[发明专利]一种低膨胀系数芯轴用渗碳钢及其制备工艺

说明书

本发明属于工业制备领域，具体为一种低膨胀系数芯轴用渗碳钢及其制备工艺，主要用于制造机床主轴芯轴。钢的成分及元素质量百分数为：C:0.08～0.20，Cr:0.5～1.5，Mn:0.3～0.8，Mo:1.5～4.5，Si:0.2～0.5，V:0.7～2，Co:0.5～5，Fe:余量。通过电炉冶炼成分符合要求的铸锭；为了保证致密性和组织均匀性，铸锭在使用前进行锻造，锻造后进行热处理。本发明通过降低C元素含量，提高Mo元素含量，降低材料热膨胀系数，保证材料在服役过程中具有较小的热延伸量；添加V和Co元素含量，提高材料强度同时降低热膨胀系数，进而获得低膨胀系数芯轴用渗碳钢。

技术领域

本发明属于工业制备领域，具体为一种低膨胀系数芯轴用渗碳钢及其制备工艺，主要用于制造机床主轴芯轴。

背景技术

机床主轴是数控机床设备的关键核心部件，主轴的精度和尺寸热稳定性严重影响机床加工精度，主轴的尺寸热稳定性与芯轴材料在服役过程中的热膨胀量有关。目前数控机床普遍存在热延伸问题，在主轴服役过程中，由于主轴轴承高速旋转以及内置电机发热使主轴内部温度升高，进而引起主轴发生热膨胀变形。主轴热延伸对机床的加工精度影响非常大，影响机床刀头定位，导致机床加工精度降低。因而，开发针对机床主轴服役工况的低膨胀系数材料，对提高机床加工精度具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低膨胀系数芯轴用渗碳钢及其制备工艺，在传统20CrMo钢的基础上进行成分调整，解决目前芯轴材料热膨胀系数较高的问题。

本发明采用的技术方案：

一种低膨胀系数芯轴用渗碳钢，钢的成分及元素质量百分数为：

C:0.08～0.20，Cr:0.5～1.5，Mn:0.3～0.8，Mo:1.5～4.5，Si:0.2～0.5，V:0.7～2，Co:0.5～5，Fe:余量。

所述的低膨胀系数芯轴用渗碳钢，优选的，C:0.10～0.16，Cr:0.8～1.5，Mn:0.3～0.6，Mo:2.5～4.0，Si:0.2～0.35，V:1～1.5，Co:1.5～4，Fe:余量。

所述的低膨胀系数芯轴用渗碳钢的制备工艺，通过电炉冶炼成分符合要求的铸锭，保证铸锭致密且成分均匀；为了保证致密性和组织均匀性，铸锭在使用前进行锻造，通过控制锻造工艺，以保证锻造过程中不发生开裂。

所述的低膨胀系数芯轴用渗碳钢的制备工艺，锻造后，在950～970℃正火热处理，随后空冷至300℃以下；随后在920℃±20℃进行渗碳热处理，油冷至室温；最后在200℃±20℃进行回火。

本发明的设计思想如下，Mo、V、Co是重要元素并且为主要合金组成元素，可通过降低晶格振动而降低热膨胀系数。同时，C元素质量分数控制在0.08～0.20％，Mo元素质量分数控制在1.5～4.5％，以降低材料热膨胀系数，从而保证材料在服役过程中具有较小的热延伸量。合理控制V元素质量分数为0.7～2％，Co元素质量分数为0.5～5％，提高材料强度同时降低热膨胀系数。

本发明的优点及有益效果为：

本发明同时满足芯轴材料具有较好的强度和尺寸热稳定性，在传统20CrMo钢的基础上进行成分调整。通过降低C元素含量，提高Mo元素含量，降低材料热膨胀系数，从而保证材料在服役过程中具有较小的热延伸量；同时合理控制V和Co元素含量，提高材料强度同时降低热膨胀系数，进而获得一种低膨胀系数芯轴用渗碳钢。

具体实施方式

在具体实施过程中，本发明通过真空感应熔炼和电渣重熔的方式，冶炼成分符合要求的铸锭，合理设计锭型，保证铸锭致密且成分均匀。为保证致密性和组织均匀性，铸锭在使用前进行锻造，要合理控制锻造工艺，以保证锻造过程中不发生开裂。