一种高硬度轴承的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及轴承技术领域，尤其涉及一种高硬度轴承。
【背景技术】
[0002]轴承是机械传动机构中的支撑件，用于确定旋转轴与其它零件相对运动位置，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度，它的质量及承载能力直接影响机械整机的工作性能。
[0003]高碳铬轴承钢是轴承钢中的一个大种类，为制造轴承和轴承零件的最常用钢种。现有高碳铬轴承钢热处理工艺为:淬火加热830?850°C，保持适当的时间后进入30?80°C的油中淬火，随后在150?180 °C的回火炉中回火一定的时间。该常规热处理工艺获得材料晶粒度只能达到8级，接触疲劳强度低，耐磨性差，寿命可靠性较差。
[0004]这种常规热处理工艺越来越满足不了对于高可靠性、高舒适性的机械零部件发展需求，如发动机摇臂轴承比较特殊苛刻的使用工况下，使轴承无法适应其特殊的温度、负荷、润滑条件。
【发明内容】
[0005]基于【背景技术】存在的技术问题，本发明提出了一种高硬度轴承，硬度高，耐磨性能和韧性优异，接触疲劳性能良好，使用寿命长。
[0006]本发明提出的一种高硬度轴承，包括轴承外圈、滚球、轴承内圈，轴承外圈的滚道和轴承内圈的滚道均为双滚道结构;在径向截面中，两个滚道的圆心间距为84mm;任一滚道的曲率半径为30.8mm，滚球的半径为29.6mm，轴承接触角为50°。
[0007]优选地，轴承外圈的组分按重量百分比包括:C:0.7?I %，S1:0.5?0.8%，V:0.5?0.6%，W:0.3?0.4%，Μο:0.15?0.2%，Nb:0.1?0.14%，Α1:0.3?0.4%，Cr:6.2?6.5%，Β:0.09?0.12%，La:0.07 ?0.1%，S < 0.015% ,P<0.02%，余量为 Fe。
[0008]本发明中各元素作用如下:
[0009]碳(C):作为形成石墨球的主要元素，可以有效的控制石墨个数及石墨大小，同时，适当的碳当量可以使铁液易于流动，增加铁液的充型能力，减少缩松缩孔，提高铸件的致密性，但是碳含量过高，容易产生石墨漂浮，影响铸铁的性能，还会降低钢的耐大气腐蚀能力，增加钢的冷脆性和时效敏感性。
[0010]硅(Si):作为强烈促进石墨化的元素，又能起到孕育的效果。较高的含硅量对铸件的浇注及自补缩都有很大的好处，能显著提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度。硅含量高些，对形成球状石墨有利，但硅含量超过3.0%时，冲击韧性会急剧降低，还能降低钢的焊接性能。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用。
[0011]钒(V):作为钢的优良脱氧剂，可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。
[0012]钼(Mo):能细化晶粒，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，提高机械性能;还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。
[0013]铬(Cr):可提高淬透性，能显著提高强度、硬度和耐磨性，还能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，但会降低塑性和韧性，同时也是碳化物形成元素，在球墨铸铁中，它能与碳生成M3C型碳化物可以作为有效的硬质点弥散分布在基体上，提高材料的硬度及耐磨度。经试验发现证实:含Cr0.5%，碳化物约占15?20%，满足实际需求。
[0014]钨(W):可与碳形成碳化钨，具有很高的硬度和耐磨性，能显著提高红硬性和热强性。
[0015]铌(Nb):能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度、抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力，改善焊接性能，防止晶间腐蚀现象，但塑性和韧性有所下降。
[0016]铝(Al):作为钢中常用的脱氧剂，可细化晶粒，提高冲击韧性，还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，与铬、硅合用可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力;但会影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
