一種軸承鋼和耐磨軸承的制造工藝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種軸承鋼和耐磨軸承的制造工藝方法，特別涉及一種短流程制造耐磨軸承的工藝方法，屬于材料加工及工程制造【技術(shù)領域】。提供一種以GCr15軸承鋼廢料為主要原料，添加少量微合金元素，改善強韌性和耐磨性的軸承鋼和軸承以及制造工藝方法。實現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)方案表現(xiàn)為采用電爐熔煉、離心鑄造以及粗精加工和熱處理的短流程制備方法。本發(fā)明軸承經(jīng)冶煉和離心鑄造后，直接成型，與鍛造軸承相比，節(jié)材、節(jié)能優(yōu)勢明顯；生產(chǎn)工藝簡便，流程短，生產(chǎn)效率高；以GCr15軸承鋼廢料和Q235廢鋼為主要原料，生產(chǎn)成本低廉，推廣應用具有良好的前景。
【專利說明】一種軸承鋼和耐磨軸承的制造工藝方法
[0001]
【技術(shù)領域】
[0002]本發(fā)明公開了一種軸承鋼和耐磨軸承的制造工藝方法，特別涉及一種短流程制造耐磨軸承的工藝方法，屬于材料加工及工程制造【技術(shù)領域】。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]軸承是各類機械裝備的重要基礎零部件，它的精度、性能、壽命和可靠性對主機的精度、性能、壽命和可靠性起著決定性的作用。在機械產(chǎn)品中，軸承屬于高精度產(chǎn)品，不僅需要數(shù)學、物理等諸多學科理論的綜合支持，而且需要材料科學、熱處理技術(shù)、精密加工和測量技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和有效的數(shù)值方法及功能強大的計算機技術(shù)等諸多學科為之服務，因此軸承又是一個代表國家科技實力的產(chǎn)品。軸承的生產(chǎn)包括坯料澆注、鍛造、粗加工、熱處理和精加工，普通方法生產(chǎn)軸承，周期長，工藝復雜，材料利用率低，能耗高。
[0005]為了提高軸承質(zhì)量，中國發(fā)明專利CN103170599A公開了一種銅襯軸承的離心澆注工藝，其步驟:先將按設計制造的軸套(6)外圓倒角，其內(nèi)孔直徑按等于銅襯(8)的外徑來確定，內(nèi)孔表面粗糙度為RalO，并用汽油清洗內(nèi)孔；然后在內(nèi)孔中加入鑄造青銅，其重量等于按所澆注體積計算重量與加工余量之和，同時還加入體積比為2:1的硼砂和木炭粉，硼砂加入前需經(jīng)過100°C烘干且保溫20~30分鐘，木炭粉加入前需經(jīng)過320°C烘干且保溫20~30分鐘；然后分別在軸套(6)兩端焊上開有透氣孔(9)的鋼板(4)進行封口 ；將封好口的軸套(6)放入電爐中加熱至920°C ±10°C，保溫40~50分鐘后再加熱至1100°C ±10°C，經(jīng)保溫40~45分鐘后，軸套(6)在保持其軸線水平的狀態(tài)下從電爐中取出；再將軸套(6)裝夾在澆注機(2)的錐形夾頭(5)上，在轉(zhuǎn)動中使銅襯(8)得到均勻凝固，開啟液壓裝置(11)，使尾架(10)向左位移頂緊軸套(6)，啟動電機(1)，帶動主軸(3)和軸套(6)以1400~1500轉(zhuǎn)/分回轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)了 15~35秒后，開啟冷卻系統(tǒng)(7)進行冷卻，在冷卻狀態(tài)下再回轉(zhuǎn)3分鐘后卸下軸套(6)，在車床上用割刀割去軸套(6)兩端的鋼板(4)，銅襯軸承的離心澆注工藝完成。