了解决这个难题，我们采用降低淬火温度和深冷处理，但是研究发现淬火温度降低后，淬火后硬度不符合产品要求，需采用深冷处理，为了防止裂纹产生和变形，在深冷处理前增加一次预冷处理。
发明内容
本发明的目的由此产生，提出一种高氮不锈轴承钢热处理工艺。有效解决热处理技术难题，使生产出的轴承不仅具有高断裂韧性、高接触疲劳寿命、高耐磨性的特性，同时还能满足盐雾，霉菌和湿热的“三防”试验要求，并且耐腐蚀性优于传统的高碳铬不锈轴承钢(9Cr18)。
本发明实现上述目的采取的技术方案是：一次预热温度650±10℃，保温25～35min；二次预热温度850±10℃，保温20～45min，；淬火温度1060±10℃，保温50～60min；淬火后冷至室温半小时内应立即进行冷处理，冷处理温度：-196±5℃，2～3h，2次；冷处理后升至室温后立即进行回火，回火温度：160±5℃，4～4.5h，2次。
淬火温度的确定：按照工艺实验方案，采用一系列淬火温度(1020℃，1040℃，1050℃，1060℃，1080℃，1100℃)，一次冷冻处理-55℃，170℃回火，分别检测试样的硬度和残余奥氏体含量。从图1可以看出，随着淬火温度的升高，硬度也随之升高，但残余奥氏体含量也随之升高。为了兼顾工件的尺寸稳定性和硬度，最终确定淬火温度为1060±10℃，冷却方式：油冷。
冷处理温度的确定：考虑到残余奥氏体对工件尺寸稳定性的影响，决定尽可能把残余奥氏体降到最低。对此采用不同的冷处理温度(-55℃，-80℃，-196℃)进行试验。从图2可以看出，随着冷处理温度的降低，残余奥氏体的含量逐渐降低。这是由于随着温度的降低，奥氏体与马氏体的自由能差增大，促使残余奥氏体转变为马氏体。同时，经过两次冷处理后的残余奥氏体含量，比只经过一次冷处理后的残余奥氏体含量更低。经对比最终选择冷处理温度-196±5℃，2～3h，2次，残奥含量平均为5％。可能满足产品尺寸稳定性的需要，尺寸稳定性试验也恰恰验证了这一结论。
回火温度的确定：淬火温度采用1060±10℃；冷却方式：油冷；冷处理温度，-196±5℃，2～3h，二次；按照回火试验方案，采用三种不同回火温度(120℃、160℃、200℃)进行回火。检测结果发现，回火组织均为回火马氏体+少量一次碳化物+弥散分布的二次碳化物，金相组织变化差异较小；回火后硬度变化较大，200℃回火后硬度较其它温度回火的低约1HRC。考虑到淬火和冷处理后热应力和组织应力较大，最终确定回火温度为160±5℃，4～4.5h，2次。
热处理工艺的确定：由于40Cr15Mo2VN钢是高合金轴承钢，导热性差，预热可以使工件表面和心部温度均匀一致，淬火后硬度均匀性符合要求，且减小工件变形。根据上述工艺试验及结果分析，并结合产品的特殊结构，为确保加工后轴承尺寸的稳定性，首先用ZC2-65真空炉对40Cr15Mo2VN工件进行预热，在650±10℃和850±10℃各进行一次预热，温度升至650℃后保温25～35min，然后继续升温至850℃后在保温20～45min，保温结束后快速升温至淬火温度；淬火温度：1060±10℃，保温50～60min；淬火保温结束后由料车将工件从真空炉加热室送到油淬室进行淬火，淬火介质：快速淬火油。淬火后采用流动水冷至室温，然后进行-55℃冷处理20min，最后进行在-196℃液氮中深冷处理120min。这样即可以减少残余奥氏体量，同时避免了急冷导致工件开裂。回火采用控温精度为±1℃的回火油炉进行，回火共进行二次，工艺曲线见图3。在第一次回火后增加一次冷处理，目的是获得较稳定的马氏体，并使残余奥氏体进一步转变和稳定化，以达到稳定尺寸。
为降低裂纹产生的冷处理后立即进行回火，这样避免了巨大的淬火应力和冷处理应力的叠加，淬火开裂的可能性变小。经过两次冷处理可以达到降低残余奥氏体量和稳定尺寸的目的。
组织检验：零件经此工艺热处理后，硬度平均为58～59HRC，残余奥氏体含量不大于5％，回火组织(见图3)由回火马氏体+少量一次碳化物+弥散分布的二次碳化物+少量的残余奥氏体，晶粒度见图4。
尺寸稳定性：为了验证本工艺处理后尺寸稳定性，将粗磨后的工件进行人工时效，检验其尺寸变化情况。结果(见图6)表明，该产品尺寸稳定性良好。人工时效温度：140±5℃，时间5.5～6.0h。取样数量：54件。
本发明在大量实验基础上最终确定的40Cr15Mo2VN高氮不锈轴承钢的最佳热处理工艺，不但有效控制残余奥氏体的含量，保证了40Cr15Mo2VN钢制工件的尺寸稳定性问题，而且解决热处理的变形问题和裂纹问题。
附图说明
图1为本发明硬度及残余奥氏体分布图。
图2为本发不同冷处理温度两次冷处理后残余奥氏体分布图。
图3为本发明工艺曲线图。
图4为本发明40Cr15Mo2VN钢淬回火组织图。
