CN110042217B - 纳米贝氏体轴承热处理方法及其制得的轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种纳米贝氏体轴承热处理方法，方法包括：将待处理轴承零件进行奥氏体化处理；水浴冷却待处理轴承零件的表面至第一温度；在第二温度下等温处理待处理轴承零件，使待处理轴承零件材料进行贝氏体转变；其中，第一温度低于待处理轴承零件材料的马氏体开始转变温度，第二温度高于待处理轴承零件材料的马氏体开始转变温度。本发明还公开了一种利用前述方法制得的轴承。采用水浴进行待处理轴承零件的冷却处理，避免了盐浴方法，进而降低了成本，避免了对环境的污染。

Description

纳米贝氏体轴承热处理方法及其制得的轴承
技术领域
本发明涉及轴承制造领域，特别涉及一种纳米贝氏体轴承热处理方法及其制得的轴承。
背景技术
纳米贝氏体轴承是一种贝氏体轴承，具有疲劳寿命高、耐磨性能优异，以及冲击韧性高的特点，因此，纳米贝氏体轴承适用于冲击载荷条件。近年来公开的纳米贝氏体轴承钢方面的专利技术，无论是常规贝氏体处理还是低温纳米贝氏体处理，均需要盐浴方法进行等温处理。
然而，盐浴方法需要专业的盐浴设备进行处理。其中，通过在熔盐中加入一定量的结晶水提高淬火烈度，实现轴承的快速冷却。但是，这种盐浴设备成本昂贵，也会对环境造成一定的污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米贝氏体轴承热处理方法及其制得的轴承，避免了盐浴方法，利用水浴冷却降低成本，同时避免对环境的污染。
本发明的技术方案如下：本发明公开一种纳米贝氏体轴承热处理方法，包括：
步骤1，待处理轴承零件进行奥氏体化处理：将待处理轴承零件加热至810℃-870℃，保温0.5h-1h；
步骤2，水浴冷却所述待处理轴承零件的表面温度：当所述待处理轴承零件表面的温度与所述待处理轴承零件心部的温差大于或等于200℃时，停止所述水浴，静置所述待处理轴承零件以降低所述待处理轴承零件表面的温度与所述待处理轴承零件心部的温差；并且当所述待处理轴承零件表面的温度与所述待处理轴承零件心部的温差小于或等于50℃时，继续所述水浴，直至所述待处理轴承零件表面至第一温度；
步骤3，在第二温度下等温处理所述待处理轴承零件，使所述待处理轴承零件进行贝氏体转变；所述第一温度低于所述待处理轴承零件材的马氏体开始转变温度，所述第二温度高于所述待处理轴承零件材料的马氏体开始转变温度；以及
步骤4，在170℃-200℃下回火处理所述待处理轴承零件，从而去除所述待处理轴承零件材料的组织应力。
可优选的是，在步骤2中，所述水浴冷却包括多次水浴冷却所述待处理轴承零件。
可优选的是，所述第一温度为130℃-160℃，所述第二温度为180℃-210℃。
可优选的是，采用40℃-70℃的流动水进行所述水浴。
可优选的是，在步骤3中，采用低温惰性气氛炉进行等温处理所述待处理轴承零件。
可优选的是，在步骤3中，所述待处理轴承零件材料的组织内生成的贝氏体含量为所述待处理轴承零件的材料组织的50％-70％。
可优选的是，在步骤3中，等温时间为3h-8h。
另一方面，本发明还提供一种采用上述方法得到的纳米贝氏体轴承。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
采用水浴进行待处理轴承零件的冷却处理，避免了盐浴方法，进而降低了成本，避免了对环境的污染。
进一步的，采用水浴进行冷却过程中，将待处理轴承零件先冷却至低于马氏体开始转变温度的第一温度，使得待处理轴承零件材料组织中生成一定量的马氏体，进而促进贝氏体相变，有效缩短了热处理周期。
附图说明
图1是本发明纳米贝氏体轴承热处理方法流程图。
具体实施方式
由于盐浴设备成本昂贵，也会对环境造成一定的污染。基于此，本发明提供了一种纳米贝氏体轴承热处理方法，包括以下步骤：
步骤1，待处理轴承零件进行奥氏体化处理：将待处理轴承零件加热至810℃-870℃，保温0.5h-1h；
步骤2，水浴冷却待处理轴承零件的表面温度：当待处理轴承零件表面的温度与待处理轴承零件心部的温差大于或等于200℃时，停止水浴，静置待处理轴承零件以降低待处理轴承零件表面的温度与待处理轴承零件心部的温差；并且当待处理轴承零件表面的温度与待处理轴承零件心部的温差小于或等于50℃时，继续水浴，直至待处理轴承零件表面至第一温度；
