一种高耐磨轴承的专用钢材及其加工工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高耐磨轴承的专用钢材，其坯料的化学成分的质量百分比为：C：0.21-0.23%，Si：0.07-0.09%，Mn：0.66-0.68%，Ni：0.83-0.85%，Cr：9.1-9.3%，Mo：0.55-0.57%，V：0.13-0.15%，Nb：0.11-0.13%，Cu：0.01-0.03%，Ti：0.19-0.21%，B：0.05-0.07%，S≤0.025%，P≤0.015%，稀土金属：0.12-0.14%，余量为Fe；其中，稀土金属的化学成分质量百分比为：铈：2-4%，钕：11-13%，钆：3-5%，镥：4-6%，镝：5-7%，铕：1-3%，铒：8-10%，余量为镧；本发明还公开了一种高耐磨轴承的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳和热处理；本发明产品具有加工尺寸精度高，产品内在质量稳定，性能优异，使用寿命长，可靠性高的特点。
【专利说明】一种高耐磨轴承的专用钢材及其加工工艺
【技术领域】
[0001] 本发明属于机械传动【技术领域】，涉及一种高耐磨轴承的专用钢材，具体地说是一 种高耐磨轴承的专用钢材及其加工工艺。
【背景技术】
[0002] 轴承是当代机械设备中一种举足轻重的零部件，它在机械传动过程中起固定和减 小载荷摩擦系数的作用，当其它机件在轴上彼此产生相对运动时，用来降低动力传递过程 中的摩擦系数和保持轴中心位置固定的机件，它的主要功能是支撑机械旋转体，用以降低 设备在传动过程中的机械载荷摩擦系数。
[0003] 目前在我国，轴承行业生产集中度较低，且研发和创新能力低，由于大多数企业在 创新体系的建设和运行、研发和创新的资金投入、人才开发等方面仍处于低水平，加上面向 行业服务的科研院所走向企业化，国家已没有对行业共性技术研究的投入，从而削弱了面 向行业进行研发的功能。
[0004] 同时，制造技术水平低也是我国轴承行业面临的主要问题之一，我国轴承工业制 造工艺和工艺装备技术发展缓慢，车加工数控率低，磨加工自动化水平低，尤其是对轴承寿 命和可靠性至关重要的先进热处理工艺和装备，如控制气氛保护加热、双细化、贝氏体淬火 等覆盖率低，许多技术难题攻关未能取得突破。轴承钢新钢种的研发，钢材质量的提高，润 滑、冷却、清洗和磨料磨具等相关技术的研发，尚不能适应轴承产品水平和质量提高的要 求。因而造成工序能力指数低，一致性差，产品加工尺寸离散度大，产品内在质量不稳定而 影响轴承的精度、性能、寿命和可靠性。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种高耐磨轴承的专 用钢材及其加工工艺，具有加工尺寸精度高，产品内在质量稳定，性能优异，使用寿命长，可 靠性高的特点。
[0006] 为了解决以上技术问题，本发明提供一种高耐磨轴承的专用钢材，其坯料的化学 成分的质量百分比为：c :0· 21-0. 23%，Si :0· 07-0. 09%，Μη :0· 66-0. 68%，Ni :0· 83-0. 85%， Cr ：9. 1-9. 3%, Mo ：0. 55-0. 57%, V ：0. 13-0. 15%, Nb ：0. 11-0. 13%, Cu ：0. 01-0. 03%, Ti ： 0· 19-0. 21%，B :0· 05-0. 07%，S 彡 0· 025%，P 彡 0· 015%，稀土金属：0· 12-0. 14%，余量为 Fe。
[0007] 其中，稀土金属的化学成分质量百分比为：铈：2-4%，钕：11-13%，钆：3-5%，镥： 4-6%，镝：5-7%，铕：1-3%，铒：8-10%，余量为镧。
[0008] 本发明进一步限定的技术方案是：提供一种高耐磨轴承的专用钢材，其坯料的化 学成分的质量百分比为：C :0· 21%，Si :0· 07%，Μη :0· 66%，Ni :0· 83%，Cr :9. 1%，Mo :0· 55%，V : 0· 13%，Nb :0· 11%，Cu :0· 01%，Ti :0· 19%，B :0· 05%，S :0· 025%，P :0· 015%，稀土金属：0· 12%， 余量为Fe ; 其中，稀土金属的化学成分质量百分比为：铈：4%，钕：13%，钆：5%，镥：6%，镝：7%，铕： 3%，铒：10%，余量为镧。
