[发明专利]一种CSS-42L轴承钢超低温离子注入复合强化方法

说明书

本发明公开了一种CSS‑42L轴承钢超低温离子注入复合强化方法。所述轴承钢的强化方法包括如下步骤：(1)采用气体离子束对轴承钢进行清洗；(2)采用低能大束流气体离子对经步骤(1)处理后的所述轴承钢进行真空热处理；(3)采用中能离子束在步骤(2)得到轴承钢表面交替注入气体离子和金属离子；(4)采用超低温对步骤(3)注入过程中的轴承钢进行深冷强化处理；至此得到强化轴承钢。本发明采用超低温离子注入复合强化CSS‑42L轴承钢的方法，可以大幅度提高CSS‑42L轴承钢的次深表层强化深度，显著提升其耐磨损、抗疲劳、强韧性、硬度等性能，在CSS‑42L轴承钢次深表层形成强韧一体化材料改性层。

技术领域

本发明涉及一种超低温离子注入复合强化CSS-42L轴承钢的方法，属于金属材料的深冷处理和离子束表面强化交叉领域。

背景技术

轴承是航空发动机中重要部件之一，主要用于各种航空发动机主轴及传动附件，其性能的优劣会严重影响整个发动机的性能。由于航空轴承工作在高温、重载、高速等恶劣环境中，对航空轴承材料也提出了苛刻的要求，需要良好的抗疲劳性能和高强高韧表面性能来抵抗磨损，同时心部有良好的抗断裂性能。CSS-42L轴承钢是美国在20世纪90年代开发的，继GCrl5钢和M50NiL钢之后的第三代轴承钢，具有良好的抗断裂韧性和强度。但随着航空航天技术的不断发展，应用于航空航天领域的高性能轴承数量呈快速增长之势，其应用性能要求不仅包括了高速、高承载能力、高可靠性、长寿命等特征，而且在一些特殊应用条件下还要求其具有良好的高、低温性能和短时间的贫油运行能力，因此，现有的CSS-42L轴承钢的耐磨损、抗疲劳、强韧性、硬度等性能有待进一步提升，这就要求CSS-42L轴承钢强化处理技术方面也要有新的创新和突破。

为提高CSS-42L轴承钢的综合性能，如提高其抗腐蚀、抗磨损、抗氧化及抗疲劳性能，提高表面硬度和韧性，降低轴承材料的摩擦系数，改善轴承工作面的微观结构和高强高韧性能等，目前已证明行之有效的方法之一是采用轴承工作面离子注入技术，由于CSS-42L轴承钢的材料成分和组织结构与其它轴承材料具有较大区别，注入的元素类别视具体性能要求的不同，可选择一种或多种不同的元素，各类离子的注入可有助于析出金属化合物和合金相，形成弥散分布的强化相，减少粘着磨损，增强基底强度，提高润滑性能，显著提升轴承钢表面减磨耐磨性能，且该技术绿色无污染。但是离子注入改性层比较浅，强化效果已经无法满足高速重负载轴承性能进一步提升性能的要求。

因此，现有的CSS-42L轴承钢离子注入后的强韧性、耐磨损、抗疲劳、硬度等性能有待进一步提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种超低温离子注入协同强化CSS-42L轴承钢的方法，克服了现有离子注入改性层比较浅、强化效果仅仅局限于表层、无法改变CSS-42L轴承钢内部组织及性能、满足CSS-42L轴承钢高强韧性特征的缺点；本发明方法能够大幅度提高CSS-42L轴承钢的次深表层强化深度，在CSS-42L轴承钢次深表层形成强韧一体化材料改性层，显著提升了其耐磨损、抗疲劳、强韧性、硬度等性能，降低了摩擦系数，改善微观结构的低温或高温性能等，提高传动轴承钢的综合性能。

本发明所提供的轴承钢的强化方法，包括如下步骤：

(1)采用气体离子束对轴承钢进行清洗；

(2)采用低能大束流气体离子对经步骤(1)处理后的所述轴承钢进行真空热处理；

(3)采用中能离子束在步骤(2)得到轴承钢表面交替注入气体离子和金属离子；

(4)采用超低温对步骤(3)注入过程中的轴承钢进行深冷强化处理；至此得到强化轴承钢。

上述的强化方法中，所述轴承钢为CSS-42L轴承钢。