中國發(fā)明專利CN1880493還公開了一種錫基軸承合金，該合金由重量百分比為5.5%~6.5%的銅、重量百分比為10%~I 3%的銻、重量百分比為0.3%~0.8%的鋅和錫組成，本發(fā)明還提供了該錫基軸承合金的制備方法，先將50%的錫、全部的銅和銻一起放入爐中混熔，完全熔化后，在500~550°C時，加入全部的鋅，鋅完全熔化后再加入剩余的錫，合金全部熔完后，攪拌靜置15~30分鐘，最終澆鑄溫度為360~450°C。該發(fā)明提高了錫基合金的強度和硬度，能縮小凝固溫度范圍，改善流動性，減少分散縮孔，降低合金液中的氣體含量，減少鑄件中氣孔缺陷，同時由于銀的加入明顯的提高了合金的耐腐蝕性能、抗氧化性能和均勻性，提高了合金的韌性和強度。中國發(fā)明專利CN1800668還公開了一種復合滑動軸承材料及其制備方法。該發(fā)明復合滑動軸承材料，包括有普通巴氏合金及碳納米管，其中普通巴氏合金為基體，碳納米管為增強體。上述普通巴氏合金為鉛或錫基合金。該發(fā)明的制備方法，普通巴氏合金基體與碳納米管增強體通過電沉積而復合在一起，電沉積方法包括有如下步驟:1)將普通滑動軸承鋼背進行鍍前處理；2)在電鍍槽的鍍液中施鍍。上述普通滑動軸承鋼背進行鍍前處理為采用10g/L金屬清洗劑在超聲波中清洗數(shù)分鐘，再經(jīng)自來水漂洗。鍍液包括有如下組份:Sn(BF4)2:8~12g/L，Pb (BF4) 2:3~6g/L, HBF:350~420g/L,明膠:4g/L，碳納米管:0.5~lg/L。本發(fā)明的復合滑動軸承材料承載能力高，使用壽命長，本發(fā)明的制備方法簡單實用。中國發(fā)明專利CN101186995還公開了一種中碳軸承鋼及其制造方法，中碳軸承鋼的化學成分范圍按重量百分比計為:C:0.50 ~1.0%, S1:0.60 ~1.50%, Mn: 0.50 ~1.20%, Mo:0.15 ~1.0%, V:0.15 ~
1.0%、Cr、Ni ≤ 0.30%,Cu ≤ 0.15%,S ≤ 0.025%,P ≤0.025%,B:0.0005 ~0.0035%,[O] ≤ 15X10-6、[H] ≤ 2X10-6，余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。該發(fā)明還提供了所述軸承鋼的制備方法，采用該制造方法可生產(chǎn)規(guī)格Φ 30~260mm的圓鋼。采用該軸承鋼可代替G20CrNi2Mo等滲碳軸承鋼及其應用，可在軋鋼機等領域代替進口軸承，降低軸承生產(chǎn)成本和使用成本。中國發(fā)明專利CN102699104A還公開了一種G20CrNiMo軸承鋼管的制備方法。步驟:將G20CrNiMo圓鋼在1150_1200°C下穿孔，得到管坯，控制穿孔偏心率小于8%以及控制管坯表面瑕疵；將管坯送入加熱爐加熱至860-880°C并且保溫40-80min，隨爐降溫至670-700°C時繼而保溫280-320min，以45_55°C /h的降溫速率降溫至150°C時出爐，得到退火管坯；將退火管坯酸洗、磷化和皂化潤滑，得到待軋管坯；將待軋管坯引入軋管機軋制，軋管機的機頭架往復次數(shù)為55-65次/min,管還的每次的送進長度為6_8 mm，得到軋制管；將軋制管引入加熱爐加熱至680-710°C并且保溫45-60min，隨爐冷卻至常溫后出爐，得到G20CrNiMo軸承鋼管?？沙惺軓娏业臎_擊載荷，體現(xiàn)耐磨性，保障軸承的壽命。