专利名称：一种含钼轴承钢表面强化的工艺方法
技术领域：
本发明一种含钥轴承钢表面强化的工艺方法，属于金属材料的表面处理领域，特别涉及到一种Cr4Mo4V轴承钢表面强化的强流脉冲电子束辐照工艺方法的技术方案。
背景技术：
:
Cr4Mo4V轴承钢是一种含钥高速钢，是目前国内应用最为广泛、综合性能好、合金含量低的一种高速钢类高温轴承钢，因其优异的高温性能，常被用于制作飞机发动机轴承。但是由于该材料碳化物粒子和晶粒尺寸粗大，在高速重载的条件下，极易发生疲劳磨损失效现象，导致轴承寿命较低，远远不能满足航空工业的发展。由于航空发动机轴承服役条件的复杂性，除了要求轴承具有较高的抗腐蚀性能夕卜，还需要轴承内部保持良好的抗冲击韧性，因此，在生产中，经常采用表面改性的方法提高轴承的耐腐蚀性能。但是传统的表面改性方法如离子注入、表面涂覆、化学热处理等都无法满足轴承表面改性的要求。强流脉冲电子束技术是一种新兴的表面改性技术，在电子束辐照过程中，能在材料表面形成重熔层，碳化物粒子及晶粒尺寸得到细化，进而提高材料耐磨及耐腐蚀性能。它的优点是电子束束斑直径大，因此生产效率高、材料表面性能均匀性良好，工艺参数可控性高，具有广阔的应用前景。但是在电子束辐照过程中，材料表层过多的亚稳残余奥氏体被保留到室温，不但使材料表层硬度降低，并且在使用过程中残余奥氏体会转变为马氏体，影响轴承精度，因此给材料使用性能带来不利的影响。现急需一种改善和提高材料使用性能的技术方案。
发明内容
本发明一种含钥轴承钢表面强化的工艺方法的目的在于:为解决上述传统Cr4Mo4V轴承钢组织粗大导致使用寿命较低的问题，改善和提高该材料的使用性能，从而提供一种采用强流脉冲电子束辐照结合回火处理工艺强化和提高Cr4Mo4V轴承钢使用性能的工艺方法。本发明一种含钥轴承钢表面强化的工艺方法，其特征在于是一种利用强流脉冲电子束辐照结合回火处理细化Cr4Mo4V轴承钢材料表层组织的方法，其具体步骤如下:
(1)超声清洗
首先将经过砂纸打磨的Cr4Mo4V轴承钢放入纯度为99.9%以上的丙酮溶液中进行超声清洗，时间为5 lOmin，次数为两次，然后将清洗过的Cr4Mo4V轴承钢放入纯度为99.9%以上的酒精中进行超声清洗，时间为l(Tl5min，次数为两次；
(2)强流脉冲电子束辐照
将经过清洗的Cr4Mo4V轴承钢放到真空室试样台上，该材料表面与电子枪阳极之间的距离为15 20cm，关闭真空室，将真空抽至3 X10_3Pa，然后向真空室内通入纯度为99.99at%的氩气，并使气压维持在0.04、.06Pa，此时打开电子枪，电子枪的加速电压为2(T33 kV，脉宽为2 5 μ s,能量密度为9 18 J/cm2,辐照次数为5 20次；(3)回火处理
将经过强流脉冲电子束辐照的Cr4Mo4V钢进行回火处理，回火温度为:50(T65(TC，次数为2 3次，时间为0.5^1h,即得到碳化物细小和弥散分布的表层组织，其表层硬度由12.5GPa上升到13.5GPa，耐磨性提高了 2倍。本发明一种含钥轴承钢表面强化的工艺方法的优点是:
(O电子束束斑直径大r50cm2)，电子束不需要做复杂的扫描运动，因此生产效率高。(2)材料经过电子束辐照及回火处理后，材料表层粗大的碳化物消失，表层析出了细小弥散分布的碳化物粒子。(3)经过电子束辐照及回火处理的材料，其表层硬度由12.5GPa上升到13.5GPa，耐磨性提高了 2倍。