图5为本发明40Cr15Mo2VN钢淬火晶粒度图。
图6为本发明40Cr15Mo2VN钢制工件尺寸变化图。
具体实施方式
本发明以实施例的方式进一步详细说明。
本发明所述的40Cr15Mo2VN高氮不锈轴承钢热处理工艺流程为：淬火→冷处理→回火。加工设备包括：ZC2-65真空炉、冷冻机(型号：D-0.8)和回火油炉(型号：130174)。具体为：
首先用ZC2-65真空炉对40Cr15Mo2VN工件进行预热，在650±10℃和850±10℃各进行一次预热，温度升至650℃后保温25～35min，然后继续升温至850℃后在保温20～45min，保温结束后快速升温至淬火温度；淬火温度：1060±10℃，保温50～60min；淬火保温结束后由料车将工件从真空炉加热室送到油淬室进行淬火，淬火介质：快速淬火油。淬火后将工件取出，采用空冷或流动水冷至室温，然后将工件放入常规冷冻机(型号：D-0.8)随炉降温至-55℃，保温20min，进行预冷处理。随后将工件取出立即放入自制的不锈钢箱子内(箱子尺寸：650mm×550mm×500mm)，将液氮倒入箱内，直至液氮浸没工件，由于液氮易挥发，应随时保持液氮面高于工件，保温120min。经过深冷处理的工件在回火油炉(型号：130174)中进行回火，回火油炉采用的是常规的回火油炉，控温精度为±1℃。回火温度为160±5℃，4h，二次，在第一次回火后进行第二次冷处理(-196±5℃，120min)，将第一次回火的工件取出，冷至室温，放入不锈钢箱子内，倒入液氮，使液氮面高于工件，保温120min，目的是获得较稳定的马氏体并使残余奥氏体进一步转变和稳定化，以达到稳定尺寸。第二次冷处理后进行第二次回火，回火温度：160±5℃，4h。
Claims (4)
1.一种高氮不锈轴承钢热处理工艺，其特征是：40Cr15Mo2VN高氮不锈轴承钢热处理工艺包括以下步骤：一次预热温度650±10℃，保温25～35min；二次预热温度850±10℃，保温20～45min；淬火温度1060±10℃，保温50～60min；淬火后冷至室温，半小时内在冷冻机内进行-55℃预冷处理20min，再进行深冷处理，处理温度：-196±5℃，2～3h，冷处理升至室温后立即进行回火，回火温度：160±5℃，4～4.5h；第二次深冷处理，处理温度：-196±5℃，2～3h，冷处理升至室温后立即进行第二次回火，回火温度：160±5℃，4～4.5h。
2.根据权利要求1所述的高氮不锈轴承钢热处理工艺，其特征是：所述高氮不锈轴承钢是在ZC2-65真空炉进行预热的。
3.根据权利要求1所述的高氮不锈轴承钢热处理工艺，其特征是：所述高氮不锈轴承钢的淬火是在油淬室进行淬火的。
4.根据权利要求1所述的高氮不锈轴承钢热处理工艺，其特征是：所述高氮不锈轴承钢的回火在回火油炉中进行，控温精度为±1℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010247994 CN101935752B (zh) | 2010-08-03 | 2010-08-03 | 高氮不锈轴承钢热处理工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010247994 CN101935752B (zh) | 2010-08-03 | 2010-08-03 | 高氮不锈轴承钢热处理工艺 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101935752A CN101935752A (zh) | 2011-01-05 |
| CN101935752B true CN101935752B (zh) | 2013-01-09 |
Family
ID=43389315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201010247994 Expired - Fee Related CN101935752B (zh) | 2010-08-03 | 2010-08-03 | 高氮不锈轴承钢热处理工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101935752B (zh) |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102221495A (zh) * | 2011-03-31 | 2011-10-19 | 洛阳Lyc轴承有限公司 | 一种显示40Cr15Mo2VN轴承钢原始奥氏体晶界的方法 |