中國發(fā)明專利CN102605256A還公開了一種摻稀土軸承鋼及其制備方法，其化學成分按重量百分比計為:由下列重量百分比的組分組成:C:0.90~1.05 % ；Cr:1.4~1.65 % ；S1:0.15~0.35 % ；Mn:0.45 ~0.5 % ；Mo:≤0.10 % ；Ce ≤ 0.015 % ；Y≤ 0.015 % ；Ni ≤0.25 % ；Cu (≤ 0.25 % ；P ≤ 0.004 % ；S ≤0.004 % ；0 ≤ 0.0008 % ;余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。上述一種摻稀土軸承鋼的制備方法，包括以下步驟:a)按重量百分比稱取各組分；b)真空感應熔煉；c)澆注重熔電極棒；d)電渣重熔獲得鋼錠；e)均勻化熱處理；f)鍛造軸承加工用棒材；g)球化熱處理。該發(fā)明的材料具備良好的綜合力學性能，耐磨、機械加工性能好、尺寸穩(wěn)定性高；由該材料加工的軸承具有高尺寸精度、高表面光潔度、高尺寸穩(wěn)定性性、優(yōu)良的抗沖擊性能、高疲勞壽命、高耐磨性。中國發(fā)明專利CN102444671A還公開了一種復合型滑動軸承及其制備方法，所述的復合型滑動軸承包括外材層與內(nèi)材層，所說的內(nèi)材層表面有多個高出內(nèi)材層的峰谷波浪，所說的外材層表面有多個與內(nèi)材層峰谷一谷峰緊密相依渾然一體的波浪形冶金結(jié)合面。該發(fā)明的復合型滑動軸承在外材層與內(nèi)材層的結(jié)合面上經(jīng)爆炸焊接形成高出內(nèi)材層的多個波浪狀的突起峰谷，外材層與內(nèi)材層的結(jié)合面谷峰一峰谷緊密貼合，形成材質(zhì)相互滲透渾然一體的冶金結(jié)合面，外材層與內(nèi)材層不會發(fā)生任何滑移?？梢赃M行任何形式的機械加工，承載大，結(jié)合牢固不脫離，可以根據(jù)產(chǎn)品機械性能要求選擇任意兩種或多種機械性能材料焊接。中國發(fā)明專利CN103276238A還公開了一種銅基合金滑動軸承的制備方法，首先在銅基合金原料中加入鑭鈰混合稀土金屬，并通過噴射沉積制備成制備軸承合金本體；然后制備涂層材料并通過等離子噴射法完成涂層。該發(fā)明的滑動軸承相比傳統(tǒng)的鑄造銅基合金在耐磨性能上有明顯提高，磨損率則大幅降低，相應的涂層也具有優(yōu)越的摩擦學性能。中國發(fā)明專利CN101935775A還公開了一種含稀土的軸承合金，含有銻、銅、稀土和錫，其中，所述的銻在所述的軸承合金中的重量百分比為7~15%，所述的銅在所述的軸承合金中的重量百分比為4~10%，所述的稀土在所述的軸承合金中的重量百分比為0.001~2.0%，余量為所述的錫。該發(fā)明還提供了一種含稀土的錫基軸承合金材料的制備方法，該發(fā)明的軸承合金常溫硬度可達31.3HB、抗壓強度可達133.7MPa，抗壓屈服強度可達54.5MPa。相比現(xiàn)有的錫基軸承合金，該軸承合金具有更好的硬度和強度，具有良好的熱強性和高溫穩(wěn)定性，能提高軸承的耐磨性和抗疲勞性能，比較適應用于大型發(fā)電機、壓縮機、汽輪機等高速、高載設備的軸承。中國發(fā)明專利CN103014536A還公開了一種高碳鉻不銹軸承鋼及制備方法，其組成按重量百分比為，0.9-0.95%的碳，0.80-0.85%的硅，0.3-0.35%的錳，小于0.025%的硫，小于0.02%的磷，0.15-0.3%的鑰，3.5-4.0%的鉻， 0.01-0.02%的氮，0.1-0.2%的鎳，0.02-0.03%的鈮，0.02-0.03%的釩及余量的鐵。通過該技術(shù)方案，有利于脫氧效果，提高軸承鋼的潔凈度，降低軸承鋼中的氧含量。中國發(fā)明專利CN102899550A還公開了一種耐高溫自潤滑軸承材料及其制備方法，主要是以06Crl9Nil0不銹鋼粉為基體材料，選用高純度O 95% )的Cu、Mo、Co金屬粉體為增強相，選用MoS2XaF2為潤滑減磨相，同時添加適量的硬脂酸鈉作為粘結(jié)劑，采用冷壓成型、無壓真空燒結(jié)工藝制備而成。