[发明专利]一种对制造圆锥滚子所用GCr15钢材的改制工艺

权利要求书

1.一种对制造圆锥滚子所用GCr15钢材的改制工艺，其特征在于：所述改制工艺的步骤如下所述：

A、原材料检验

对原材料进行检验的目的是确定原材料是否合格，并判定原材料是否能投入生产；

（1）抽取检验样品

对于圆钢棒料，从购进的同一批次钢材中随机抽取6根，作为检验样品；对于盘条卷料，从购进的同一批次钢材中随机抽取6盘，作为检验样品；

（2）检验外观、表面质量、直径尺寸和不圆度

① 外观和表面质量由检验员以目视的方式检查，材料表面不允许有裂纹、折叠、拉裂、结疤、夹杂，及其他对使用有害的缺陷，材料端头形状应符合GB/T18254-2002的规定；

② 直径尺寸和不圆度用精度为0.05mm的卡尺测量的方式检查，直径尺寸和不圆度应符合GB/T18254-2002规定的公差；

经过外观、表面质量、直径尺寸和不圆度检验合格的材料进入下一步材质检验；

（3）检验材质

    ① 抽取试样

    对于圆钢棒料，先从抽取的6根圆钢上切取材质检验的用材，具体方法是：在每根圆钢的任一端端部，分别切取长度为25cm的料段，共切取6个料段；对于盘条卷料，先从抽取的6盘盘条中切取材质检验的用材，具体方法是：在每盘盘条卷料的任一端端部，分别切取长度为25cm的料段，共切取6个料段；

然后制作试样，从每个料段的切割端切取2个2.5cm长的小样段，将其中一个小样段的横断面磨平，作为横向试样；将另一个小样段沿轴线剖切开，把剖切后的纵断面磨平，作为纵向试样，共取得6个横向试样和6个纵向试样；

每个料段切取小样段后，剩余的部分用于化学成分分析；

    ② 分析材料化学成分

    将剩余的20cm料段进行酸洗，去除表面异物，按照GB/T222规定的方法在钻床上低速钻取样屑，然后送到粉碎机里粉碎，之后按照GB/T223规定的方法分别测定碳、铬、硅、锰、钼、磷、硫、镍和铜的含量；测定结果应符合GB/T18254-2002规定；

    ③ 材料硬度试验

在布氏硬度计上对横向试样一端做硬度试验，所有试样所测得的布氏硬度值均应符合GB/T18254-2002的规定；

④ 低倍组织检查

    将6个纵向试样放在温度为65~80℃，质量分数为50%的工业用盐酸水溶液中浸蚀25~40分钟，清洗晾干后放在10倍的放大镜下分别进行低倍组织观察；首先观察是否有明显缺陷，试样应无缩孔、裂纹、气泡、过烧、白点，以及有害夹杂物；然后观察疏松和偏析，试样的中心疏松、一般疏松和偏析三项评级分别按照GB/T18254-2002附录A中的第1级别图、第2级别图和第3级别图来评定，所有试样均不得大于相应级别图中的1级水平；

    ⑤ 非金属夹杂物检验

    将纵向试样放在100倍的显微镜上观察材料中的非金属夹杂物，按照GB/T18254-2002附录A中的第4级别图来判定材料是否合格；所有试样中，三分之二以上试样的硫化物存量不得大于第4级别图中细系2.5级和粗细1.5级，氧化铝存量不得大于第4级别图中细系2.0级和粗细1.5级，硅酸盐存量不得大于第4级别图中细系0.5级和粗细0.5级，点状不变形夹杂物存量不得大于第4级别图中细系1.0级和粗细1.0级；同时，所有试样的同类项目的平均级也不得大于上述值；

    ⑥ 显微组织检验

将横向试样横端面抛光，用2%硝酸酒精溶液浸蚀，在500倍显微镜下观察；按照GB/T18254-2002附录A中的第6级别图来判定材料是否合格；所有试样应符合2~4级；

⑦ 脱碳层深度检验

    在横向试样上检验材料脱碳层深度；将横断面抛光，用4%硝酸酒精溶液深度浸蚀，使钢的组织能够清楚显示；用100倍的显微镜在试样周围边缘观察，测量最大的总脱碳层深度；对于直径12~15mm的钢材，每边总脱碳层深度不得大于0.2mm；对于直径16~30mm的钢材，每边总脱碳层深度不得大于0.4mm；对于直径31~40mm的钢材，每边总脱碳层深度不得大于0.6mm；

