[发明专利]一种钢质套圈及其制备方法

说明书

本发明涉及一种钢质套圈及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：1）制备自耗铸坯；2）铸坯的冒口切割；3）高温锻造成棒材；4）将棒材切断后得到的小棒料镦粗；5）墩粗料冲孔；6）碾扩使沟道成形。本方法可以解决轴承钢套圈零件中的疏松、气孔以及应力集中导致的微小孔洞型缺陷，延迟裂纹萌生、扩展以及基体剥落时间，从而提高轴承服役寿命，确保主机的安全稳定性。

技术领域

本发明涉及钢质产品制备技术领域，特别是涉及一种钢质套圈及其制备方法。

背景技术

M50轴承钢由于其高的耐磨性、强度以及高温稳定性，被广泛应用在高端轴承的制备上。该类钢由于具有较高的碳含量和合金含量，导致其凝固区间大，凝固过程产生严重的缩孔疏松缺陷以及粗大的一次碳化物，这也是制约成品轴承长寿命的最重要因素。此外，宽的凝固区间也会导致局部凝固时间长，H、N、O等气体形成元素会自身严重富集或者依附已形成的夹杂物、碳化物而富集。

此外，对于制备轴承套圈而言，小尺寸棒料要经过镦饼、冲孔、碾扩等环件成形工序，在这些过程中，由于棒材中的粗大的一次碳化物的存在，会出现碳化物周围较大的应力集中甚至诱发微小裂纹，从而导致轴承在服役过程中此处成为薄弱环节。

由此可见，各阶段带入的孔洞型微缺陷都有可能存在于最终的轴承套圈中，而这些微缺陷的存在会缩短裂纹萌生时间，从而加速疲劳失效和剥落，大幅降低轴承的服役寿命，例如在严苛环境下低于500h。

因此，M50高温轴承钢套圈零件微缺陷的控制需要解决疏松、气孔以及应力集中导致的微小孔洞型缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种钢质套圈及其制备方法，主要目的在于制备一种钢质套圈，其材料中微小孔洞型缺陷得到控制，使得轴承能够满足长寿命、高可靠性要求。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供一种钢质套圈的制备方法，包括以下步骤：

1）制备自耗铸坯；

2）铸坯的冒口切割：冒口切割高度H以避免铸坯顶部缩孔疏松遗传至锻材为准；

3）高温锻造成棒材：设置锻前温度和保温时间，或设置锻中温度和保温时间进行锻造成形；

4）将棒材切断后得到的小棒料镦粗：将小棒料镦粗呈饼状；

5）墩粗料冲孔：确定中间冲孔区域半径，并根据该中间冲孔区域半径对墩粗料冲孔；

6）碾扩使沟道成形：套圈沟道经碾扩成形后，得到钢质套圈，其中，套圈材料中孔洞缺陷小于2μm。

优选的，步骤1）中的自耗铸坯通过控制结晶器尺寸及采用充氦冷却方式进行加强冷却而制得。凝固的自耗铸坯和结晶器之间会产生气隙，其导热能力很差，而充入氦气可以增强冷却效果。熔池饱满后，在结晶器和已凝固坯壳之间自下而上冲入氦气，可以提高局部冷却速率。优选的，对于直径D≤550mm的自耗坯，充氦冷却采用氦气压力0.4-0.5MPa，可以使得自耗铸坯中碳化物尺寸≤380μm，冒口端1/2半径处孔洞缺陷尺寸小于30μm。

优选的，步骤2）中的冒口切割高度 H:D＞9%，其中，D为自耗坯直径。

进一步优选的，自耗坯直径D≤550mm，冒口切割高度≥50mm。

优选的，步骤3）中，锻前或者锻中温度为1140-1190℃，保温时间≥15h。

优选的，步骤3）中，锻造过程采用三镦三拔工艺，坯料锻造比≥5。

进一步优选的，锻造之后进行球化退火，获得棒材；更优选的，球化退火的温度为820-870℃，退火时间为5-10h。

经过上述处理，棒材1/2半径处孔洞缺陷尺寸小于10μm。