[发明专利]复合离子注入轴承真空回火处理方法

说明书

技术领域  机械制造领域，复合离子注入轴承真空回火方法。

背景技术  滚动轴承的滚动体和套圈主要由轴承钢制造。轴承应具备长寿命、高精度、低发热量、高速性、高刚性、低噪音、高耐磨性等特性，因此要求轴承钢具备：高硬度、均匀硬度、高弹性极限、高接触疲劳强度、必须的韧性、一定的淬透性、在大气的润滑剂中的耐腐蚀性能。为了达到上述性能要求，对轴承钢的化学成分均匀性、非金属夹杂物含量和类型、碳化物粒度和分布、脱碳等要求严格。轴承钢总体上向高质量、高性能和多品种方向发展。轴承用钢按特性及应用环境划分为：高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、高温轴承钢、不锈轴承钢及专用的特种轴承材料。

目前为适应高温、高速、高负荷、耐蚀的要求，需要研制一系列具有特殊性能的新型轴承钢。为了降低轴承钢的氧含量，发展了真空冶炼、电渣重熔、电子束重熔等轴承钢的冶炼技术。而大批量轴承钢的冶炼由电弧炉熔炼，发展成各种类型初炼炉加炉外精炼。日本和德国等均建成了高洁净度、高质量的轴承钢生产线，钢的产量迅速增加，钢的质量和疲劳寿命大幅度提高。瑞典生产的轴承钢的氧含量降到10ppm以下。80年代末期，日本山阳特钢公司的先进水平为5.4ppm，达到了真空重熔轴承钢的水平。

轴承的接触疲劳寿命对钢组织的均匀性非常敏感。提高洁净度(减少钢中的杂质元素和夹杂物含量)，促使钢中的非金属夹杂物和碳化物细小均匀分布，可以提高轴承钢的接触疲劳寿命。轴承钢使用状态下的组织应是回火马氏体基体上均匀分布着细小的碳化物颗粒，这样的组织可以赋予轴承钢所需要的性能。高碳轴承钢中的主要合金元素有碳、铬、硅、锰、钒等。

各国都在研究和开发新型轴承钢，扩大应用和代替传统的轴承钢。如快速渗碳轴承钢，通过改变化学成分来提高渗碳速度，其中碳含量由传统的0.08％～0.20％提高到0.45％左右，渗碳时间由7小时缩短30分钟。由于在高温、腐蚀、润滑条件恶劣的环境下使用轴承愈来愈多，过去使用的M50(CrMo4V)、440C(9Cr18Mo)等轴承钢已不能满足使用要求，急需研制加工性能好、成本低、疲劳寿命长、能适合不同目的和用途的轴承用钢，如高温渗碳钢M50NiL、易加工不锈轴承钢50X18M以及陶瓷轴承材料等，采用离子注入方法，可以将普通轴承钢变成适合不同目的和用途的轴承用钢。

今后轴承钢主要向高洁净度和性能多样化两个方向发展。提高轴承钢的洁净度，特别是降低钢中的氧含量，可以明显延长轴承的寿命。氧含量由28ppm降低到5ppm，疲劳寿命可以延长1个数量级。为了延长轴承钢的寿命，人们多年来一直致力于开发应用精炼技术来降低钢中的氧含量。通过不懈的努力，轴承钢中的最低氧含量已从20世纪60年代的28ppm降低到90年代的5ppm。目前，我国可以将轴承钢中的最低氧含量控制在10ppm左右。轴承使用环境的变化要求轴承钢必须具备性能的多样化。如设备转速的提高，需要准高温用(200℃以下)轴承钢(通常采用在SUJ2钢的基础上提高Si含量、添加V和Nb的方法来达到抗软化和稳定尺寸的目的)；腐蚀应用场合，需要开发不锈轴承钢；为了满足航空航天的需要，应开发高温轴承钢。

随着科学技术的进步及其在热处理方面的应用，热处理技术的发展主要体现在以下几个方面：节约能源型清洁回火热处理：提倡充分利用废热、余热，采用耗能低、周期短的工艺代替周期长、耗能大的工艺等。精密热处理提高产品质量：精密热处理有两方面的含义：一方面是根据工件的使用要求、材料、结构尺寸，利用物理冶金知识及先进的计算机模拟和检测技术，优化工艺参数，达到所需的性能或最大限度地发挥材料的潜力；另一方面是充分保证优化工艺的稳定性，实现产品质量分散度很小(或为零)及热处理畸变为零。

真空回火热处理：真空状态下加热可减少或避免工件的氧化，实现清洁热处理。真空回火热处理基本上不向环境排放废水、废盐、有毒气体、粉尘等污染物。另外，真空回火热处理后，工件的显微组织更加细小均匀，表面与心部组织一致，热处理缺陷如脱碳、裂纹等大大减少，硬度均匀，改善质量、减少产品变形及畸变、降低轴承钢中的含氧量，提高轴承寿命，达到精密热处理标准。随着工件加工技术的发展，精密锻造及精密辗扩(冷辗)工艺的采用，零件毛坯的加工精度越来越高，逐步推广少、无车削工艺，由此对热处理提出了保护工件的表面，防止其氧化的要求。真空回火热处理能有效的满足当今精密加工工业的要求。真空回火热处理工件加热的热源一般为电涡流加热系统、热传导电加热系统或辐射热电加热系统。真空回火热处理需要配备专用的热回火处理设备，包括抽真空机组设备等。设备的投入大及加热程序的复杂，在一定程度上限制了真空回火技术的应用推广。