用該發(fā)明方法制備得到的高溫自潤滑軸承材料在600°C的高溫環(huán)境下仍然具有較低的摩擦系數(shù)以及良好的耐磨損性能，可應用于鋼鐵、冶金等重型機械裝備中，特別適合要求無油潤滑的場合。中國發(fā)明專利CN101709412A還公開了一種鎳基軸承保持架材料及其制備方法，該保持架材料由以下重量百分含量的組分制備而成:鎳65%~70%、鉻5%~12%、銀2%~8%、二硫化鑰16%~22%。制備方法包括混合工序、成形工序、燒結(jié)工序，首先按重量百分含量準確稱取鎳粉、鉻粉、銀粉和二硫化鑰粉，混勻；之后經(jīng)壓制成形，制成坯料；坯料再經(jīng)真空燒結(jié)，制得軸承保持架材料。采用本發(fā)明的軸承保持架材料制成的軸承保持架在軸承處于400°C高溫、10_4~10_6Pa高真空環(huán)境中時，具有自潤滑功能，可保證軸承的正常運轉(zhuǎn)。
[0006]但是，上述軸承制備方法普遍存在軸承硬度低，耐磨性差以及制備工藝復雜和能耗高等不足。本發(fā)明針對現(xiàn)有軸承生產(chǎn)中存在的問題，以GCrl5軸承鋼廢料為主要原料，在此基礎上，添加少量微合金元素，改善材料的強韌性和耐磨性，采用離心鑄造方法，實現(xiàn)耐磨軸承的短流程制備。
[0007]但是，上述軸承制備方法普遍存在軸承硬度低，耐磨性差以及制備工藝復雜和能耗高等不足。本發(fā)明針對現(xiàn)有軸承生產(chǎn)中存在的問題，以GCrl5軸承鋼廢料為主要原料，在此基礎上，添加少量微合金元素，改善材料的強韌性和耐磨性，采用離心鑄造方法，實現(xiàn)耐磨軸承的短流程制備。
[0008]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明針對現(xiàn)有軸承生產(chǎn)中存在的問題，提供一種以GCrl5軸承鋼廢料為主要原料，添加少量微合金元素，改善強韌性和耐磨性的軸承鋼以及制造工藝方法。
[0010]本發(fā)明的目的還在于提供一種以GCrl5軸承鋼廢料為主要原料，添加少量微合金元素，改善強韌性和耐磨性的軸承的制造工藝方法。[0011]實現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)方案表現(xiàn)為采用電爐熔煉、離心鑄造以及，粗精加工多次熱處理的短流程制備方法。
[0012]本發(fā)明的目的可以通過以下措施來實現(xiàn):
一種軸承鋼，其組成按質(zhì)量百分比為:55飛0%的GCrl5軸承鋼廢料、5~8%的不銹鋼廢料、33~37%的Q235廢鋼、1.(Tl.2%的增碳劑、2.5~3.0%的微合金添加劑。
[0013]微合金添加劑由質(zhì)量分數(shù)40~45%的硅鈣鋇合金、35~40%的稀土硅鐵合金，
1.5^2.0%的硼鐵、If 14%的釩氮合金和5.5^7.0%的銅鎂合金組成。
[0014]如上所述的GCr 15軸承鋼廢料的化學組成及質(zhì)量分數(shù)為:0.95^1.05%C,0.25~0.45%Mn, 1.40~1.65%Cr, 0.15~0.35%Si, ^ 0.020%S, ^ 0.027%P,余量為 Fe。
[0015]如上所述Q235廢鋼的化學組成及質(zhì)量分數(shù)為:0.14~0.22%C, 0.30-θ.65%Μη,^ 0.30%Si, ^ 0.050%S, ^ 0.045%P,余量為 Fe。
[0016]如上所述不銹鋼廢料的化學組成及質(zhì)量分數(shù)為:≤0.07%C, ( 1.0%Si,(2.0%Μη, 17.0~19.0%Cr, 8.(Tl1.0%Ni, ( 0.03%S, ( 0.035%P,余量為 Fe。