[0009] 还提供一种高耐磨轴承的专用钢材，其坯料的化学成分的质量百分比为：C: 0. 23%, Si ：0. 09%, Μη ：0. 68%, Ni ：0. 85%, Cr ：9. 3%, Mo ：0. 57%, V ：0. 15%, Nb ：0. 13%, Cu ： 0· 03%，Ti :0· 21%，B :0· 07%，S :0· 02%，P :0· 01%，稀土金属：0· 14%，余量为 Fe ; 其中，稀土金属的化学成分质量百分比为：铈：2%，钕：11%，钆：3%，镥：4%，镝：5%，铕： 1%，铒：8%，余量为镧。
[0010] 还提供一种高耐磨轴承的专用钢材，其坯料的化学成分的质量百分比为：C: 0. 22%, Si ：0. 08%, Μη ：0. 67%, Ni ：0. 84%,Cr:9. 2%, Mo :0. 56%,V ：0. 14%, Nb ：0. 12%,Cu:0. 02%, Ti :0· 20%，B :0· 06%，S :0· 022%，P :0· 013%，稀土金属：0· 13%，余量为 Fe ; 其中，稀土金属的化学成分质量百分比为：铈：3%，钕：12%，钆：4%，镥：5%，镝：6%，铕： 2%，铒：9%，余量为镧。
[0011] 本发明提供一种高耐磨轴承的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳和热 处理： 锻造工序：将工件坯料保持在830-850°C下，进行自由锻，时间为16-18分钟； 退火工序：热锻后，在785-795°C保温10-12分钟，然后炉冷至235-245°C后保温6-8分 钟，最后冷却至室温； 回火工序：回火温度715-725°C，到温后保温8-10min，然后空冷至室温； 车加工工序：将冷却后的坯料，采用数控车床加工成圆柱形粗料； 渗碳工序：将粗料置入具有活性渗碳介质中，加热到935-945°C，保温15-17分钟； 热处理工序：热处理温度965-975°C，到温后保温5-7分钟，然后采用水冷以1-3°C /s 的冷却速率将粗料冷却至室温。
[0012] 本发明提供一种高耐磨轴承的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳和热 处理： 锻造工序：将工件坯料保持在830°c下，进行自由锻，时间为18分钟； 退火工序：热锻后，在785°C保温12分钟，然后炉冷至235°C后保温8分钟，最后冷却至 室温； 回火工序：回火温度715°C，到温后保温lOmin，然后空冷至室温； 车加工工序：将冷却后的坯料，采用数控车床加工成圆柱形粗料； 渗碳工序：将粗料置入具有活性渗碳介质中，加热到935°C，保温17分钟； 热处理工序：热处理温度965°C，到温后保温7分钟，然后采用水冷以1°C /s的冷却速 率将粗料冷却至室温。
[0013] 本发明提供一种高耐磨轴承的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳和热 处理： 锻造工序：将工件坯料保持在850°c下，进行自由锻，时间为16分钟； 退火工序：热锻后，在795°C保温10分钟，然后炉冷至245°C后保温6分钟，最后冷却至 室温； 回火工序：回火温度725°C，到温后保温8min，然后空冷至室温； 车加工工序：将冷却后的坯料，采用数控车床加工成圆柱形粗料； 渗碳工序：将粗料置入具有活性渗碳介质中，加热到945°C，保温15分钟； 热处理工序：热处理温度975°C，到温后保温5分钟，然后采用水冷以3°C /s的冷却速 率将粗料冷却至室温。
