GCH5制作轴承套圈的控锻控冷加工工艺
技术领域
[0001] 本
发明属于轴承
热处理技术领域，尤其是一种GCrl5制作
轴承套圈的控锻控冷加工工艺。
背景技术
[0002] 高
碳铬轴承
钢GCr 15 (1. 0-C, 1. 5_Cr)按重量百分比构成如下：
[0003] C ：0. 90 〜1. 05%, Si ：0. 55 〜0. 65%, Mn ：1. 00 〜1. 10%, Cr ：1. 35 〜1. 50%, Mo > 0. 10%,P > 0. 025%, S > 0. 025%,Ni > 0. 30%, Cu > 0. 25%,Ni+Cu > 0. 50%，其 余为Fe和不可避免的杂质。
[0004] GCrl5是多年来各国使用最多的轴承钢品种，因为GCrl5具有滚动疲劳性能优良、 硬度高和
耐磨性好等特性。但我国生产的
连铸GCrl5轴承钢由于受生产设备的限制，高温 扩散
退火时间远远不足，故轴承钢的网状、带状碳化物往往都在GB/T18254标准要求的上 线，甚至严重超标。
[0005] 随着轴承使用寿命和可靠性的要求越来越高，对其碳化物及奥氏体晶粒的大小有 更高的要求。但GCrl5钢在制作轴承套圈的过程中其内部结晶组织会存在一定量的粗大共 晶碳化物，这样就会造成轴承套圈的滚动疲劳寿命和强韧性显著降低。同时在常规加工工 艺下的GCrl5轴承套圈其碳化物、
马氏体组织及奥氏体晶粒都偏大，不能达到轴承套圈成 品的强度和韧性的最佳配合，也制约了轴承套圈的滚动疲劳寿命和强韧性。
[0006] 如何降低轴承套圈在制作过程中产生的粗大共晶碳化物、提高轴承套圈的强度和 韧性，是各轴承生产企业面临的重大研究课题。
发明内容
[0007] 为解决上述问题，本发明提供了一种GCrl5制作轴承套圈的控锻控冷加工工艺， 该控锻控冷加工工艺主要体现在轴承套圈的
锻造工序、锻造后退火工序和机加工半成品热 处理工序，通过这些工序的控制，细化了轴承套圈的碳化物、马氏体组织及奥氏体晶粒，改 善或消除了网状碳化物，经后续热处理后可提高轴承套圈的冲击韧性和疲劳寿命。
[0008] 为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
[0009] 所述的GCrl5制作轴承套圈的控锻控冷加工工艺，该控锻控冷加工工艺主要体现 在轴承套圈的锻造工序、锻造后退火工序和机加工半成品热处理工序，所述各工序分述如 下：
[0010] ①轴承套圈的锻造工序
[0011] 制作轴承套圈的GCrl5的终锻
温度控制在850〜950°C，然后将轴承套圈锻件放入
冷却液中淬冷，轴承套圈锻件的出液
温度控制在350〜550°C，出液后将轴承套圈锻件放入 恒温炉中加热到450〜550°C时保温Ih〜3h后出炉，出炉的轴承套圈锻件放在加工车间空 冷至室温；
[0012] ②锻造后退火工序3[0013] 随后将轴承套圈锻件放在
退火炉中加热到650〜680°C时保温lh，然后再加热到 740〜780°C时保温2〜3h后开始降温，当降温至680〜690°C时保温2〜4h，最后以30°C / h的速度降温至550〜600°C时随炉空冷至室温；
[0014] ③机加工半成品热处理工序
[0015] 锻造后经机加工的半成品轴承套圈需经淬火处理，将半成品轴承套圈放在淬火炉 中加热到810〜830°C时保温45〜60min后出炉并在油中淬火，淬火处理完毕再将半成品 轴承套圈放在回火炉中加热到160〜200°C时保温4h后出炉空冷至室温。
[0016] 由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优点：
[0017] 1、通过GCrl5锻成轴承套圈的锻造工序、锻造后退火工序和机加工成半成品的热 处理工序后，可使轴承套圈碳化物细化并抑制粗大碳化物网状的形成，碳化物颗粒尺寸明 显减小，平均颗粒尺寸减小40%以上，可获得1级的碳化物网状组织。
[0018] 2、可使轴承套圈晶粒细化，奥氏体晶粒度10级以上。
[0019] 3、轴承套圈经晶粒细化、碳化物细化后能提高轴承的冲击韧性，细化后的冲击韧 性值可提高50%以上。
[0020] 4.、轴承套圈经晶粒细化、碳化物细化后能大幅度提高轴承的
接触疲劳寿命，细化 后接触疲劳寿命可提高40%以上。
具体实施方式