具体实施例方式实施方式1:本实施方式中强流脉冲电子束技术提高Cr4Mo4V轴承钢耐腐蚀性能的工艺过程如下:(I)超声清洗:首先将经过2000 #砂纸打磨的Cr4Mo4V轴承钢依次放入纯度为99.9%以上的丙酮和纯度为99.9%以上的乙醇中进行超声清洗，超声频率为40Hz，时间为5min，次数分别为两次，然后吹干；(2)强流脉冲电子束辐照:将经过清洗的Cr4Mo4V轴承钢放到真空室试样台上，材料表面与电子枪阳极之间的距离为15cm，关闭真空室，将真空抽至IX 10_3 5Pa，然后向真空室内通入纯度为99.99at%的氩气，并使气压维持在0.04Pa,此时打开电子枪，电子枪的加速电压为20kV,脉宽为2 μ s,能量密度为9 J/cm2,辐照次数为5次；(3)回火处理:将经过强流脉冲电子束辐照的Cr4Mo4V钢进行回火处理，回火温度为:500°C，次数为2次，时间为0.5h，即得到表层组织细化的Cr4Mo4V轴承钢。实施方式2:本实施方式与具体实施方式
I不同的是步骤(I)中将Cr4Mo4V轴承钢依次放入丙酮和无水乙醇中进行超声清洗，时间为lOmin，其他具体步骤与具体实施方式
I相同。实施方式3:本实施方式与实施方式I不同的是步骤(2)中将真空室真空抽至将真空抽至5X10_3Pa，其他具体步骤与实施方式I相同。实施方式4:本实施方式与实 施方式I不同的是步骤(2)中电子枪的加速电压为33kV，脉宽为5μ S，能量密度为18J/cm2，辐照次数为20次，其他具体步骤与实施方式I相同。
权利要求
1.一种含钥轴承钢表面强化的工艺方法，其特征在于是一种利用强流脉冲电子束辐照结合回火处理细化Cr4Mo4V轴承钢材料表层组织的方法，其具体步骤如下 (1)超声清洗 首先将经过砂纸打磨的Cr4Mo4V轴承钢放入纯度为99. 9%的丙酮中进行超声清洗，时间为5"!Omin,次数为两次,然后将清洗过的Cr4Mo4V轴承钢放入纯度为99. 9%的乙醇中进行超声清洗，时间为l(Tl5min，次数为两次； (2)强流脉冲电子束辐照 将经过(I)超声清洗的Cr4Mo4V轴承钢放到真空室试样台上，该材料表面与电子枪阳极之间的距离为15 20cm，关闭真空室，将真空抽至3X10_3Pa，然后向真空室内通入纯度为99. 99at%的氩气，并使气压维持在O. 04、. 06Pa，此时打开电子枪，电子枪的加速电压为20 33 kV，脉宽为2 5 μ S，能量密度为9 18 J/cm2，辐照次数为5 20次； (3)回火处理 将经过(2)强流脉冲电子束辐照的Cr4Mo4V钢进行回火处理，回火温度为50(T65(rC，次数为2 3次，时间为O. 5^1h,即得到碳化物细小和弥散分布的表层组织，其表层硬度由未经处理的12. 5GPa上升到13. 5GPa，耐磨性提高了 2倍。
全文摘要
一种含钼轴承钢表面强化的工艺方法，属于金属材料的表面处理领域，其特征在于是一种采用强流脉冲电子束辐照结合回火处理工艺强化和提高Cr4Mo4V轴承钢使用性能的工艺方法。该方法采用电子枪对材料进行辐照处理，电子枪工作气压为0.04～0.06Pa，加速电压为20～33kV，脉宽为2～5μs，能量密度为9～18J/cm2，辐照次数为10～30次，将经过辐照处理的材料进行回火处理，处理温度为500～650℃，时间为0.5～1h。经过处理后，材料表层粗大的碳化物消失，碳化物细小呈现弥散分布，材料表层的硬度硬度得到了明显提高，解决了在常规的热处理条件下Cr4Mo4V轴承钢碳化物粗大，耐磨性差，寿命低的问题。
文档编号C21D1/00GK103255280SQ201310074930
公开日2013年8月21日 申请日期2013年3月11日 优先权日2013年3月11日
发明者徐芳君, 马欣新, 唐光泽 申请人:太原理工大学