[0014] 本发明提供一种高耐磨轴承的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳和热 处理： 锻造工序：将工件坯料保持在840°c下，进行自由锻，时间为17分钟； 退火工序：热锻后，在790°C保温11分钟，然后炉冷至240°C后保温7分钟，最后冷却至 室温； 回火工序：回火温度720°C，到温后保温9min，然后空冷至室温； 车加工工序：将冷却后的坯料，采用数控车床加工成圆柱形粗料； 渗碳工序：将粗料置入具有活性渗碳介质中，加热到940°C，保温16分钟； 热处理工序：热处理温度970°C，到温后保温6分钟，然后采用水冷以2°C /s的冷却速 率将粗料冷却至室温。
[0015] 本发明的有益效果是： 本发明的成分中的Cr会导致碳及合金元素的严重偏析，轴承会出现共晶碳化物，从而 降低轴承的冲击韧度；本发明通过加入稀土金属，可有效减弱轴承的合金元素偏析现象，可 大幅度提高轴承的冲击韧度。
[0016] 本发明的退火工序在热锻后不立即冷却，而是在785-795?保温10-12分钟，然后 炉冷后保温，最后冷却至室温；这样使奥氏体在这个温度下进行等温转变，形成珠光体，奥 氏体能在较短时间内完成球光体转变，避免形成马氏体，导致钢变硬，从而使轴承硬度达到 理想效果，不至于硬度过高或过低。
[0017] 本发明的轴承由于合金元素的作用，碳及合金元素的严重偏析，轴承会出现共晶 碳化物，从而降低轴承的冲击韧度；本发明通过一次回火及温度控制，从而使轴承的合金元 素偏析现象明显减弱，可大幅度提高轴承的冲击韧度。
[0018] 回火处理使轴承各方向组织细小均匀；可进一步减小表面和心部的温度之差，从 而使表面至心部性能趋于一致；回火后冷却，可以使组织更为均匀稳定，极少出现气孔及沙 眼，保证了轴承的抗腐蚀性能，起到了意想不到的技术效果。
[0019] 本发明通过表面强化热处理可以细化晶粒，同时提高轴承的韧性，可以减轻或消 除带状组织等缺陷，提高轴承整体冲击性能，使轴承组织更为均匀稳定，极少出现气孔及沙 目艮，且获得较好的综合力学性能和抗腐蚀性能。
【具体实施方式】
[0020] 实施例1 本实施例提供一种高耐磨轴承的专用钢材，其坯料的化学成分的质量百分比为：C: 0. 21%, Si ：0. 07%, Μη ：0. 66%, Ni ：0. 83%, Cr ：9. 1%, Mo ：0. 55%, V ：0. 13%, Nb ：0. 11%, Cu ： 0· 01%，Ti :0· 19%，B :0· 05%，S :0· 025%，P :0· 015%，稀土金属：0· 12%，余量为 Fe ; 其中，稀土金属的化学成分质量百分比为：铈：4%，钕：13%，钆：5%，镥：6%，镝：7%，铕： 3%，铒：10%，余量为镧。
[0021] 本实施例还提供一种高耐磨轴承的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳 和热处理： 锻造工序：将工件坯料保持在830°C下，进行自由锻，时间为18分钟； 退火工序：热锻后，在785°C保温12分钟，然后炉冷至235°C后保温8分钟，最后冷却至 室温； 回火工序：回火温度715°C，到温后保温lOmin，然后空冷至室温； 车加工工序：将冷却后的坯料，采用数控车床加工成圆柱形粗料； 渗碳工序：将粗料置入具有活性渗碳介质中，加热到935°C，保温17分钟； 热处理工序：热处理温度965°C，到温后保温7分钟，然后采用水冷以1°C /s的冷却速 率将粗料冷却至室温。
[0022] 实施例2 本实施例提供一种高耐磨轴承的专用钢材，其坯料的化学成分的质量百分比为：C : 0. 23%, Si ：0. 09%, Μη ：0. 68%, Ni ：0. 85%, Cr ：9. 3%, Mo ：0. 57%, V ：0. 15%, Nb ：0. 13%, Cu ： 0· 03%，Ti :0· 21%，B :0· 07%，S :0· 02%，P :0· 01%，稀土金属：0· 14%，余量为 Fe ; 其中，稀土金属的化学成分质量百分比为：铈：2%，钕：11%，钆：3%，镥：4%，镝：5%，铕： 1%，铒：8%，余量为镧。
