[发明专利]轴承钢构件及其表面激光熔凝-离子注入复合强化方法

说明书

本发明公开了一种轴承钢构件及其表面激光熔凝‑离子注入复合强化方法，复合强化方法用于强化处理轴承钢构件，轴承钢构件的待处理部位为轴承内圈的外滚道或者轴承外圈的内滚道，具体地：先在轴承钢构件的待处理部位，施加激光熔凝处理工序，以在轴承钢构件的待处理部位覆盖激光熔凝芯层；接着，采用真空离子热处理工序，对激光熔凝芯层进行改性处理，以形成激光熔凝改性芯层；最后在激光熔凝改性芯层的表面施加离子注入工序，以覆盖离子注入表层；离子注入表层通过气体离子、金属离子交替注入而形成。因此，本发明能够抑制疲劳裂纹的萌生和扩展，并能够为高端轴承提供所需的高强高韧性能，提高轴承使用寿命。

技术领域

本发明属于金属材料表面强化处理领域，具体涉及一种轴承钢构件表面激光熔凝-离子注入复合强化方法；

本发明还涉及一种轴承钢构件，其表面具有经过上述复合强化方法形成的复合强化层。

背景技术

轴承是一种重要的机械设备零件，被广泛应用于各领域，如高速铁路、航空航天、军工武器、船舶制造等，轴承性能的优劣会严重影响整个主机的性能。由于轴承长期工作在高温、重载、高速等恶劣环境中，这对轴承钢材料也提出了苛刻的要求，轴承钢需要良好的抗疲劳性能和高强高韧表面性能来抵抗磨损，同时心部应有良好的抗断裂性能。在合金钢领域中，轴承钢是质量控制要求最严、生产难度最大、检验项目要求最多的钢种之一。轴承钢通常具有良好的抗断裂韧性和强度，但随着航空航天技术及高铁技术的不断发展，应用于航空航天和高铁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。一般来说，成功地进行表面强化的轴承，其寿命可以提高几倍甚至十几倍，在这方面国内外已有许多成功应用的案例。

为提高轴承钢的表面综合性能，如提高其抗腐蚀、抗磨损、抗氧化及抗疲劳性能，目前已证明行之有效的方法之一是激光熔凝技术，利用高能密度的激光束扫描轴承钢的工作面，使表面熔化并在极快的冷却速度下凝固。激光熔凝可以在轴承钢表面获得具有较大深度（1毫米）的改性层，改性层具有高硬度、高耐磨性和高温稳定性能，外强内韧使轴承零件具有耐蚀性好、冲击性能高、疲劳强度高的特点。然而激光熔凝容易在轴承钢表面形成高残余拉应力，残余拉应力的存在容易诱发疲劳裂纹在表层萌生，不利于轴承的滚动接触疲劳寿命提升，因此需要对激光熔凝强化表面进行应力调控。轴承钢另一种常用表面改性技术是离子注入技术，该技术能够在强化表面形成压应力。离子注入的元素类别视具体性能要求和工作场合的不同，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，显著提升轴承钢的表面性能。然而离子注入形成的强化层较浅，一般为0.1微米，最大不超过1微米，其强化层在服役过程中极易剥落而造成强化失效。综合考虑当前单一的表面强化方法，均难以满足工业发展对轴承表面质量日益增长的需要，因此亟需提出一种轴承钢表面复合强化方法，解决当前单一方法强化不足的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种轴承钢构件表面激光熔凝-离子注入复合强化方法，通过这两种技术复合强化能够在轴承表面形成较大的残余应力，提高轴承钢耐磨性、抗疲劳性能、强韧性、润滑性等性能，还能降低摩擦系数，改善微观组织结构，提高轴承钢的综合服役性能。

为实现上述的技术目的，本发明将采取如下的技术方案：