本发明涉及轴承制造技术，具体涉及一种基于锻后控冷的轴承环锻件组织快速球化方法。
背景技术：
轴承作为典型的技术密集型产业，制造工序多、流程长，尤其对于轴承内、外套圈(简称轴承环)，由于尺寸大、结构复杂，需要通过锻造和热处理使其成形改性以提高轴承性能和寿命，从而进一步增加了制造时间、能耗和成本。对于以高碳铬轴承钢为主要材质的轴承环，通过预备热处理使轴承环锻件原始片状珠光体组织球化转变为由铁素体基体和球状碳化物组成的粒状珠光体组织，以满足后续成形加工需求，并为最终热处理作组织准备，是轴承环制造的必要工艺环节。目前，轴承工业生产中普遍采用的预备热处理工艺为等温球化，整个工艺流程通常需要十余小时，不仅时间长、能耗高，而且轴承环锻件表面氧化程度明显，预备热处理后还需要附加抛丸工序清除氧化皮，抛丸处理也易产生表面裂纹等缺陷。因此，改变常规的等温球化工艺，在保障球化组织质量的前提下缩短球化时间、降低能耗、减少氧化，对于降低轴承环制造成本具有重要的实际意义。
技术实现要素：
针对上述现状，本发明的目的在于提供一种基于锻后控冷的轴承环锻件组织快速球化方法，通过轴承环锻件锻后控制冷却，匹配合理的球化工艺设计与过程规划，可以有效实现片状珠光体组织快速球化，减少轴承环锻件球化时间和能源消耗，同时提高其表面质量，避免后续抛丸处理。
为实现上述目的，本发明技术方案是：一种基于锻后控冷的轴承环锻件组织快速球化方法,包括以下实现步骤：
(1)锻后控冷：将热锻、热辗扩成形后的轴承环锻件进行喷水快速冷却(根据轴承环锻件终锻温度和尺寸，合理控制冷却水温、终冷温度和冷却时间)；根据不同的轴承环锻件成形工艺，采取不同的冷却工艺条件，以减少冷却形成的温度应力和避免裂纹产生；
热锻成形的轴承环锻件，冷却水温可控制在50℃～60℃，终冷温度可控制在500℃～600℃，水冷却时间为5～8秒，然后自然冷却至室温；
热辗扩成形的轴承环锻件，冷却水温可控制在70℃～80℃，终冷温度可控制在400℃～500℃，水冷却时间为9～12秒，然后自然冷却至室温；
冷却时间可根据轴承环锻件终锻温度、轴承环锻件壁厚、冷却水温下的冷却速度和终冷温度等条件进行计算确定，以确保轴承环锻件充分均匀冷却；
(2)快速球化：对冷却后的轴承环锻件在加热炉中进行合理地升温、保温和降温，使组织快速球化；
合理规划球化工艺过程，并控制升温、降温和保温温度与时间，以使组织充分球化，并控制球状碳化物的尺寸和圆度。快速球化工艺过程可以规划为加热、保温、降温、再保温和冷却五个阶段；加热阶段，将轴承环锻件加热至材料Ac1+30～50℃，其中Ac1为材料(轴承环锻件)加热时的临界点温度；保温阶段，将加热后的轴承环锻件保温10～15min；降温阶段，采用分级降温，先将保温后的轴承环锻件降温至材料Ar1以上40℃～60℃保温3～5min，然后再降到材料Ar1±10℃温度，其中Ar1为材料(轴承环锻件)冷却时的临界点温度；再保温阶段，将降温后的轴承环锻件保温60～90min；冷却阶段，采用分级冷却，先将完成保温后的轴承环锻件随炉冷却至400～600℃，然后再出炉空冷。
本发明的有益效果是：对于本发明提出的基于锻后控冷的轴承环锻件组织快速球化方法，首先通过合适冷却方式和冷却工艺条件下的轴承环锻件锻后控冷，使过冷奥氏体快速均匀冷却，避免渗碳体不均匀析出和聚集，从而获得渗碳体片层细小均匀的珠光体组织，为后续快速球化提供了有利的初始组织状态；然后球化过程中通过合理的工艺参数匹配设计和升温、保温及降温过程规划，使材料在合适的组织条件和温度作用下发生“离异共析反应”，由不均匀浓度的奥氏体直接分解出渗碳体颗粒，形成粒状离异珠光体组织，实现快速球化，从而取代传统的由正常共析反应生成的片状珠光体长时间等温球化的过程，显著减少了轴承环锻件球化时间和能源消耗，避免了轴承环锻件表面氧化，提高其表面质量，避免后续抛丸处理，同时也可以减少锻件锻后冷却时间，具有节能节时、缩短工艺流程、提高产品质量的有益作用。
附图说明
图1是本发明的轴承环锻件快速球化工艺规程图。
具体实施方式
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
实施例1
以GCr15材质某型号轴承环为例，锻件采用热锻成形工艺，其基于锻后控冷的组织快速球化方法按如下步骤实现：
(1)锻后控冷：将热锻成形的轴承环锻件采用60℃水冷却5～8秒，使温度快速降到500℃～600℃温度区间，然后自然冷却至室温。
(2)快速球化：将冷却后的轴承环锻件按图1所示球化工艺规程进行快速球化，可以规划为加热、保温、降温、再保温和冷却五个阶段。加热阶段，将轴承环锻件加热至800℃(Ac1约为750℃)；保温阶段，将轴承环锻件保温10分钟(800℃)；降温阶段，首先将轴承环锻件降温至760℃保温3min(Ar1约为700℃)，然后再降温至710℃；再保温阶段，将轴承环锻件保温60min(710℃)；冷却阶段，将轴承环锻件随炉冷却至400℃后出炉空冷。
实施例2
以GCr15SiMn材质某型号轴承环为例，锻件采用热辗扩成形工艺，其基于锻后控冷的组织快速球化方法按如下步骤实现：
(1)锻后控冷：将热辗扩成形后的轴承环锻件采用80℃水冷却9～12秒，使温度快速降到400℃～500℃温度区间，然后自然冷却至室温。
(2)快速球化：将冷却后的轴承环锻件按图1所示球化工艺规程进行快速球化，可以规划为加热、保温、降温、再保温和冷却五个阶段。加热阶段，将轴承环锻件加热至800℃(Ac1约为770℃)；保温阶段，将轴承环锻件保温15分钟；降温阶段，首先将轴承环锻件降温至750℃保温3min(Ar1约为710℃)，然后再降温至700℃；再保温阶段，将轴承环锻件保温90min(700℃)；冷却阶段，将轴承环锻件随炉冷却至600℃后出炉空冷。
对本发明提出的基于锻后控冷的轴承环锻件组织快速球化方法实施效果与常规等温球化进行比较，结果如表1所示：相比常规等温球化，本发明方法球状碳化物直径减小30～47％，圆度相当，而时间则缩短约2/3～3/4。
表1.本发明方法与常规等温球化工艺效果对比
上述实例说明，采用本发明方法能够在显著缩短球化时间的前提下获得尺寸更小的碳化物颗粒，从而提高了组织球化效果。
本发明技术方法还适用于其它高碳铬材料的轴承环锻件，其方法与上述实施例相同，效果也相同，在此不逐一列举实施例。