专利名称：高碳轴承钢冷变形高塑性预处理工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高碳轴承钢冷变形高塑性预处理工艺。
背景技术：
高碳轴承钢的含碳量在0. 95wt% 1. 05wt%之间，硬度大，强度高，冷变形塑性低，属于室温难成形材料。该类材料零件通常采用热成形，材料损耗大，成形精度低，后续切削加工不仅消耗大量工时而且破坏金属组织流线，降低了生产效率和产品质量。相比热成形，冷成形精度高，材料利用率高，内部质量好，生产率高，技术经济优点显著。但是冷成形要求材料具有较好的塑性，因此提高高碳轴承钢毛坯的冷变形塑性能力至关重要。冷成形前工件毛坯的预备热处理是改善毛坯组织性能的重要工艺。预备热处理通过将组织偏离平衡状态的初始工件毛坯加热到适当的温度，保温一定时间，然后缓慢冷却， 从而获得接近平衡状态组织的冷成形用工件毛坯。通过提高冷却速度，可以有效减小热处理后高碳轴承钢工件毛坯中渗碳体颗粒的体积，提高预备热处理后工件毛坯的组织性能和塑性变形能力。然而传统的预备热处理工艺通常采用随炉冷却，不仅浪费时间和能源，而且预备热处理后工件毛坯珠光体组织的渗碳体颗粒较大，影响了工件毛坯的冷变形塑性以及成形后工件的性能。
发明内容
针对以上现状，本发明的目的在于提供一种高碳轴承钢冷变形高塑性预处理工艺，该工艺可有效地提高了热处理后工件毛坯的冷变形塑性。为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是高碳轴承钢冷变形高塑性预处理工艺，其特征在于它包括以下步骤1)加热将高碳轴承钢工件毛坯加热到Acl A。。m之间；2)保温保温时间以高碳轴承钢工件毛坯的有效厚度来计算t = lDmin，式中t 为保温时间，D为工件毛坯的有效厚度，有效厚度的单位为mm(圆柱形工件毛坯按直径计算对于空心圆柱工件毛坯，高度(h)/壁厚(d) ( 1.5时，有效厚度以h计；当h/d彡1.5 时，有效厚度以1.5d计；当h/d> 7时，有效厚度以实心圆柱计，有效厚度D为直径Φ ；对于空心内圆锥体工件毛坯，有效厚度以外径Φ Χ0. 8计)，1为加热系数，1 = 1. 5 2. Omin/ mm ；3)冷却以7. 6°C /min的冷却速度冷却至500°C，然后空冷至室温。所述的高碳轴承钢的含碳量为0. 95wt% 1. 05wt%。所述的高碳轴承钢为最常用的GCrl5轴承钢。本发明的有益效果是通过合理设计冷却速度(7. 60C /min)，降低了热处理后渗碳体颗粒的体积，该工艺有效地提高了热处理后工件毛坯的冷变形塑性。
图1是本发明的预备热处理工艺曲线图。图2是本发明的预备热处理后材料显微组织图(即实施例1中GCrl5热处理前后显微组织对比)；图中(a)原始组织，(b)经退火工艺A，(c)经退火工艺B，(d)经退火工艺C。图3是本发明的预备热处理后材料拉伸实验标样图(图中的单位为mm)。图4是本发明的预备热处理后材料单向拉伸应力-应变曲线图(GCrl5轴承钢退火后的应力-应变曲线)。
具体实施例方式为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。高碳轴承钢冷变形高塑性预处理工艺，按如下步骤实现(1)制坯将GCrl5轴承钢棒材高温镦锻成外径为52. 5mm、内径为32. 5mm、高为 20mm的高碳轴承钢环件(即高碳轴承钢工件毛坯)；GCrl5钢棒材的含碳量为0. 95wt% 1. 05wt%。(2)加热将三组高碳轴承钢环件(高碳GCrl5轴承钢环件)加热到790°C (此温度是Aca A。。m)，如图1所示，使其奥氏体化。(3)保温装炉量=16700g/m3，三组高碳轴承钢环件均在790°C保温20mint = IDmin, 1 = 1. 5，D = 15，然后随炉冷到690°C，保温180min，使其球化充分，如图1所示。(4)冷却三组高碳轴承钢环件分别以7. 60C /min、4. 3°C /min和2. 1°C /min的速度冷却至500°C (对应为退火工艺A、退火工艺B、退火工艺C)，再空冷至室温，如图1所
7J\ ο对处理过的三组高碳轴承钢环件分别取样，将试样进行粗磨、精磨、腐蚀和抛光处理后，用4%的硝酸酒精溶液腐蚀，然后在Wii 1 ips Quanta200型扫描电镜下观察各试样内部不同部位的组织形貌，如图2所示。测量图2中的渗碳体颗粒的大小，直径依次为0. 5 μ m， 1. 0 μ m和1. 5 μ m，可以看出预备热处理冷却速度越快，渗碳体颗粒越小。用型号为HXD1000显微硬度计测试三个试样的显微硬度。测试一个区域的硬度时，先测试该区域内任3点的硬度，然后求出平均值作为最后结果，如表1所示。从表1可看出，预备热处理冷却速度越慢，预备热处理后工件毛坯的硬度越高。将本发明处理过的三组高碳轴承钢棒材加工成如图3所示的拉伸实验的标样，放在型号为Zwick/Roell ZlOO的力学性能实验设备上进行拉伸实验，获得材料的力学性能， 结果如表1和图4所示。可以看出，预备热处理冷却速度在2. I0C /min 7. 6°C /min范围内，冷却速度越快，材料抗拉强度越高、延伸率越好。表1不同预备热处理工艺后的力学性能及显微硬度
权利要求
1.高碳轴承钢冷变形高塑性预处理工艺，其特征在于它包括以下步骤1)加热将高碳轴承钢工件毛坯加热到Acl A。。m之间；2)保温保温时间以高碳轴承钢工件毛坯的有效厚度来计算t= lDmin，式中t为保温时间，D为工件毛坯的有效厚度，有效厚度的单位为mm，1为加热系数，1 = 1. 5 2. Omin/ mm ；3)冷却以7.60C /min的冷却速度冷却至500°C，然后空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的高碳轴承钢冷变形高塑性预处理工艺，其特征在于所述的高碳轴承钢的含碳量为0. 95wt% 1. 05wt%
全文摘要
本发明涉及一种高碳轴承钢冷变形高塑性预处理工艺。高碳轴承钢冷变形高塑性预处理工艺，其特征在于它包括以下步骤1)加热将高碳轴承钢工件毛坯加热到Ac1～Accm之间；2)保温保温时间以高碳轴承钢工件毛坯的有效厚度来计算t＝lDmin，式中t为保温时间，D为工件毛坯的有效厚度，有效厚度的单位为mm，l为加热系数，l＝1.5～2.0min/mm；3)冷却以7.6℃/min的冷却速度冷却至500℃，然后空冷至室温。该工艺可有效地提高热处理后工件毛坯的冷变形塑性。
文档编号C21D8/00GK102277476SQ20111025425
公开日2011年12月14日 申请日期2011年8月31日 优先权日2011年8月31日
发明者华林, 吴敏, 钱东升 申请人:武汉理工大学