    ⑧ 碳化物不均匀性检验

a. 碳化物网状评定

将横向试样按照GB/T18254-2002规定的热处理制度进行淬火、回火，然后将横剖面抛光，用4%硝酸酒精溶液浸蚀，在500倍显微镜下观察，按照GB/T18254-2002附录A中的第7级别图来判定材料是否合格，所有试样不得大于2.5级；

b. 碳化物带状评定

将纵向试样按照GB/T18254-2002规定的热处理制度进行淬火、回火，然后将纵剖面抛光，用4%硝酸酒精溶液深度浸蚀，分别在500倍和100倍显微镜下观察，按照GB/T18254-2002附录A中第8级别图里×500图和×100图，综合判定材料是否合格；对于直径小于等于30mm的钢材，所有试样不得大于2.0级；对于直径大于30mm的钢材，所有试样不得大于2.5级；

c. 碳化物液析评定

对经过淬回火、抛光和浸蚀的纵向试样用100倍显微镜观察碳化物液析，按照GB/T18254-2002附录A中的第9级别图来判定材料是否合格，所有试样不得大于2.0级；

经过材质检验合格的材料进入下一步材球化退火；

B.球化退火

（1）圆钢棒料球化退火

把经过材质检验合格的原材料放进箱式退火炉，用真空泵抽取炉内空气，使炉内压力达到-0.05MPa，之后充入浓度为不低于99.96%的氮气；20分钟后，开始加温，当炉内温度达到790℃后保温4小时；在保温期间，材料内部的铁素体上的碳化物开始分解为均匀分布的球状体；保温4小时是考虑到既防止材料退火后硬度过高，又不降低生产效率；之后将炉内温度降低至720℃，再保温10小时；之后降至650℃再保温3小时，使材料内部的组织进一步保持稳定；之后开炉降温，降至280℃出炉；

（2）盘条卷料球化退火

    把经过检验合格的原材料放入井式退火炉，用真空泵抽取炉内空气，使炉内压力达到-0.05MPa，之后充入浓度为不低于99.96%的氮气，40分钟后，开始加温，加温至790℃±5℃后保温6小时；在保温期间，材料内部的铁素体上的碳化物开始分解为均匀分布的球状体；保温6小时是考虑到盘条卷料在井式炉里温度的均性差，为防止材料温度不一致而确定的；之后降至720℃再保温8小时，之后降至650℃再保温3小时，之后随炉降温，降温至280℃出炉；

 C.球化检验

对于圆钢棒料，从球化退火后的材料中随机选取一根，在棒料的两端和中部各切取25cm长的料段进行检验；对于盘条卷料，从球化退火后的材料中随机选取一盘，在材料的两端和中部各切取25cm长的料段进行检验；从每个料段的切割端再切取2个2.5cm长的小样段作为试样，将其中一个小样段横断面磨平，作为横向试样；另一个小样段沿轴线剖切开，将纵断面磨平，作为纵向试样；共取得3个横向试样和3个纵向试样；

（1）观察显微组织 

将横向试样横端面抛光，用2%硝酸酒精溶液浸蚀；在500倍显微镜下观察，按照JB/T1255-2001中的第1级别图来判定球化退火是否合格，试样应符合2~4级，不允许出现1级欠火组织，5级碳化物不均匀组织和6级过热组织；

（2）材料硬度试验

对纵向试样和横向式样做硬度试验，试样的布氏硬度应符合JB/T1255-2001规定的179HBW~207HBW；

D.酸洗

    将球化退火后的材料放在酸洗池里进行浸泡和清洗，浸泡时间不低于10分钟，不长于20分钟；酸洗后用清水冲洗；

 E.冷拔

将经过酸洗后的材料放在酸冷拔机上进行冷拔；对于直径在20mm以下的钢材，冷拔前与冷拔后材料截面积的压缩率控制在0.1~0.2以内，对于直径为20~40mm的钢材，冷拔前与冷拔后材料截面积的压缩率控制在0.075~0.15以内；压缩率的计算公式为：

压缩率=（d₀ ²－d ²）/d₀ ²

式中：d₀ －材料冷拔前的直径；

      d －材料冷拔后的直径， 对于盘圆卷料，冷拔后按照工艺要求切成棒料；

    F.再结晶退火

    再结晶退火时，把冷拔后的材料放在箱式退火炉里加热至680℃，保温2~ 4小时后随炉冷却到550℃，之后出炉空冷；

 G.再结晶检验

 为了防止材料在再结晶退火时组织和硬度发生变化，再结晶退火后要对材料的组织和硬度再次进行检验；取样方法和检验项目与球化检验相同；

  H.校直

    校直工序分初校和精校两步完成，分别在两个校直机上完成；

  I.磨外圆

把校直后的材料放在外圆无心磨床上将外圆磨至规定的尺寸；磨外圆工序有两个作用：一是去掉表面脱碳层，防止材料存在不可淬火的机体；二是使材料的直径达到要求尺寸；当材料需要磨去的余量较大时，分多次逐步磨到规定尺寸；    

 M.终检

材料经过磨削后，改制工作即告完成，之后对材料进行终检；终检时，按照所制造的圆锥滚子的工艺要求来判定材料的合格性；检验项目包括：尺寸公差、不圆度和外观质量。