[发明专利]一种Cr4Mo4V钢轴承强力喷丸和升温注渗复合表面强化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Cr4Mo4V钢轴承复合表面强化方法。

背景技术

Cr4Mo4V钢轴承是目前广泛应用的高温轴承，其特点是高温强度高、抗高温过载能力强、强韧性好，使用温度一般在200℃～350℃之间。航空发动机主轴轴承、燃气轮机主轴轴承和航天发动机高温轴承等重大装备的关键部位都是使用Cr4Mo4V钢制轴承。提高Cr4Mo4V钢轴承疲劳寿命对于增加各类航空器服役寿命和安全性具有重要的意义。

喷丸是目前广为采用的一种提高工件疲劳寿命的方法，其原理是利用高速弹丸撞击工件表面，形成一个表面应力状态为压应力的形变强化层，从而提高工件的疲劳寿命。但是Cr4Mo4V钢的三个特点限制了喷丸技术在其轴承上的应用：①、强度高，喷丸形成的形变强化层浅，表面压应力幅值小；②、脆性大，喷丸强度过高会导致表面产生微裂纹，反而降低轴承疲劳寿命；③、表面大尺寸的VC颗粒在弹丸冲击下可能会发生破裂，导致疲劳寿命降低。为了避免上述不利因素的影响，轴承滚道喷丸强度必须限制在一定范围内，这就消弱了喷丸强化的效果。因此，Cr4Mo4V轴承通过单一的喷丸处理无法得到理想的表面强化延寿效果，采用多种技术的复合是唯一的选择。

发明内容

本发明的目的是要解决现有单一的喷丸技术无法使Cr4Mo4V钢轴承有理想的表面强化延寿效果，而提供一种Cr4Mo4V钢轴承强力喷丸和升温注渗复合表面强化方法。

一种Cr4Mo4V钢轴承强力喷丸和升温注渗复合表面强化方法，是按以下方法完成的：

一、强力喷丸：采用强力喷丸工艺对Cr4Mo4V钢轴承滚道进行处理，在Cr4Mo4V钢轴承滚道表面形成厚度为500μm～700μm的形变强化层；

所述的强力喷丸工艺使用的仪器为机械离心式喷丸机，机械离心式喷丸机的离心速度为2000r/min～5000r/min，弹丸材质为强化钢丸，弹丸显微硬度为HRC58～HRC63，直径为1mm～2mm，喷嘴到Cr4Mo4V钢轴的距离为300mm～500mm，喷丸流量为50kg/min～200kg/min，喷丸速度为100m/s～200m/s，喷丸时间为1min～5min，喷射角度为θ＝40°～65°，表面覆盖率为80％～100％；

二、对喷丸表面进行磨削加工：对步骤一得到的Cr4Mo4V钢轴承滚道表面厚度为500μm～700μm的形变强化层进行磨削加工，将Cr4Mo4V钢轴承滚道表面粗糙度降至Ra<0.08，得到滚道表面经过强力喷丸和磨削加工处理后的Cr4Mo4V钢轴承；

步骤二中所述的磨削加工的磨削线速度为42m/s～45m/s，进给速度为1μm/s～2μm/s，磨削量为20μm～30μm；

三、升温注渗处理：

①、预溅射处理：

将步骤二得到的滚道表面经过强力喷丸和磨削加工处理后的Cr4Mo4V钢轴承放到真空室试样台上，再抽背底真空至1.0×10^-4Pa～1.0×10^-3Pa，然后通入纯度为99.99％的高纯Ar气，调节Ar气流量，使真空室内气压升至1Pa～10Pa，再在真空室内气压为1Pa～10Pa、射频功率为0.5kW～1kW和电压为500V～1000V下进行预溅射清洗30min～60min；

②、碳、氮离子注渗：

将预溅射处理后的Cr4Mo4V钢轴承绕自身轴线匀速旋转的同时，将质量分数为99.999％的氮气和质量分数为99.999％的甲烷同时通入到真空室中，在甲烷与氮气分压比为1:(5～30)、总气压为0.1Pa～0.5Pa的条件下，采用功率为300W～500W的射频激发等离子体，使碳氮等离子体密度为1.0×10⁹/cm³～1.0×10^10/cm³；再在碳氮等离子体密度为1.0×10⁹/cm³～1.0×10^10/cm³、注入电压为30kV～50kV和平均注入电流密度为30μA/cm²～100μA/cm²的条件下，通过调整注入脉冲的频率和占空比利用离子注入过程中的自加热效应将预溅射处理后的Cr4Mo4V钢轴承温度升至150℃～250℃，在150℃～250℃下注入处理10h～30h，再在真空环境下冷却至温度小于50℃，打开真空室，得到碳、氮离子注入后的Cr4Mo4V钢轴承，即完成一种Cr4Mo4V钢轴承强力喷丸和升温注渗复合表面强化方法。