[0017]硼(B):钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热乳性能，提高强度。
[0018]镧(La):影响钢中非金属夹杂物的类型、数量和形态，净化钢质，减少了Al2O3对疲劳性能的危害，对高周疲劳和低周疲劳都很有利，促进钢中的组织转变，可吸附在正在长大的固态晶核表面，形成薄的富集层，降低表面能，阻碍晶体生长，从而降低了晶体长大速率，细化树枝状晶体，抑制柱状晶生长，进而减少枝晶偏析和区域偏析，细化晶粒，抑制回火脆性，提高钢的热塑性、热强性、疲劳性能、耐磨性、抗氢致脆性、抗氧化性。
[0019]轴承外圈的组分中，Al元素、V元素、C元素、Si元素的含量满足如下关系:100X (nv+nc) = [100X (ns1-nAi) ]2+1.2，其中nA1、nv、nc、nsi分别表示Al元素、V元素、C元素、Si元素在轴承外圈的组分中所占重量百分比。
[0020]优选地，轴承外圈的组分中，Mo元素、Cr元素、Nb元素、La元素的含量满足如下关系:100Xncr=[100X( nMo+nNb+nLa) ] 2+6.2，其中 πμ。、ncr、η_、nLa 分别表示 Mo 元素、Cr 元素、Nb元素、La元素在轴承外圈的组分中所占重量百分比。
[0021]优选地，轴承外圈的制备工艺包括:熔炼，浇注和热处理;热处理包括:奥氏体化处理，等温淬火，回火;其中奥氏体化处理的具体操作如下:将浇注得到的外圈坯体升温至600?630°C，保温2?3h，接着升温至670?700°C，保温I?2h，再升温至720?750°C，保温I?2h，接着升温至770?8000C，保温I?2h，再升温至820?850 °C，保温I?2h，然后升温至870?900°C，保温2.7?3h。
[0022]优选地，等温淬火的具体操作如下:将奥氏体化处理后的外圈坯体风冷至500?520°C，然后置于硝酸盐盐浴中保温60?80min，硝酸盐盐浴的温度为290?320°C，然后空冷。
[0023]优选地，回火的具体操作如下:将等温淬火后的外圈坯体升温至240?250°C，保温I ?2h0
[0024]本发明耐磨性能和韧性优异，硬度高，接触疲劳性能良好，使用寿命长;钼元素、铬元素、铌元素、镧元素固溶于奥氏体中，降低了碳的扩散速度，从而延缓奥氏体的转变，延长贝氏体转变的孕育期，因此便于增加贝氏体型铁素体的数量，在奥氏体化过程中阻碍了晶界的移动和晶粒的长大，细化了奥氏体的晶粒，从而为贝氏体提供了更多的有利形核位置，使得在等温淬火过程中贝氏体的数量增加，并细化了贝氏体组织，使外圈中残余奥氏体的量逐渐减少，针状铁素体的量逐渐增加且变得细小致密，且碳化物的数量也随之增多，大幅提高本发明的韧性、硬度、耐磨性能和接触疲劳性能;铝元素、钒元素相互配合，脱除本发明中的氧兀素，细化晶粒，提尚冲击初性，而且能提尚铸铁共析相变点，防止了珠光体的石墨化分解，提高轴承在高温环境中的力学性能和耐腐蚀能力，提高了轴承的使用寿命，满足实际生产过程中对轴承的高要求；而外圈的制备工艺中，在奥氏体化处理中，采用阶梯式升温，使外圈的表面和中心温度维持一致，使外圈能够均匀的奥氏体化;再采用等温淬火，置于硝酸盐盐浴中保温，利用硝酸盐的高比热容进行快速降温，使奥氏体转化成贝氏体，大幅度提高外圈的韧性，从而满足轴承的实际需求，然后通过低温回火，降低外圈的淬火残留应力和脆性，进一步提高外圈的硬度和耐磨性。
【附图说明】
[0025]图1为本发明提出的一种高硬度轴承的截面图。
【具体实施方式】
[0026]下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0027]实施例1
[0028]如图1所示，图1为本发明提出的一种高硬度轴承的截面图。
[0029]参照图1，本发明提出的一种高硬度轴承，包括轴承外圈1、滚球2、轴承内圈3，轴承外圈I的滚道和轴承内圈3的滚道均为双滚道结构;在径向截面中，两个滚道的圆心间距为84mm;任一滚道的曲率半径为30.8mm，滚球2的半径为29.6mm，轴承接触角为50°。
[0030]轴承外圈1的组分按重量百分比包括:(::0.74%旧:0.5%，￥:0.5%，1:0.4%，10:0.15% ,Nb:0.14% ,Al:0.3% ,Cr:6.3296% ,B:0.12% , La: 0.07 % , S < 0.015 % , P <0.02%，余量为Fe。
[0031 ]轴承外圈I的制备工艺包括:熔炼，浇注和热处理;热处理包括:奥氏体化处理，等温淬火，回火。
[0032]其中奥氏体化处理的具体操作如下:将浇注得到的外圈坯体升温至630°C，保温2h，接着升温至700 0C，保温Ih，再升温至7500C，保温Ih，接着升温至800°C，