[发明专利]一种超高碳型轴承钢的热处理方法

说明书

技术领域

本发明属于钢的热处理工艺技术领域，特别涉及高碳钢及轴承钢。

背景技术

轴承的内在质量在所有影响疲劳寿命的因素中占主导地位，而轴承的内在质量主要是指轴承钢中的夹杂物（如氧化物、氮化物），因此提高轴承寿命的主要措施就是降低钢中的氧含量。依据目前的炼钢技术，世界上的轴承钢大公司如日本山阳、瑞典SKF等都可以做到将轴承钢中的氧含量降低至10ppm，而我国的兴澄特钢甚至低于5ppm。在现有技术下，已经很难通过降低氧含量来提高轴承寿命，所以发达国家转向了通过控制夹杂物的尺寸和形态来提高轴承的寿命。另一方面，有学者通过采用表面处理工艺来提高轴承钢的性能以及探索新的材料（如陶瓷材料）来替代部分应用场合的轴承钢【R.Nathan Katz,《International Journal of High Technology Ceramics》,1985,volume1,issue1,P69-79】。高碳铬轴承钢自从1905年问世以来，其经典的基本成分一直未曾改变。日本NTN公司在经典成分基础上提高了Si的含量【Hirokazu NAKASHIMA,《NTN TECHNICAL REVIEW》,2008,No.76,P10-17】，从而提高了轴承钢的抗回火软化的能力，其疲劳寿命也提高了一倍。

超高碳型轴承钢的碳含量为1.01-2.1wt.%，具有比传统高碳铬轴承钢更高的基体强度、硬度和抗回火软化能力。提高轴承钢的基体强度和硬度是延长轴承钢滚动接触疲劳寿命的方法之一。延长轴承使用寿命，提高轴承钢抗高冲击能力是科学工作者的追求的目标，也是现代设备的要求。目前高速列车、大型风力发电设备以及精密加工等领域所使用的轴承材料一直被国外商家垄断，其原因就是国产轴承的寿命与进口轴承相比，还有很多差距。开发新型轴承钢材料是打破垄断的另一种途径。超高碳型轴承钢具有更高的承载能力，是一种有广阔应用前景的新型轴承材料。但根据常规淬回火热处理方法处理后的超高碳钢冲击韧性较低。因此，开发适合超高碳型轴承钢的新型热处理工艺，使其同时具备超长的使用寿命和较高的冲击韧性势在必行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高碳型轴承钢的热处理方法，经该热处理方法处理后的超高碳型轴承钢的滚动接触疲劳寿命更长，并且拥有更高的冲击韧性。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

将球化后的超高碳型轴承钢部分奥氏体化；然后，在下贝氏体区进行等温形成部分超级贝氏体，等温后油淬或水冷获得部分马氏体。

所述奥氏体化温度为860-950℃。

所述奥氏体化的加热时间按所述超高碳型轴承钢的有效厚度以加热系数1.0-2.0min/mm确定。

所述等温温度为150-350℃，等温时间为5-45min。

若超级贝氏体体积分数<30%，则在油淬或水冷后进行150-200℃回火1-3h。

所述超高碳型轴承钢的成分按重量百分比计为：C:1.10-1.50%，Cr:1.00-2.00%，Mn:0.25-1.00%，Si:0.20-1.50%，Al:1.0-2.0%，余量为Fe。

经所述热处理方法处理后的超高碳型轴承钢的组织为：马氏体+超级贝氏体+残余奥氏体+剩余碳化物，其中超级贝氏体的体积分数为5-80%。

本发明所述热处理方法中，超高碳型轴承钢经部分奥氏体化后，有大量的C溶于奥氏体中，在等温过程中，由于Si和Al的存在抑制了碳化物从奥氏体中析出来，从而使得富碳奥氏体在室温下能稳定存在，形成了细条状贝氏体铁素体+富碳奥氏体薄膜的超级贝氏体组织。然后油淬或水淬，使得未转变奥氏体再转变成马氏体。另外，由于是部分奥氏体化，所以还有大量抵抗摩擦磨损的碳化物存在。这种复相组织不仅满足了轴承钢的硬度使用要求，而且超级贝氏体的存在还提高了冲击韧性。

本发明的优点是：

1）本发明所述热处理方法使得超高碳型轴承钢在不降低硬度的条件下，冲击韧性得到了很大提高。

2）同时，超高碳型轴承钢经热处理后其接触疲劳寿命要明显高于淬回火态GCr15轴承钢和超高碳型轴承钢。

附图说明

图1为超高碳型轴承钢（有效厚度为10mm）在不同奥氏体化温度加热15min、270℃等温温度等温30min后油淬的组织照片；其中，(a)860℃，(b)880℃，(c)900℃，(d)920℃；