[0023] 本实施例还提供一种高耐磨轴承的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳 和热处理： 锻造工序：将工件坯料保持在850°C下，进行自由锻，时间为16分钟； 退火工序：热锻后，在795°C保温10分钟，然后炉冷至245°C后保温6分钟，最后冷却至 室温； 回火工序：回火温度725°C，到温后保温8min，然后空冷至室温； 车加工工序：将冷却后的坯料，采用数控车床加工成圆柱形粗料； 渗碳工序：将粗料置入具有活性渗碳介质中，加热到945°C，保温15分钟； 热处理工序：热处理温度975°C，到温后保温5分钟，然后采用水冷以3°C /s的冷却速 率将粗料冷却至室温。
[0024] 实施例3 本实施例提供一种高耐磨轴承的专用钢材，其坯料的化学成分的质量百分比为：C : 0. 22%, Si ：0. 08%, Μη ：0. 67%, Ni ：0. 84%,Cr:9. 2%, Mo :0. 56%, V ：0. 14%, Nb ：0. 12%,Cu:0. 02%, Ti :0· 20%，B :0· 06%，S :0· 022%，P :0· 013%，稀土金属：0· 13%，余量为 Fe ; 其中，稀土金属的化学成分质量百分比为：铈：3%，钕：12%，钆：4%，镥：5%，镝：6%，铕： 2%，铒：9%，余量为镧。
[0025] 本实施例还提供一种高耐磨轴承的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳 和热处理： 锻造工序：将工件坯料保持在840°C下，进行自由锻，时间为17分钟； 退火工序：热锻后，在790°C保温11分钟，然后炉冷至240°C后保温7分钟，最后冷却至 室温； 回火工序：回火温度720°C，到温后保温9min，然后空冷至室温； 车加工工序：将冷却后的坯料，采用数控车床加工成圆柱形粗料； 渗碳工序：将粗料置入具有活性渗碳介质中，加热到940°C，保温16分钟； 热处理工序：热处理温度970°C，到温后保温6分钟，然后采用水冷以2°C /s的冷却速 率将粗料冷却至室温。
[0026] 以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是 按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围 之内。
【权利要求】
1. 一种高耐磨轴承的专用钢材，其特征在于，其坯料的化学成分的质量百分比 为：C :0· 21-0. 23%，Si :0· 07-0. 09%，Μη :0· 66-0. 68%，Ni :0· 83-0. 85%，Cr :9·卜9. 3%， Mo :0· 55-0. 57%，V :0· 13-0. 15%，Nb :0· 11-0. 13%，Cu :0· 01-0. 03%，Ti :0· 19-0. 21%，B : 0· 05-0. 07%，S 彡 0· 025%，P 彡 0· 015%，稀土金属：0· 12-0. 14%，余量为 Fe。
2. 如权利要求1所述的高耐磨轴承的专用钢材，其特征在于：所述稀土金属的化学成 分质量百分比为：铈：2_4%，钕：11-13%，钆：3-5%，镥：4-6%，镝：5-7%，铕：1-3%，铒：8-10%， 余量为镧。
3. 如权利要求2所述的高耐磨轴承的专用钢材，其特征在于，其坯料的化学成分的质 量百分比为：C :0· 21%，Si :0· 07%，Μη :0· 66%，Ni :0· 83%，Cr :9. 1%，Mo :0· 55%，V :0· 13%，Nb : 0· 11%，Cu :0· 01%，Ti :0· 19%，B :0· 05%，S :0· 025%，P :0· 015%，稀土金属：0· 12%，余量为 Fe ; 所述稀土金属的化学成分质量百分比为：铈：4%，钕：13%，钆：5%，镥：6%，镝：7%，铕： 3%，铒：10%，余量为镧。
4. 如权利要求2所述的高耐磨轴承的专用钢材，其特征在于，其坯料的化学成分的质 量百分比为：C :0· 23%，Si :0· 09%，Μη :0· 68%，Ni :0· 85%，Cr :9· 3%，Mo :0· 57%，V :0· 15%，Nb : 0· 13%，Cu :0· 03%，Ti :0· 21%，B :0· 07%，S :0· 02%，P :0· 01%，稀土金属：0· 14%，余量为 Fe ; 所述稀土金属的化学成分质量百分比为：铈：2%，钕：11%，钆：3%，镥：4%，镝：5%，铕： 1%，铒：8%，余量为镧。
