專利名稱：一種高強(qiáng)韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件的生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，是一種制備高強(qiáng)韌高耐磨不銹軸承零件的方法，具體涉及到半固態(tài)坯料的制備和觸變鍛造兩種工藝。
背景技術(shù)：
隨著機(jī)械制造業(yè)，特別是汽車、航空、原子能等工業(yè)的迅速發(fā)展，對軸承性能的要求不斷提高。根據(jù)軸類零件的使用條件，要求零件表面應(yīng)具有高的耐磨性，而心部則應(yīng)表現(xiàn)出良好的強(qiáng)韌性，體現(xiàn)出“功能梯度材料”的特性，傳統(tǒng)的軸類零件成形工藝往往使二者不能兼顧，材料的潛力也得不到充分發(fā)揮。9Crl8/9Crl8Mo不銹鋼是典型的高碳鉻型不銹軸承鋼，具有高硬高強(qiáng)耐腐蝕等諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于其碳鉻含量較高，常會(huì)有大塊共晶碳化物出現(xiàn)，組織均勻性差。目前人們普遍采用熱處理、激光、電子束、離子束等表面強(qiáng)化方法來強(qiáng)化軸類零件工作表面，能使其工作表面的耐磨性、耐蝕性抗接觸疲勞性能都得到顯著提高，從而使軸承的使用壽命得到增長。文獻(xiàn)I (熱處理技術(shù)與裝備，2012，33 (3): 19)報(bào)道，將9Crl8不銹鋼依次進(jìn)行850V升溫處理、1000V淬火工藝、160 V低溫回火、-196°C冷處理以及傳統(tǒng)熱處理工藝改進(jìn)后的300°C亞溫回火處理，所得零件在確保了淬后回火硬度和一定的耐腐蝕性的前提下，使沖擊韌性有了略微提高。但整個(gè)工藝流程耗時(shí)長，旨在提高材料整體綜合力學(xué)性能，未能體現(xiàn)功能梯度材料的特性，且仍存在大量塊狀碳化物。文獻(xiàn)2 (材料科學(xué)與工藝，1999，7(3):26)報(bào)道，將熱處理后的9Crl8不銹鋼零件運(yùn)用氮等離子體浸沒離子注入表面改性工藝使零件表面形成超硬的氮化物強(qiáng)化相，從而提高了零件表面的顯微硬度與耐磨性，同時(shí)使生產(chǎn)成本大大提高。文獻(xiàn)3 (Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China, 2010, 20(3): 1033)報(bào)道，以市場上常見的100Cr6軸承鋼棒材為原料進(jìn)行1400°C 1425°C高溫觸變鍛造得到了由細(xì)小球狀晶粒組成的組織均勻且綜合性能良好的齒輪，但由于原料選擇為鍛后回火態(tài)，產(chǎn)品未能體現(xiàn)出功能梯度的特性。這些方法不是側(cè)重于提高整體性能，就是耗時(shí)長、成本高，均無法得到組織均勻的、具有功能梯度材料特性的零件。半固態(tài)加工技術(shù)是一種新型的材料制備及加工技術(shù)，半固態(tài)觸變成形技術(shù)是將控制凝固過程獲得的非枝晶的半固態(tài)坯料冷卻凝固后，按照所需要的尺寸下料，再重新加熱到半固態(tài)溫度，進(jìn)而進(jìn)行壓鑄、軋制或鍛造等加工的成形方法。波浪形傾斜冷板法制備半固態(tài)坯料可有效地改善影響軸承使用壽命的碳化物不均勻分布狀況；而在液-固兩相區(qū)鍛造變形，利用兩相的不同塑性流變行為，可達(dá)到成形件表面和心部在狀態(tài)、結(jié)構(gòu)和性能的差異，以得到“功能梯度材料”的特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是制造一種從表面到心部組織性能均有變化，具有功能梯度的高強(qiáng)韌高耐磨不銹軸承零件，并提出了該種零件的生產(chǎn)工藝。本發(fā)明是一種高強(qiáng)韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件的生產(chǎn)工藝，其特征在于得到的零件表面由高硬耐磨的細(xì)小枝晶組成，心部由韌性好的球狀晶粒組成，零件整體從表面到心部組織性能呈功能梯度變化。為了得到上述功能梯度材料，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
(1)將9Crl8不銹鋼或9Crl8Mo不銹鋼原材料熔融至液態(tài)，澆鑄時(shí)鋼液流經(jīng)傾斜冷板至收集坩堝內(nèi)冷卻生成半固態(tài)坯料；
(2)將半固態(tài)坯料經(jīng)觸變鍛造成形，得到所需高強(qiáng)韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件，所述觸變鍛造成形是在半固態(tài)溫度區(qū)間進(jìn)行模鍛成形。進(jìn)一步的，所述步驟(I)中傾斜冷板為波浪形傾斜冷板，可拆分為主板、前支架、后支架三部分。主板由490mmX 150mmX 30mm的45號鋼鋼板制成，正面由7組完整的正弦波組成連續(xù)的波浪形，表面涂有高溫自潔不粘覆涂料，支架前后各一個(gè)，其中后支架高度可調(diào)。進(jìn)一步的，所述步驟(I)中澆鑄溫度1600°C 1700°C。進(jìn)一步的，所述步驟(I)中傾斜板澆鑄長度(澆鑄時(shí)鋼液流經(jīng)主板的長度)300mm^400mm ;傾斜板角度35° 60° ;傾斜板預(yù)熱溫度25°C 200°C。進(jìn)一步的，所述步驟(I)中所得半固態(tài)坯料組織非枝晶，為大小分布均勻的球狀晶?；蝾惽驙罹Я！＿M(jìn)一步的，所述步驟(2)中模鍛溫度為1300°C 1400°C，該溫度區(qū)間內(nèi)9Crl8或9Crl8Mo不銹鋼為固液共存態(tài)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明軸承零件表面高硬耐磨、心部韌性好，可適用于軸類零件苛刻的使用條件，大大增加其使用壽命。另外，本發(fā)明只包含了澆鑄、模鍛成形，無需增加其他工序即可使零件具有“功能梯度材料”特性，降低了生產(chǎn)成本。


附圖1是本發(fā)明半固態(tài)坯料制備以及觸變鍛造裝置示意 附圖2是本發(fā)明半固態(tài)坯料典型金相組織；
附圖3是本發(fā)明觸變鍛造工藝示意 附圖4是本發(fā)明觸變鍛造后的金相組織；
其中；