[0021] 由GCrl5制作轴承套圈的总加工工艺对本领域技术人员已是公知的，但各工序的 控制会有所不同，本发明的控锻控冷加工工艺主要体现在轴承套圈的锻造工序、锻造后退 火工序和机加工半成品热处理工序，所述各工序分述如下：
[0022] ①轴承套圈的锻造工序
[0023] 制作轴承套圈的GCrl5的终锻温度控制在850〜950°C，然后将轴承套圈锻件放入 冷却液中淬冷，轴承套圈锻件的出液温度控制在350〜550°C，出液后将轴承套圈锻件放入 恒温炉中加热到450〜550°C时保温Ih〜3h后出炉，出炉的轴承套圈锻件放在加工车间空冷至室温。
[0024] 通过上述锻造工序，轴承套圈锻件在组织转变时可以迅速通过网状碳化物析出温 度区间且抑制碳化物的网状析出，同时快冷到较低的温度后，随着
过冷度增大，可以减小珠 光体球团直径和细化珠光体
片层间距，减小二次碳化物尺寸，再予以保温并空冷至室温让 碳化物分散细小析出，从而达到破除网状碳化物的目的，获得极细片状珠光体组织，为随后 的球化退火提供良好的预备组织。
[0025] ②锻造后退火工序，或称为球化退火工序
[0026] 随后将轴承套圈锻件放在退火炉中加热到650〜680°C时保温lh，然后再加热到 740〜780°C时保温2〜3h后开始降温，当降温至680〜690°C时保温2〜4h，最后以30°C / h的速度降温至550〜600°C时随炉空冷至室温。
[0027] 通过上述球化退火工序，轴承套圈锻件可获得点粒状或球状珠光体组织，同时使 轴承套圈锻件硬度降低，便于后续的机加工。同常规退火工艺相比可大幅提高轴承套圈锻 件球化组织
质量等级并缩短组织球化的时间。
[0028] ③机加工半成品热处理工序4[0029] 锻造后经机加工的半成品轴承套圈需经淬火处理，将半成品轴承套圈放在淬火炉 中加热到810〜830°C时保温45〜60min后出炉并在油中淬火，淬火处理完毕再将半成品 轴承套圈放在回火炉中加热到160〜200°C时保温4h后出炉空冷至室温。
[0030] 由于轴承套圈锻件原始组织较细，碳化物分散度越大，细小分散的碳化物有利于 淬火加热时融入奥氏体，采用适当降低淬火加热温度，在加热过程中保留一部分未溶碳化 物抑制奥氏体晶粒长大，从而获得细小的淬火马氏体组织和很细的奥氏体晶粒度，从而提 高轴承强度、韧性和接触疲劳寿命。
[0031] 通过上述机加工半成品热处理工序可以控制轴承套圈获得细小、均勻马氏体淬回 火组织，淬回火后轴承套圈具有更细的晶粒度，细化了 1级以上的碳化物网状组织，热处理 后轴承套圈的碳化物平均颗粒尺寸不大于0. 35um。
[0032] 比如尺寸为Φ 55mmX Φ 30mmX IOmm的轴承套圈在经上述三个工序处理后的试样 和常规工艺处理的试样相比，其通过金相组织对比分析如下：
[0033] 淬回火马氏体组织3级，可细化1级；
[0034] 奥氏体晶粒度为10〜11级，细化了 2级；
[0035] 可获得1级的碳化物网状组织，细化了 1〜1. 5级；
[0036] 碳化物平均颗粒尺寸不大于0. 35um,而常规工艺处理后碳化物平均颗粒尺寸不大 于0. 57um，平均颗粒尺寸减小40%以上；
[0037] 本发明的额定接触疲劳寿命（LiciXlO7)为0.839，而常规工艺处理的额定寿命 (L10XlO7)为0. 567，接触疲劳寿命可提高48%以上；
[0038] 本发明的冲击韧性（α K)为40. 5J/cm，而常规常规工艺处理后的冲击韧性 (α κ)为25J/cm，细化后的冲击韧性值可提高61%以上。
[0039] 又比如尺寸为Φ85πιπιΧ Φ40mmX22mm的轴承套圈在经上述三个工序处理后的试 样和常规工艺处理的试样相比，其通过金相组织对比分析如下：
[0040] 淬回火马氏体组织3级，可细化1级；
[0041] 奥氏体晶粒度为10〜11级，细化了 2级；
[0042] 可获得1级的碳化物网状组织，细化了 1〜1. 5级；
[0043] 碳化物平均颗粒尺寸为不大于0. 30um,而常规工艺处理后碳化物平均颗粒尺寸不 大于0. 57um，平均颗粒尺寸减小40%以上；
[0044] 本发明的额定接触疲劳寿命（LiciXlO7)为0.899，而常规常规工艺处理后的冲击 韧性（α κ)为0.567，接触疲劳寿命可提高59%以上；
[0045] 本发明的冲击韧性(α κ)为39J/cm，而常规常规工艺处理后的冲击韧性（α κ ) 为25J/cm，细化后的冲击韧性值可提高56%以上。5
