[发明专利]一种含钼轴承钢表面强化的工艺方法

说明书

技术领域：

本发明一种含钼轴承钢表面强化的工艺方法，属于金属材料的表面处理领域，特别涉及到一种Cr₄Mo₄V轴承钢表面强化的强流脉冲电子束辐照工艺方法的技术方案。

背景技术：

Cr₄Mo₄V轴承钢是一种含钼高速钢，是目前国内应用最为广泛、综合性能好、合金含量低的一种高速钢类高温轴承钢，因其优异的高温性能，常被用于制作飞机发动机轴承。但是由于该材料碳化物粒子和晶粒尺寸粗大，在高速重载的条件下，极易发生疲劳磨损失效现象，导致轴承寿命较低，远远不能满足航空工业的发展。

由于航空发动机轴承服役条件的复杂性，除了要求轴承具有较高的抗腐蚀性能外，还需要轴承内部保持良好的抗冲击韧性，因此，在生产中，经常采用表面改性的方法提高轴承的耐腐蚀性能。但是传统的表面改性方法如离子注入、表面涂覆、化学热处理等都无法满足轴承表面改性的要求。强流脉冲电子束技术是一种新兴的表面改性技术，在电子束辐照过程中，能在材料表面形成重熔层，碳化物粒子及晶粒尺寸得到细化，进而提高材料耐磨及耐腐蚀性能。它的优点是电子束束斑直径大，因此生产效率高、材料表面性能均匀性良好，工艺参数可控性高，具有广阔的应用前景。但是在电子束辐照过程中，材料表层过多的亚稳残余奥氏体被保留到室温，不但使材料表层硬度降低，并且在使用过程中残余奥氏体会转变为马氏体，影响轴承精度，因此给材料使用性能带来不利的影响。现急需一种改善和提高材料使用性能的技术方案。 

  

发明内容

本发明一种含钼轴承钢表面强化的工艺方法的目的在于：为解决上述传统Cr₄Mo₄V轴承钢组织粗大导致使用寿命较低的问题，改善和提高该材料的使用性能，从而提供一种采用强流脉冲电子束辐照结合回火处理工艺强化和提高Cr₄Mo₄V轴承钢使用性能的工艺方法。 

本发明一种含钼轴承钢表面强化的工艺方法，其特征在于是一种利用强流脉冲电子束辐照结合回火处理细化Cr₄Mo₄V轴承钢材料表层组织的方法，其具体步骤如下： 

（1）超声清洗

首先将经过砂纸打磨的Cr₄Mo₄V轴承钢放入纯度为99.9%以上的丙酮溶液中进行超声清洗，时间为5~10min，次数为两次，然后将清洗过的Cr₄Mo₄V轴承钢放入纯度为99.9%以上的酒精中进行超声清洗，时间为10~15min，次数为两次；

（2）强流脉冲电子束辐照

将经过清洗的Cr₄Mo₄V轴承钢放到真空室试样台上，该材料表面与电子枪阳极之间的距离为15~20cm，关闭真空室，将真空抽至3×10^-3Pa，然后向真空室内通入纯度为99.99at%的氩气，并使气压维持在0.04~0.06Pa，此时打开电子枪，电子枪的加速电压为20~33 kV，脉宽为2~5 μs，能量密度为9~18 J/cm²，辐照次数为5~20次；

（3）回火处理

将经过强流脉冲电子束辐照的Cr₄Mo₄V钢进行回火处理，回火温度为：500~650℃，次数为2~3次，时间为0.5~1h，即得到碳化物细小和弥散分布的表层组织，其表层硬度由12.5GPa上升到13.5GPa，耐磨性提高了2倍。

本发明一种含钼轴承钢表面强化的工艺方法的优点是： 

（1） 电子束束斑直径大（~50cm²），电子束不需要做复杂的扫描运动，因此生产效率高。

（2） 材料经过电子束辐照及回火处理后，材料表层粗大的碳化物消失，表层析出了细小弥散分布的碳化物粒子。 

（3） 经过电子束辐照及回火处理的材料，其表层硬度由12.5GPa上升到13.5GPa，耐磨性提高了2倍。 

具体实施方式