CN114589463A - 一种l型高温轴承套圈成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种L型高温轴承套圈成型方法涉及轴承套圈成型方法，具体涉及一种L型高温轴承套圈成型方法，包括以下步骤：将高温轴承棒材加热，运用挤压成型技术锻造成管材后，空冷，保温1h‑3h，后炉冷至室温；对挤压管材在室温下切割，将切割后的试样加热进行轴向闭式辗压成型锻造，轴向闭式辗压成型锻造后空冷至室温，形成轴承套圈半成品；进行加工至要求尺寸，使其尺寸满足L型轴承套圈的使用，形成轴承套圈成品。本发明在管材成型的步骤中以退火代替原有的冷却方式，降低硬度，改善切削性能，调整组织，为下一步的室温切割做好准备，并且相对于传统的加工流程，省去了锻后退火工艺，减少了火次，降低了成本，节约了时间。

Description

一种L型高温轴承套圈成型方法
技术领域
本发明涉及轴承套圈成型方法，具体涉及一种L型高温轴承套圈成型方法。
背景技术
轴承是最重要的关键基础件之一，被称为“高端装备的关节”，广泛应用在矿山机械、精密机床、冶金设备、重型装备与高档轿车等重大装备领域和风力发电、高铁动车及航空航天等新兴产业领域。航空轴承一般在高温、高压、盐雾及沙尘等复杂环境中工作，一旦在服役过程中产生轴承失效，将产生严重的安全隐患。二战期间，随着喷气发动机在航空飞机上的应用，轴承的使用温度大幅提升，达到300℃，使得第一代轴承钢的耐温性已不能满足使用。例如：第一代轴承钢GCr15的适用温度在150 ℃以下。为了提高轴承的耐温性，借鉴高速工具钢的特性，研制出了第二代轴承钢。目前，航空领域广泛应用的是第二代轴承钢，如M50、M50 NiL和BG50等。
M50钢是现阶段航空发动机主轴轴承应用最广泛的材料。随着战机速度的不断提升，轴承材料的综合性能要求更高。除了需要具备基本的高硬度和高耐磨性之外，还需要在高温下具有良好的耐磨性和耐冲击性等。M50钢碳含量在0.8%左右，在零件成型和热处理过程中会析出大量碳化物。而碳化物是高温轴承钢套圈生产中一个重要的影响因素，大块碳化物会导致应力集中，降低材料本身性能，减少材料的使用寿命。而细小弥散分布的碳化物具有第二相强化的作用，提高轴承强度、硬度、耐磨性能，还可以一定程度上降低轴承的应力集中和开裂的倾向，提高冲击性能。虽然国内外已经开始第三代和***新型轴承材料的研发与应用，但是如何持续提高第二代轴承钢的综合性能使其满足使用需求，一直是相关领域的重点研究方向。
目前，我国在M50钢的制备能力上与国外还存在一定的差距，如氧含量、碳化物颗粒大小和均匀性的控制能力。合金元素主要是以碳化物的形式存在，若碳化物较大，则会出现合金元素富集的化学成分不均匀现象，从而影响M50钢的冲击韧性，降低轴承的使用寿命。另外，轴承制造过程中存在的轴承零件组织不稳定和残余应力释放等造成的形位和精度不稳定，也是影响轴承精度和服役寿命的原因。
REN等发现，通过将冷变形与热处理相结合，可以细化碳化物。近些年，冷变形对M50轴承钢回火态微观组织与力学性能影响的研究增多。贺元庚等研究了冷轧对M50钢组织及性能的影响，结果表明20% 冷轧变形量下的试样具有最佳的力学性能。李姚君等发现，经过40%冷变形的试样硬度由63.3HRC提升至64.8HRC，冲击吸收功提高了23.2%，抗拉强度提高了4.6%。经过冷变形后，在回火过程中增加回火马氏体固溶强化作用，同时细化了粒状碳化物。