步骤3，在第二温度下等温处理待处理轴承零件，使待处理轴承零件进行贝氏体转变；第一温度低于待处理轴承零件材的马氏体开始转变温度，第二温度高于待处理轴承零件材料的马氏体开始转变温度；以及
步骤4，在170℃-200℃下回火处理待处理轴承零件，从而去除待处理轴承零件材料的组织应力。
可以看出，本发明实施例采用水浴进行待处理轴承零件的冷却处理，避免了盐浴方法使用时盐浴设备成本昂贵，从而降低了成本，避免了对环境的污染。
进一步的，采用水浴进行冷却过程中，将待处理轴承钢先冷却至低于马氏体开始转变温度的第一温度，使得待处理轴承零件材料组织中生成一定量的马氏体，进而促进贝氏体相变，有效缩短了热处理周期。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面对本发明的具体实施例做详细的说明。
参照图1，本发明一实施例首先提供了一种纳米贝氏体轴承热处理方法，包括：
步骤S01：将待处理轴承零件进行奥氏体化处理；
其中，待处理轴承零件可以为轴承零件成品或者轴承零件的半成品。在本实施例中，轴承零件为经过球化退火处理后的钢锭经过加工成形后得到的轴承零件，轴承零件可以包括轴承内圈、轴承外圈和滚动体，滚动体与轴承内圈的滚道和轴承外圈的滚道相匹配。
具体的，在本步骤中，将待处理轴承零件加热至810℃～870℃，保温0.5h～1h，以进行奥氏体化处理。
步骤S02：水浴冷却待处理轴承零件的表面至第一温度；
其中，第一温度小于待处理轴承零件材料的马氏体开始转变温度。具体的，第一温度可以为130℃～160℃，在本实施例中，第一温度可以为145℃。
将待处理轴承零件的表面冷却至低于马氏体开始转变温度的第一温度，使得待处理轴承零件组织内生成一定量的马氏体，进而促进贝氏体相变，有效缩短了热处理周期。
在本步骤中，水浴冷却处理具体可以包括，多次水浴冷却待处理轴承零件，直至待处理轴承零件表面至第一温度。这是由于，本步骤中水浴冷却的冷却速度高，待处理轴承零件的表面和心部会具有一定的温差，如果温差太大，可能造成轴承零件开裂。采用多次水浴冷的方式，能够保证待处理轴承零件表面的温度与心部的温差保持在一定的范围，避免造成轴承零件开裂。
具体的，在多次水浴过程中，当待处理轴承零件表面的温度与待处理轴承零件心部的温差大于或等于200℃时，停止水浴，静置待处理轴承钢以降低待处理轴承零件表面的温度与待处理轴承零件心部的温差；当待处理轴承零件表面的温度与待处理轴承零件心部的温差小于或等于50℃时，继续水浴，直至待处理轴承零件表面至第一温度。
在本实施例中，可以使多次水浴冷却得到的待处理轴承零件表面为130℃～160℃，心部温度为200℃～250℃。
并且，在本实施例中，优选采用40℃～70℃的流动水进行水浴，避免过冷的水温造成待处理轴承零件的表面缺陷。
步骤S03：在第二温度下等温处理待处理轴承零件，使待处理轴承零件进行贝氏体转变。
其中，第二温度大于待处理轴承零件材料的马氏体开始转变温度。具体的，第二温度可以为180℃～210℃，在本实施例中，第二温度可以为195℃。
本实施例中，等温处理待处理轴承零件的等温时间为3h～8h，本实施例中可以为5h。从另一个角度来说，在本步骤中应使待处理轴承零件材料组织内生成的贝氏体含量为待处理轴承零件材料组织的50％～70％。即，本步骤的等温处理，直至待处理轴承零件材料组织的贝氏体含量达到50％～70％，进而根据实际的转变量确定对应的等温时间。
本步骤可以在低温惰性气氛炉中进行。其中，惰性气氛指的是惰性气体环境，具体的惰性气体可以为氦气、氖气、氩气、氮气等。
并且，在本实施例中，步骤S03之后，还包括或者还可以进一步包括：
步骤S04：在170℃～200℃下回火处理待处理轴承零件。
通过回火处理，使得待处理轴承零件材料组织的应力得到有效消除，并可以进一步稳定轴承零件材料组织，提高性能。
为便于说明，本发明进一步提供两个具体的示例。
