[发明专利]用于高速精密轴承的超高碳轴承钢材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于高速精密轴承的超高碳轴承钢材料及其制备方法和应用，所述超高碳轴承钢材料，按重量百分数计，包括以下成分：C：1.05％～1.50％；Cr：1.00％～2.00％；Mn：0.10％～0.40％；Si：0.05％～0.19％；Al：1.10％～2.50％；余量为Fe。本发明的超高碳轴承钢材料，具有较高的耐磨性和回火稳定性；用于高速精密轴承，可以以较高的速度运行。

技术领域

本发明属于钢铁材料及热处理工艺技术领域，涉及高速精密轴承的轴承钢领域，特别涉及一种用于高速精密轴承的超高碳轴承钢材料及其制备方法和应用。

背景技术

轴承是机械、交通、航空、国防等领域的设备常用零件，只要涉及转动的部件，大多需要轴承的连接。

轴承钢的基本成分自1905年诞生以来，到现在没有大的变化，各个国家的轴承钢成分大同小异，没有本质性差异。相对而言，我国的轴承钢质量与国外某些国家相比尚有一些差距，主要表现在夹杂物控制、块状及网状碳化物的控制、球化组织的均匀性较差。由此导致了我国高铁轴承接近100％进口，高端机床主轴轴承70％左右进口。我国高速机床主轴轴承的DN值只有2×10⁶而国外的DN值可以达到4×10⁶；其中，轴承的高速性能不好的主要原因是轴承钢的耐磨性不高以及轴承钢的回火稳定性不高。

DN值的提高主要是耐磨性提高的贡献，耐磨性是轴承精度的保证，轴承在高速运转的时候会产生热量，轴承表面温度会升高，温度升高会降低轴承钢的强度，导致耐磨性进一步下降。日本NSK是采用碳氮共渗的方法解决这一问题；碳氮共渗可以提高轴承工作表面的碳含量，提高耐磨性，但是碳氮共渗的温度较低，约850℃左右，产生的渗碳层比较薄，渗后淬火后零件会产生变形，二次磨削加工时可能会将渗碳层磨掉，导致硬度不均匀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高速精密轴承的超高碳轴承钢材料及其制备方法和应用，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的超高碳轴承钢材料，具有较高的耐磨性和回火稳定性；用于高速精密轴承，可以以较高的速度运行。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种用于高速精密轴承的超高碳轴承钢材料，按重量百分数计，包括以下成分：

C：1.05％～1.50％；Cr：1.00％～2.00％；Mn：0.10％～0.40％；Si：0.05％～0.19％；Al：1.10％～2.50％；

余量为Fe。

本发明材料的进一步改进在于，所述超高碳轴承钢材料的氧含量≤10ppm，氮含量≤10ppm，硫含量≤0.03，磷含量≤0.03。

本发明材料的进一步改进在于，所述超高碳轴承钢材料的组织包括回火马氏体、残余奥氏体和未溶碳化物。

本发明材料的进一步改进在于，所述超高碳轴承钢材料的晶粒尺寸范围为6～9μm，马氏体针的长度小于等于9μm。

本发明材料的进一步改进在于，按重量百分数计，还包括以下成分：Ni：0.40～1.50％。

本发明的一种用于高速精密轴承的超高碳轴承钢材料的制备方法，包括以下步骤：

按照预设元素比例制备获得胚料；其中，所述预设元素比例为C：1.05％～1.50％；Cr：1.00％～2.00％；Mn：0.10％～0.40％；Si：0.05％～0.19％；Al：1.10％～2.50％；余量为Fe；

对胚料进行球化退火处理，对球化退火处理后的胚料进行淬火、回火热处理，制备获得所述用于高速精密轴承的超高碳轴承钢。