目前轴承钢套圈成型工艺主要流程为棒料热锻成型-退火-粗车-热处理-精车。棒料热锻时多采用镦粗、穿孔、冲连皮、扩孔、碾环成型、环轧等步骤直至套圈大体成型，用退火减少变形产生的应力和加工硬化效果，之后对套圈粗车，保证精度，后进行淬火和回火等热处理制度，保证强度、硬度等使用性能。最后精车完成套圈生产。
2015年戴兆良等对轴承套圈的生产工艺进行了研究，具体流程如下：
①对坯料先进行球化退火，球化退火温度在720℃±2℃，出炉后进行高温加热到970℃±2℃，在锻锤上进行墩粗、穿孔、冲连皮、扩孔和平端面形成工件。
②将工件在碾环机上碾环成型后，放到等温箱等温到840℃±2℃。
③将工件放到回转淬火机上进行回转淬火，回火。
④车削最后成型。
现有技术中热锻成型-退火-粗车-热处理-精车流程主要的缺点是工艺流程过于繁琐，使得套圈生产时间较长、成本高。且由于材料的选择和热处理工艺的控制，对于碳化物的形态和分布也没有保证，成品在硬度、强度、防腐、抗疲劳等方面也难以达到要求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种火次少、周期短的热处理和锻造工艺，提升效率，降低能耗，缩短周期，采用合理的热处理工艺，在轴承套圈成型的同时，将原有碳化物细化并均匀分布的一种L型高温轴承套圈成型方法。
本发明一种L型高温轴承套圈成型方法，包括以下步骤：
第一步，将高温轴承棒材加热至950℃-1050℃，运用挤压成型技术锻造成管材后，空冷至750℃-850℃，保温1h-3h，后炉冷至室温；
第二步，对挤压管材在室温下切割，将切割后的试样加热至650℃-850℃进行轴向闭式辗压成型锻造，轴向闭式辗压成型锻造后空冷至室温，形成轴承套圈半成品；
第三步，将轴向闭式辗压成型锻造后所得轴承套圈半成品进行加工至要求尺寸，使其尺寸满足L型轴承套圈的使用，形成轴承套圈成品。
优选地，第二步中，试样进行轴向闭式辗压成型锻造具体为：将切割后试样固定在下模上，下模以一定角速度持续旋转，上模保持一定的倾斜角度并以一定的速度持续下降，锻造前的试样高度与锻造后的试样高度之比即为轴向变形度。
优选地，试样进行轴向闭式辗压成型锻造中，轴向变形度为40-60%，上模进给速度为5-7mm/s，下模角速度为0.8-1.2rad/s，上模倾斜角为5-7度。
优选地，高温轴承棒材为M50高温轴承棒材。
本发明在管材成型的步骤中以退火代替原有的冷却方式，降低硬度，改善切削性能，调整组织，为下一步的室温切割做好准备，并且相对于传统的加工流程，省去了锻后退火工艺，减少了火次，降低了成本，节约了时间。
本发明以轴向闭式辗压成型锻造，在保证轴承套圈基本成型的基础上，挤压成型锻造和轴向闭式辗压成型锻造中产生大变形量，在多向应力的作用下，破碎晶粒和大块碳化物，起到细化晶粒的作用并且在变形过程中，随着金属流动，均匀分布碳化物，提高了产品的强度、硬度、接触疲劳等性能，延长了使用寿命。轴向闭式辗压后轴承套圈尺寸基本成型，后续只需简单的加工就可以投入使用，减少了车工的工作量，降低了成本和时间。整个过程只需要两个火次就能完成整个流程，相比于传统加工流程，在热处理方面，极大的降低了能耗，缩短了周期。
附图说明
图1为M50高温轴承棒材锻造成管材后的结构示意图。
图2为管材切割示意图。
图3为切割后试样结构示意图。
图4为试样经轴向闭式辗压成型锻造后形成的轴承套圈半成品示意图。
图5为轴承套圈成品示意图。
图6为本发明热处理示意图。
图7为未经本发明处理的M50高温轴承钢在放大200倍下的金相图片。
图8为经本发明处理后的M50高温轴承钢在放大200倍下的金相图片。
具体实施方式