5. 如权利要求2所述的高耐磨轴承的专用钢材，其特征在于，其坯料的化学成分的质 量百分比为：C :0· 22%，Si :0· 08%，Μη :0· 67%，Ni :0· 84%，Cr:9. 2%，Μο:0· 56%，V :0· 14%，Nb : 0· 12%，Cu:0. 02%，Ti :0· 20%，B :0· 06%，S :0· 022%，P :0· 013%，稀土金属：0· 13%，余量为 Fe ; 所述稀土金属的化学成分质量百分比为：铈：3%，钕：12%，钆：4%，镥：5%，镝：6%，铕： 2%，铒：9%，余量为镧。
6. 如权利要求1或2所述的高耐磨轴承的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗 碳和热处理，其特征在于： 所述锻造工序：将工件坯料保持在830-850°C下，进行自由锻，时间为16-18分钟； 所述退火工序：热锻后，在785-795?保温10-12分钟，然后炉冷至235-245?后保温 6-8分钟，最后冷却至室温； 所述回火工序：回火温度715-725°C，到温后保温8-10min，然后空冷至室温； 所述车加工工序：将冷却后的坯料，采用数控车床加工成圆柱形粗料； 所述渗碳工序：将粗料置入具有活性渗碳介质中，加热到935-945°C，保温15-17分 钟； 所述热处理工序：热处理温度965-975?，到温后保温5-7分钟，然后采用水冷以 1-3°C /s的冷却速率将粗料冷却至室温。
7. 如权利要求6所述的高耐磨轴承的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳和 热处理，其特征在于： 所述锻造工序：将工件坯料保持在830°C下，进行自由锻，时间为18分钟； 所述退火工序：热锻后，在785°C保温12分钟，然后炉冷至235°C后保温8分钟，最后冷 却至室温； 所述回火工序：回火温度715°C，到温后保温lOmin，然后空冷至室温； 所述车加工工序：将冷却后的坯料，采用数控车床加工成圆柱形粗料； 所述渗碳工序：将粗料置入具有活性渗碳介质中，加热到935°C，保温17分钟； 所述热处理工序：热处理温度965°C，到温后保温7分钟，然后采用水冷以1°C /s的冷 却速率将粗料冷却至室温。
8. 如权利要求6所述的高耐磨轴承的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳和 热处理，其特征在于： 所述锻造工序：将工件坯料保持在850°C下，进行自由锻，时间为16分钟； 所述退火工序：热锻后，在795°C保温10分钟，然后炉冷至245°C后保温6分钟，最后冷 却至室温； 所述回火工序：回火温度725°C，到温后保温8min，然后空冷至室温； 所述车加工工序：将冷却后的坯料，采用数控车床加工成圆柱形粗料； 所述渗碳工序：将粗料置入具有活性渗碳介质中，加热到945°C，保温15分钟； 所述热处理工序：热处理温度975°C，到温后保温5分钟，然后采用水冷以:TC /s的冷 却速率将粗料冷却至室温。
9. 如权利要求6所述的高耐磨轴承的加工工艺，包括锻造、退火、回火、车加工、渗碳和 热处理，其特征在于： 所述锻造工序：将工件坯料保持在840°C下，进行自由锻，时间为17分钟； 所述退火工序：热锻后，在790°C保温11分钟，然后炉冷至240°C后保温7分钟，最后冷 却至室温； 所述回火工序：回火温度720°C，到温后保温9min，然后空冷至室温； 所述车加工工序：将冷却后的坯料，采用数控车床加工成圆柱形粗料； 所述渗碳工序：将粗料置入具有活性渗碳介质中，加热到940°C，保温16分钟； 所述热处理工序：热处理温度970°C，到温后保温6分钟，然后采用水冷以2°C /s的冷 却速率将粗料冷却至室温。
【文档编号】C23F17/00GK104195456SQ201410426447
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】陆树根, 杨忠喜, 冯强龙 申请人:南京创贝高速传动机械有限公司