[0017]如上所述的稀土硅鐵合金的化學組成及其質(zhì)量分數(shù)為:27.(T30.0%RE，38.0~42.0%Si，<3.0%Μη, <5.0%Ca,〈3.0%Ti，余量為 Fe。
[0018]如上所述的硅鈣鋇合金的化學組成及其質(zhì)量分數(shù)為:4(T45%S1、l(Tl2%Ca、10~12%Ba、≤ 0.8%C、≤ 0.04%P、≤ 0.06%S，余量為 Fe。
[0019]如上所述的硼鐵的化學成分及其質(zhì)量分數(shù)為:19.0-21.0%B, ( 0.5%C, ( 2%Si,^ 0.5%A1, ^ 0.01%S, ^ 0.1%P,余量為 Fe。
[0020]如上所述的釩氮合金的化學組成及其質(zhì)量分數(shù)為:66~70%V，12~16%N，C〈0.30%,S<0.045%, P<0.045%,余量為 Fe。
[0021]如上所述的銅鎂合金的化學組成及其質(zhì)量分數(shù)為:8(T85%Cu，15~20%Mg。
[0022]一種軸承鋼的制造工藝方法，工藝步驟是:
①采用質(zhì)量分數(shù)55~60%的GCrl5軸承鋼廢料、5~8%的不銹鋼廢料、33~37%的Q235廢鋼、1.(Tl.2%的增碳劑在中頻感應爐內(nèi)混合加熱熔化，鋼水溫度達到160(Tl62(TC時將鋼水出爐到鋼包，在鋼包底部預先加入占鋼水質(zhì)量分數(shù)2.5^3.0%的微合金添加劑，微合金添加劑由質(zhì)量分數(shù)40~45%的硅鈣鋇合金、35~40%的稀土硅鐵合金，1.5~2.0%的硼鐵、11~14%的釩氮合金和5.5^7.0%的銅鎂合金組成。微合金添加劑的顆粒尺寸為8~12mm，微合金添加劑加入鋼包前在20(T280°C預熱2~3小時。
[0023]②鋼水經(jīng)扒渣、靜置后，當溫度降至145(T1480°C時，將鋼水澆入到高速旋住的鑄型中，鑄型轉(zhuǎn)速按下式確定:
【權(quán)利要求】
1.一種軸承鋼，其組成按質(zhì)量百分比為:55飛0%的GCrl5軸承鋼廢料、5~8%的不銹鋼廢料、33~37%的Q235廢鋼、1.(Tl.2%的增碳劑、2.5~3.0%的微合金添加劑，其特征在于: 微合金添加劑由質(zhì)量分數(shù)40~45%的硅鈣鋇合金、35~40%的稀土硅鐵合金、1.5~2.0%的硼鐵、If 14%的釩氮合金和5.5^7.0%的銅鎂合金組成。
2.一種如權(quán)利要求1所述的軸承鋼的制造工藝方法，其特征是包括以下步驟: ①采用質(zhì)量分數(shù)55~60%的GCrl5軸承鋼廢料、5~8%的不銹鋼廢料、33~37%的Q235廢鋼、1.(Tl.2%的增碳劑在中頻感應爐內(nèi)混合加熱熔化，鋼水溫度達到160(Tl62(TC時將鋼水出爐到鋼包，在鋼包底部預先加入占鋼水質(zhì)量分數(shù)2.5^3.0%的微合金添加劑，微合金添加劑由質(zhì)量分數(shù)40~45%的硅鈣鋇合金、35~40%的稀土硅鐵合金、1.5~2.0%的硼鐵、11~14%的釩氮合金和5.5^7.0%的銅鎂合金組成； 微合金添加劑的顆粒尺寸為8~12mm，微合金添加劑加入鋼包前在20(T28(TC預熱2~3小時； ②鋼水經(jīng)扒渣、靜置后，當溫度降至145(T1480°C時，將鋼水澆入到高速旋住的鑄型中，鑄型轉(zhuǎn)速按下式確定:
3.一種耐磨軸承的制造工藝方法，其特征是包括以下步驟: ①采用質(zhì)量分數(shù)55~60%的GCrl5軸承鋼廢料、5~8%的不銹鋼廢料、33~37%的Q235廢鋼、1.(Tl.2%的增碳劑在中頻感應爐內(nèi)混合加熱熔化，鋼水溫度達到160(Tl62(TC時將鋼水出爐到鋼包，在鋼包底部預先加入占鋼水質(zhì)量分數(shù)2.5^3.0%的微合金添加劑，微合金添加劑由質(zhì)量分數(shù)40~45%的硅鈣鋇合金、35~40%的稀土硅鐵合金，1.5~2.0%的硼鐵、11~14%的釩氮合金和5.5^7.0%的銅鎂合金組成，微合金添加劑的顆粒尺寸為8~12mm，微合金添加劑加入鋼包前在20(T280°C預熱2~3小時； ②鋼水經(jīng)扒渣、靜置后，當溫度降至145(T1480°C時，將鋼水澆入到高速旋住的鑄型中，鑄型轉(zhuǎn)速按下式確定:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐磨軸承的制造工藝方法，其特征是所述的GCrl5軸承鋼廢料的化學組成及質(zhì)量分數(shù)為:0.95~1.05%C, 0.25~0.45%Mn, 1.4(Tl.65%Cr,0.15~0.35%Si, ^ .0.020%S, ^ 0.027%P,余量為 Fe。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐磨軸承的制造工藝方法，其特征是所述Q235廢鋼的化學組成及質(zhì)量分數(shù)為:0.14~0.22%C, 0.30~0.65%Μη, ( 0.30%Si, ( 0.050%S, ( 0.045%P,余量為Fe。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐磨軸承的制造工藝方法，其特征是所述不銹鋼廢料的化學組成及質(zhì)量分數(shù)為..( 0.07%C, ( 1.0%Si, ( 2.0%Μη, 17.0~19.0%Cr, 8.(Tl1.0%Ni,^ 0.03%S, ^ 0.035%P,余量為 Fe。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐磨軸承的制造工藝方法，其特征是所述的稀土硅鐵合金的化學組成及其質(zhì)量分數(shù)為:27.0~30.0%RE，38.0^42.0%Si, <3.0%Μη, <5.0%Ca, <3.0%Ti,余量為Fe。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐磨軸承的制造工藝方法，其特征是所述的硅鈣鋇合金的化學組成及其質(zhì)量分數(shù)為:4(T45%S1、l(Tl2%Ca、l(ri2%Ba、≤ 0.8%C、≤ 0.04%P、≤ 0.06%S，余量為Fe。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐磨軸承的制造工藝方法，其特征是所述的硼鐵的化學成分及其質(zhì)量分數(shù)為:19.0~21.0%B, ^ 0.5%C, ^ 2%Si, ^ 0.5%A1, ^ 0.01%S, ^ 0.1%P,余量為Fe。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耐磨軸承的制造工藝方法，其特征是所述的釩氮合金的化學組成及其質(zhì)量分數(shù)為:66~70%V, 12~16%N, C<0.30%, S<0.045%, P<0.045%,余量為Fe ;所述的銅鎂合金的化學組成及其質(zhì)量分數(shù)為:8(T85%Cu，15~20%Mg。
【文檔編號】C22C38/54GK103602920SQ201310596573
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】戴安旺, 符寒光 申請人:山東時雨軸承有限公司