本发明一种L型高温轴承套圈成型方法，包括以下步骤：
第一步，将高温轴承棒材加热至950℃-1050℃，运用挤压成型技术锻造成管材后，空冷至750℃-850℃，保温1h-3h，后炉冷至室温；
第二步，对挤压管材在室温下切割，将切割后的试样加热至650℃-850℃进行轴向闭式辗压成型锻造，轴向闭式辗压成型锻造即ACDR后空冷至室温，形成轴承套圈半成品；
第三步，将轴向闭式辗压成型锻造即ACDR后所得轴承套圈半成品进行加工至要求尺寸，使其尺寸满足L型轴承套圈的使用，形成轴承套圈成品。
第二步中，试样进行轴向闭式辗压成型锻造即ACDR具体为：将切割后试样固定在下模上，下模以一定角速度持续旋转，上模保持一定的倾斜角度并以一定的速度持续下降。锻造前的试样高度与锻造后的试样高度之比即为轴向变形度。
试样进行轴向闭式辗压成型锻造中，轴向变形度为40-60%，上模进给速度为5-7mm/s，下模角速度为0.8-1.2rad/s，上模倾斜角为5-7度。上模形状根据需求选取。
高温轴承棒材为M50高温轴承棒材。
本发明在管材成型的步骤中以退火代替原有的冷却方式，降低硬度，改善切削性能，调整组织，为下一步的室温切割做好准备，并且相对于传统的加工流程，省去了锻后退火工艺，减少了火次，降低了成本，节约了时间。
本发明以轴向闭式辗压成型锻造，在保证轴承套圈基本成型的基础上，挤压成型锻造和轴向闭式辗压成型锻造中产生大变形量，在多向应力的作用下，破碎晶粒和大块碳化物，起到细化晶粒的作用并且在变形过程中，随着金属流动，均匀分布碳化物，提高了产品的强度、硬度、接触疲劳等性能，延长了使用寿命。轴向闭式辗压后轴承套圈尺寸基本成型，后续只需简单的加工就可以投入使用，减少了车工的工作量，降低了成本和时间。整个过程只需要两个火次就能完成整个流程，相比于传统加工流程，在热处理方面，极大的降低了能耗，缩短了周期。
对实验对比图的说明：从图7中可以看出未经本发明处理的试样中存在大量大尺寸碳化物并且呈一定的链状分布，严重影响产品性能。而经本发明处理的图8试样中，碳化物尺寸细小且分布弥散，无明显链状，提升了产品性能。

Claims (4)

1.一种L型高温轴承套圈成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将高温轴承棒材加热至950℃-1050℃，运用挤压成型技术锻造成管材后，空冷至750℃-850℃，保温1h-3h，后炉冷至室温；
第二步，对挤压管材在室温下切割，将切割后的试样加热至650℃-850℃进行轴向闭式辗压成型锻造，轴向闭式辗压成型锻造后空冷至室温，形成轴承套圈半成品；
第三步，将轴向闭式辗压成型锻造后所得轴承套圈半成品进行加工至要求尺寸，使其尺寸满足L型轴承套圈的使用，形成轴承套圈成品。
2.如权利要求1所述一种L型高温轴承套圈成型方法，其特征在于，第二步中，试样进行轴向闭式辗压成型锻造具体为：将切割后试样固定在下模上，下模以一定角速度持续旋转，上模保持一定的倾斜角度并以一定的速度持续下降，锻造前的试样高度与锻造后的试样高度之比即为轴向变形度。
3.如权利要求2所述一种L型高温轴承套圈成型方法，其特征在于，试样进行轴向闭式辗压成型锻造中，轴向变形度为40-60%，上模进给速度为5-7mm/s，下模角速度为0.8-1.2rad/s，上模倾斜角为5-7度。
4.如权利要求3所述一种L型高温轴承套圈成型方法，其特征在于，所述高温轴承棒材为M50高温轴承棒材。
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