[发明专利]滚动轴承的制备方法

说明书

技术领域

本发明属轴承制备技术领域，具体涉及一种滚动轴承的制备方法。此轴承适于使用在转速较低、工作温度较高但又难以经常加注润滑油脂、频繁受冲击的工况之下。

背景技术

轴承的作用是减少运转的轴与静止的轴座之间的相互摩擦，于是，对轴承予以润滑以减少摩擦阻力并延长其寿命成为轴承的永恒主题。人们先是发明了轴套和滑动轴承，后来又发明出自润滑的滑动轴承，但是滑动摩擦的摩擦阻力大，无法适用中、高速旋转的工况。滚动轴承的诞生解决了这一难题，从而获得了广泛的工业应用，成为最基础最关键的通用零部件。由于用量巨大，其质量性能和寿命至关重要，人们为此而研制出专门的钢种——轴承钢，并制定了各种通用的或者特殊的制造工艺规范。滚动摩擦的阻力大大低于滑动摩擦，这是滚动轴承优于滑动轴承的根本原因。然而滑动轴承可以采用自润滑方式，而滚动轴承却一直需要定期加注润滑油脂。在下述工况中，这种要求往往得不到满足：

1、在冶金机械等环境温度较高的场合，频繁地定期加注油脂显然十分繁琐。按照规范要求，滚动轴承定期加注油脂的间隔时间以运行温度70℃为基准，超过这一温度，加注时间间隔便需缩短，100℃时缩短至基准时长的1/4，120℃时缩短至基准时长的1/10；

2、有些轴承装在大型设备的心脏部位，为了润滑而拆装设备十分麻烦；

3、交通运输装备上的轴承，出厂后难以跟踪维护。

鉴于以上情况，事实上在设备维护管理比较松懈的企业，大量的滚动轴承是在干摩擦状况下运转，由此造成了轴承的早期报废和材料浪费。因此，多年来人们就产生了对滚动轴承自润滑的期盼，并作过多种努力，如发明了粉末冶金轴承。粉末冶金轴承材料的空隙中含油，起到了自润滑的作用，但是材料强度低，磨粒磨损严重，适用场合有限。等温淬火球墨铸铁(简称ADI) 的出现，为自润滑滚动轴承的制造带来了希望。但是传统铸造的球墨铸铁，基体组织较粗大，石墨状态(球化率、球墨数量)不佳，等温淬火后获得的“奥-铁组织”与石墨形态，虽然可以很好地满足一般的装备制造对材料强韧化综合性能的要求，但却无法用在滚动轴承上。原因是：

1、滚动轴承在正常使用前提下，失效破坏的主要原因是转动副之间的点接触疲劳损伤。球墨铸铁中存在的石墨虽然可贡献润滑效果，但是对于基体组织来说，其实就是一个个微小的孔洞和凹坑。如果石墨球不圆整，球径较大的话，这种孔洞和凹坑就会成为点接触疲劳裂纹的萌生点或启裂区，传统铸造所获得的石墨形态不佳，不足以避免成为接触疲劳的萌生点；

2、传统铸造方法所提供的铸件，免不了含有气孔、砂眼、夹渣和缩松缺陷，远不如锻造后的轴承钢毛坯致密；

3、传统铸造球墨铸铁的铸态组织较粗大，导致等温淬火时淬火保温时间和等温转变时间延长(分别为1.5和2小时以上)，热处理效率低，产品成本加大，所获得的组织性能也非最佳；

4、水平连续铸造的铸铁型材虽然实现了铸铁材料组织的细密化甚至达到零缺陷，但是这种方法难以拉制出空心型材，显然满足不了轴承套圈对材料毛坯形状的需要。

上述设计顾虑的存在，阻碍了人们把球墨铸铁材料用于制造自润滑滚动轴承的步伐，以致至今仍未有自润滑滚动轴承问世。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种滚动轴承的制备方法，对轴承套圈和保持架的材料选择、热加工工艺和硬度作了重大改变，旨在把滚动轴承和自润滑滑动轴承的优点结合起来，为冶金机械等装备制造业提供一种能长期工作在“转速较低、工作温度较高、难以经常加注润滑油脂、频繁受冲击”工况下的自润滑滚动轴承。

本发明采用的技术方案：滚动轴承中的内外套圈和保持架，摒弃了轴承钢，而改用了球墨铸铁材料；并对其球墨铸铁管坯的制备，提出了一种新的铸造方法。详述如下：

1、此轴承的内套圈和外套圈均由球墨铸铁经过等温淬火后所得到的“奥铁组织”，即ADI(Austempered Ductile Iron)材料制成。套圈的材料成分相当于普通QT600-3、QT700-2等高强度连铸球墨铸铁，其成分组成为：C： 3.4-3.7，Si：2.3-2.7，Mn：0.2-0.7，Cr：0.1-0.3，Cu≤0.8，S≤0.05，P ≤0.05，Fe：余量。

2、此轴承保持架选用的球铁材料相当于QT350-22、QT400-18等高韧性连铸球墨铸铁，其成分组成为：C：3.1-3.4，Si：2.6-3.3，Mn＜0.2，S≤0.03， P≤0.03，Fe：余量。此材料在铸造后需要进行高温退火处理。