| CN102286658A (zh) * | 2011-08-26 | 2011-12-21 | 哈尔滨工业大学 | 一种提高1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢尺寸稳定性的方法 |
| CN102618711A (zh) * | 2011-11-09 | 2012-08-01 | 苏州大学 | 不锈钢轴承套圈热处理工艺 |
| CN102676785A (zh) * | 2012-06-08 | 2012-09-19 | 荆州环球汽车零部件制造有限公司 | 一种可淬硬合金铸铁凸轮轴的感应淬火工艺 |
| CN103160662B (zh) * | 2013-03-08 | 2015-03-18 | 常州金安轧辊制造有限公司 | 轧辊冷处理工艺 |
| CN104294031B (zh) * | 2014-10-14 | 2016-05-18 | 洛阳Lyc轴承有限公司 | 一种高温轴承钢套圈高压气淬工艺 |
| CN105506235A (zh) * | 2015-12-15 | 2016-04-20 | 常熟市常轴轴承有限公司 | 一种高碳铬轴承钢轴承套圈的热处理工艺 |
| CN106350647B (zh) * | 2016-12-02 | 2018-08-24 | 机械科学研究总院青岛分院有限公司 | 一种高氮不锈轴承钢热处理工艺 |
| CN106435127A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-02-22 | 江苏大学 | 一种提高CrWMn合金钢耐磨性的深冷处理方法 |
| CN107299204A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-10-27 | 西南大学 | 一种提高20CrMnMo钢强度的处理方法 |
| CN107345269A (zh) * | 2017-07-05 | 2017-11-14 | 如皋市非标轴承有限公司 | 一种精密轴承冷热处理的工艺方法 |
| CN108080900A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-05-29 | 中国航发哈尔滨轴承有限公司 | 一种使用40Cr15Mo2VN材料制作轴承的方法 |
| CN108411096B (zh) * | 2018-02-06 | 2019-05-24 | 武汉理工大学 | 提高m50轴承基体强韧性和尺寸稳定性的成形制造方法 |
| CN108728628A (zh) * | 2018-07-02 | 2018-11-02 | 洛阳Lyc轴承有限公司 | 一种9Cr18钢大直径薄壁轴承套圈热处理方法 |
| CN109055706A (zh) * | 2018-09-29 | 2018-12-21 | 中国航发哈尔滨轴承有限公司 | 一种Cronidur30高氮不锈钢轴承零件热处理方法 |
| CN110468264A (zh) * | 2019-09-06 | 2019-11-19 | 西京学院 | 一种提高精密量具、模具用钢尺寸稳定性处理工艺 |
| CN111136215A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-05-12 | 诸暨市领诚信息技术有限公司 | 一种运转中耐高温的轴承制作工艺 |
| CN111536152A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-08-14 | 中国航发哈尔滨轴承有限公司 | 一种高温倾覆力矩混合陶瓷球轴承 |
| CN114589456B (zh) * | 2020-12-04 | 2023-09-29 | 温州市中特钢球有限公司 | 高氮不锈钢球的生产工艺 |
| CN112708732B (zh) * | 2020-12-10 | 2022-05-13 | 钢铁研究总院 | 一种高氮不锈轴承钢的高频感应局部回火热处理方法 |
| CN113174466B (zh) * | 2021-04-30 | 2023-01-13 | 洛阳Lyc轴承有限公司 | 40Cr15Mo2VN高氮不锈轴承钢感应淬火方法 |
| CN114042865A (zh) * | 2021-11-03 | 2022-02-15 | 上海艾诺特殊钢铸造有限公司 | 造纸机端盖铸造工艺 |
| CN114310494B (zh) * | 2021-12-22 | 2023-12-08 | 中国科学院金属研究所 | 一种钢质轴承套圈及其制备方法 |