示例1：采用一种高碳铬纳米贝氏体轴承钢，主要化学成分质量百分数为，C：0.92、Si：1.51、Mn：0.45、Cr：1.42、Mo：0.20。对轴承钢进行球化退火处理后，加工成轴承零件，轴承圈壁厚40mm。然后将轴承零件加热到830℃保温40分钟，放入70℃的温水中保温10s后取出，静置65s后再次入水冷却6s后，表面温度达到135℃，将轴承圈放入到200℃的惰性气氛炉中进行等温处理，保温3.5h后，贝氏体生成含量达到50％，取出冷却，最后在175℃的炉中保温1h进行回火处理。经过该方法处理后轴承圈表面硬度为62.5HRC，心部硬度为58.6HRC，无缺口冲击韧性为68J/cm2。
示例2：采用一种渗碳纳米贝氏体轴承，主要化学成分质量百分数为，C：0.23、Si：1.46、Mn：0.62、Cr：1.56、Ni：0.59、Mo：0.25。将轴承钢加工成轴承零件，轴承圈壁厚85mm。然后进行渗碳处理，渗碳后表面的C含量达到0.95wt.％。将渗碳后的轴承零件进行球化高温回火。然后将轴承零件加热到865℃保温60分钟，放入50℃的温水中保温25s后取出，静置100s后再次入水冷却10s后，表面温度达到155℃，将轴承圈放入到185℃的惰性气氛炉中进行等温处理，保温7.5h后，贝氏体生成量达到65％，取出冷却，最后在180℃的炉中保温1h进行回火处理。经过该方法处理后轴承圈表面硬度为61.5HRC，心部硬度为41.6HRC，心部U型缺口冲击韧性为112J/cm2。
本实施例中，采用水浴进行待处理轴承零件的冷却处理，避免了盐浴方法，进而降低了成本，避免了对环境的污染。
进一步的，采用水浴进行冷却过程中，将待处理轴承零件先冷却至小于马氏体开始转变温度的第一温度，使得待处理轴承零件材料组织内生成一定量的马氏体，进而促进贝氏体相变，有效缩短了热处理周期。
在本发明另一实施例中，还提供了一种纳米贝氏体轴承，纳米贝氏体轴承的零件采用上述实施例所述的方法得到。轴承零件可以采用前述实施例所述的形成方法所形成，对本实施例所述轴承零件的具体描述，可参考前述实施例中的相应描述，在此不再赘述。
需要说明的是，在本发明中，具体的数值范围中，端点值同样包括在本发明的范围之内。虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (5)

1.一种纳米贝氏体轴承热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，待处理轴承零件进行奥氏体化处理：将待处理轴承零件加热至810℃-870℃，保温0.5h-1h；
步骤2，水浴冷却所述待处理轴承零件的表面温度：多次水浴冷却所述待处理轴承零件，当所述待处理轴承零件表面的温度与所述待处理轴承零件心部的温差大于或等于200℃时，停止所述水浴，静置所述待处理轴承零件以降低所述待处理轴承零件表面的温度与所述待处理轴承零件心部的温差；并且当所述待处理轴承零件表面的温度与所述待处理轴承零件心部的温差小于或等于50℃时，继续所述水浴，直至所述待处理轴承零件表面至第一温度130℃-160℃；其中，采用40℃-70℃的流动水进行所述水浴；采用多次水浴冷的方式，能够保证待处理轴承零件表面的温度与心部的温差保持在一定的范围，避免造成轴承零件开裂；
步骤3，在第二温度180℃-210℃下等温处理所述待处理轴承零件，使所述待处理轴承零件进行贝氏体转变；所述第一温度低于所述待处理轴承零件材的马氏体开始转变温度，所述第二温度高于所述待处理轴承零件材料的马氏体开始转变温度；以及
步骤4，在170℃-200℃下回火处理所述待处理轴承零件，从而去除所述待处理轴承零件材料的组织应力。
2.根据权利要求1所述的纳米贝氏体轴承热处理方法，其特征在于，在步骤3中，采用低温惰性气氛炉进行等温处理所述待处理轴承零件。
3.根据权利要求1所述的纳米贝氏体轴承热处理方法，其特征在于，在步骤3中，所述待处理轴承零件材料的组织内生成的贝氏体含量为所述待处理轴承零件的材料组织的50％-70％。
4.根据权利要求1所述的纳米贝氏体轴承热处理方法，其特征在于，在步骤3中，等温时间为3h-8h。
5.一种纳米贝氏体轴承，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的纳米贝氏体轴承热处理方法制得的轴承。
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