[发明专利]一种高强韧高耐磨不锈轴承钢轴承零件的生产工艺

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，是一种制备高强韧高耐磨不锈轴承零件的方法，具体涉及到半固态坯料的制备和触变锻造两种工艺。

背景技术

随着机械制造业，特别是汽车、航空、原子能等工业的迅速发展，对轴承性能的要求不断提高。根据轴类零件的使用条件，要求零件表面应具有高的耐磨性，而心部则应表现出良好的强韧性，体现出“功能梯度材料”的特性，传统的轴类零件成形工艺往往使二者不能兼顾，材料的潜力也得不到充分发挥。9Cr18/9Cr18Mo不锈钢是典型的高碳铬型不锈轴承钢，具有高硬高强耐腐蚀等诸多优点，但由于其碳铬含量较高，常会有大块共晶碳化物出现，组织均匀性差。

目前人们普遍采用热处理、激光、电子束、离子束等表面强化方法来强化轴类零件工作表面，能使其工作表面的耐磨性、耐蚀性抗接触疲劳性能都得到显著提高，从而使轴承的使用寿命得到增长。文献1（热处理技术与装备,2012,33(3):19）报道，将9Cr18不锈钢依次进行850℃升温处理、1000℃淬火工艺、160℃低温回火、-196℃冷处理以及传统热处理工艺改进后的300℃亚温回火处理，所得零件在确保了淬后回火硬度和一定的耐腐蚀性的前提下，使冲击韧性有了略微提高。但整个工艺流程耗时长，旨在提高材料整体综合力学性能，未能体现功能梯度材料的特性，且仍存在大量块状碳化物。文献2（材料科学与工艺,1999,7(3):26）报道，将热处理后的9Cr18不锈钢零件运用氮等离子体浸没离子注入表面改性工艺使零件表面形成超硬的氮化物强化相，从而提高了零件表面的显微硬度与耐磨性，同时使生产成本大大提高。文献3（Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2010,20(3):1033）报道，以市场上常见的100Cr6轴承钢棒材为原料进行1400℃~1425℃高温触变锻造得到了由细小球状晶粒组成的组织均匀且综合性能良好的齿轮，但由于原料选择为锻后回火态，产品未能体现出功能梯度的特性。

这些方法不是侧重于提高整体性能，就是耗时长、成本高，均无法得到组织均匀的、具有功能梯度材料特性的零件。半固态加工技术是一种新型的材料制备及加工技术，半固态触变成形技术是将控制凝固过程获得的非枝晶的半固态坯料冷却凝固后，按照所需要的尺寸下料，再重新加热到半固态温度，进而进行压铸、轧制或锻造等加工的成形方法。波浪形倾斜冷板法制备半固态坯料可有效地改善影响轴承使用寿命的碳化物不均匀分布状况；而在液-固两相区锻造变形，利用两相的不同塑性流变行为，可达到成形件表面和心部在状态、结构和性能的差异，以得到“功能梯度材料”的特性。

发明内容

本发明的目的是制造一种从表面到心部组织性能均有变化，具有功能梯度的高强韧高耐磨不锈轴承零件，并提出了该种零件的生产工艺。

本发明是一种高强韧高耐磨不锈轴承钢轴承零件的生产工艺，其特征在于得到的零件表面由高硬耐磨的细小枝晶组成，心部由韧性好的球状晶粒组成，零件整体从表面到心部组织性能呈功能梯度变化。

为了得到上述功能梯度材料，本发明是通过以下技术方案实现的：

（1）将9Cr18不锈钢或9Cr18Mo不锈钢原材料熔融至液态，浇铸时钢液流经倾斜冷板至收集坩埚内冷却生成半固态坯料；

（2）将半固态坯料经触变锻造成形，得到所需高强韧高耐磨不锈轴承钢轴承零件，所述触变锻造成形是在半固态温度区间进行模锻成形。

进一步的，所述步骤（1）中倾斜冷板为波浪形倾斜冷板，可拆分为主板、前支架、后支架三部分。主板由490mm×150mm×30mm的45号钢钢板制成，正面由7组完整的正弦波组成连续的波浪形，表面涂有高温自洁不粘覆涂料，支架前后各一个，其中后支架高度可调。

进一步的，所述步骤（1）中浇铸温度1600℃~1700℃。

进一步的，所述步骤（1）中倾斜板浇铸长度（浇铸时钢液流经主板的长度）300mm~400mm；倾斜板角度35°~60°；倾斜板预热温度25℃~200℃。

进一步的，所述步骤（1）中所得半固态坯料组织非枝晶，为大小分布均匀的球状晶粒或类球状晶粒。

进一步的，所述步骤（2）中模锻温度为1300℃~1400℃，该温度区间内9Cr18或9Cr18Mo不锈钢为固液共存态。

本发明的优点在于： 本发明轴承零件表面高硬耐磨、心部韧性好，可适用于轴类零件苛刻的使用条件，大大增加其使用寿命。另外，本发明只包含了浇铸、模锻成形，无需增加其他工序即可使零件具有“功能梯度材料”特性，降低了生产成本。

附图说明