1.保溫爐；2.波浪型傾斜冷板主板；3.收集坩堝；4.可調(diào)支架；5.模具；6.固相；7.液相。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作詳細(xì)描述。本發(fā)明使用原材料選用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的9Crl8或9Crl8Mo不銹軸承鋼，實(shí)施例實(shí)測化學(xué)成分要求如表I所示。半固態(tài)坯料制備裝置由熔化設(shè)備、波浪形傾斜冷板以及收集坩堝組成，如圖1所示(1.保溫爐；2.波浪型傾 斜板；3.收集坩堝；4.可調(diào)支架；5.模具；6.固相；7.液相)。坯料制備具體工藝如下:將表I所示成分的不銹軸承鋼置于中頻感應(yīng)爐中加熱至熔化，溫度升高到1700°C時(shí)，通過調(diào)節(jié)手柄傾側(cè)爐體使鋼液勻速流經(jīng)波浪形傾斜冷板，最終聚集于收集坩堝，冷卻凝固。本發(fā)明的實(shí)施例坯料制備的相關(guān)參數(shù)如表2所示。本發(fā)明中半固態(tài)坯料的典型金相組織如圖2所示。冷卻后的坯料擁有球狀晶的半固態(tài)組織，將半固態(tài)坯料重新加熱至固液共存溫度(13000C 1400°C)進(jìn)行模鍛，即可得到表面組織與心部組織呈梯度變化的高強(qiáng)韌高耐磨不銹軸承零件。具體鍛造工藝如圖3所示。表I實(shí)施例實(shí)測化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)％)
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件的生產(chǎn)工藝，其特征在于，包括以下步驟: (1)將9Crl8不銹鋼或9Crl8Mo不銹鋼原材料熔融至液態(tài)，澆鑄時(shí)鋼液流經(jīng)傾斜冷板至收集坩堝內(nèi)冷卻生成半固態(tài)坯料； (2)將半固態(tài)坯料經(jīng)觸變鍛造成形，得到所需高強(qiáng)韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件，所述觸變鍛造成形是在半固態(tài)溫度區(qū)間進(jìn)行模鍛成形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件的生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述步驟(I)中傾斜冷板為波浪形，所述波浪形傾斜冷板，可拆分為主板、前支架、后支架三部分；主板由490mmX 150mmX 30mm的45號鋼鋼板制成，正面由7組完整的正弦波組成連續(xù)的波浪形，表面涂有高溫自潔不粘覆涂料，支架前后各一個(gè)，其中后支架高度可調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的高強(qiáng)韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件的生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述步驟(I)中，傾斜冷板澆鑄長度300mnT400mm ;傾斜板角度35°飛0°，傾斜冷板的主板預(yù)熱溫度25°C 200°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件的生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述步驟(I)中，澆鑄溫度16000C 1700。。。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件的生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述步驟(I)中，所得半固態(tài)坯料組織非枝晶，為大小分布均勻的球狀晶?；蝾惽驙罹Я！?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件的生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述步驟(2)中，模鍛溫度為1300°C 1400°C，該溫度區(qū)間內(nèi)9Crl8或9Crl8Mo不銹鋼為固液共存態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件的生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述的高強(qiáng)韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件的生產(chǎn)工藝制備出的高強(qiáng)韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件表面由高硬耐磨的細(xì)小枝晶組成，心部由韌性好的球狀晶粒組成，零件整體從表面到心部組織性能呈功能梯度變化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高強(qiáng)韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件的生產(chǎn)工藝，包括步驟(1)將9Cr18不銹鋼或9Cr18Mo不銹鋼原材料熔融至液態(tài)，澆鑄時(shí)鋼液流經(jīng)傾斜冷板至收集坩堝內(nèi)冷卻生成半固態(tài)坯料；(2)將半固態(tài)坯料經(jīng)觸變鍛造成形，得到所需高強(qiáng)韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件，所述觸變鍛造成形是在半固態(tài)溫度區(qū)間進(jìn)行模鍛成形。根據(jù)本生產(chǎn)工藝得到的零件表面由高硬耐磨的細(xì)小枝晶組成，心部由韌性好的球狀晶粒組成，零件整體從表面到心部組織性能呈功能梯度變化。本發(fā)明只包含了澆鑄、模鍛成形，無需增加其他工序即可使零件具有“功能梯度材料”特性，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號B23P15/00GK103192237SQ20131013846
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者宋仁伯, 趙翠清, 李亞萍, 王鵬 申請人:北京科技大學(xué)