| CN114574670A (zh) * | 2022-02-23 | 2022-06-03 | 江苏力星通用钢球股份有限公司 | 一种高寿命精密级圆柱滚子降低热处理残余奥氏体的工艺 |
| CN114891964B (zh) * | 2022-04-29 | 2023-10-27 | 博格华纳燃油***(烟台)有限公司 | 一种不锈钢淬火冷却工艺及热处理方法、应用与不锈钢工件 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101077425A (zh) * | 2006-05-24 | 2007-11-28 | 中国科学院金属研究所 | 一种医用无镍高氮不锈钢材料及其制备和应用 |
-
2010
- 2010-08-03 CN CN 201010247994 patent/CN101935752B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101077425A (zh) * | 2006-05-24 | 2007-11-28 | 中国科学院金属研究所 | 一种医用无镍高氮不锈钢材料及其制备和应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 李红涛等.H10Cr4Mo4Ni4V钢轴承零件热处理工艺研究.《轴承》.2004,(第8期),14-16. * |
| 龚建勋等.H10Cr4Mo4Ni4V钢制轴承外圈热处理工艺.《轴承》.2001,(第6期),31-32、20. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101935752A (zh) | 2011-01-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101935752B (zh) | 高氮不锈轴承钢热处理工艺 | |
| CN102758073B (zh) | 一种轴承的热处理方法 | |
| CN102534134A (zh) | 一种中碳轴承钢贝氏体等温淬火热处理工艺方法 | |
| CN102108433A (zh) | 一种轴承钢淬火的方法 | |
| CN102758140B (zh) | 高碳微合金化钢球及其生产工艺 | |
| CN103266212A (zh) | 一种提高25Cr2Ni4MoV钢锻件低温冲击韧性的热处理工艺 | |
| CN103233101A (zh) | GCr15轴承钢的热处理方法 | |
| CN101660036B (zh) | 一种高强高韧性钢管热处理的方法 | |
| CN103602797B (zh) | 高硬度钢丝切丸热处理工艺 | |
| CN105088081B (zh) | 稳定杆的制造工艺 | |
| CN102534133A (zh) | 一种轴承钢的热处理工艺 | |
| CN110229952A (zh) | 重载齿轮的热处理工艺 | |
| CN105369015A (zh) | 一种42CrMo轴类零件淬火热处理工艺 | |
| CN104164548B (zh) | 一种厚大断面低碳低合金钢铸锻件的热处理工艺 | |
| CN109022705A (zh) | 高锰钢铸造斗齿的热处理方法 | |
| CN103409606A (zh) | 风电主轴锻后热处理方法 | |
| CN100469903C (zh) | 6CrNiSiMnMoV钢硬度梯度热处理回火工艺方法 | |
| CN106086360A (zh) | 一种工业汽轮机转子锻件的热处理方法 | |
| CN102899469B (zh) | 一种高铬耐磨白口铸铁Cr28的热处理方法 | |
| CN103103320A (zh) | 一种提高40CrNiMoA材料低温冲击韧性的方法 | |
| CN105543463A (zh) | 超高强度d6ac钢薄壁管件气氛保护热处理工艺 | |
| CN106868258A (zh) | 一种高碳铬钢碳化物超细化处理工艺 | |
| CN103205544A (zh) | 一种盐浴自升温的球墨铸铁双级等温淬火方法及应用该方法制备的等温淬火球铁 | |
| CN105648173A (zh) | GCr15SiMn的热处理方法 | |
| CN102417969B (zh) | 一种动叶片用高淬透性马氏体不锈钢的热处理工艺 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130109 Termination date: 20130803 |