[发明专利]一种高温轴承钢碳化物细质弥散处理工艺

说明书

本发明公开了一种高温轴承钢碳化物细质弥散处理工艺，所述工艺包括铸锭两段式预处理、铸锭墩拔加工、锻坯一次热处理、锻坯拔长加工、锻坯二次热处理等工序。采取本发明公开的工艺加工制备的高温轴承钢碳化物细小弥散且分布均匀，大颗粒碳化物粒径为1.48μm～1.69μm，平均碳化物粒径1.37μm～1.66μm，经过淬火、回火处理后，高温轴承钢抗拉强度2790MPa～2872MPa,屈服强度2314MPa～2522MPa、延伸率3.14%～3.82%,表面硬度65.3HRC～65.8HRC。

技术领域

本发明属于金属材料热处理技术领域，具体涉及一种高温轴承钢碳化物细质弥散处理工艺。

背景技术

航空发动机作为航空飞行器的动力装置，不仅代表了尖端工程技术的前沿，更引领了高品质特殊钢的发展进程。航空发动机主轴轴承需要在高温高转速的条件下承受剧烈的震动应力、弯曲扭矩以及恶劣的润滑条件，而轴承的开裂将会对航空发动机的完整性产生灾难性后果。随着航空发动机逐渐朝着大推重比、高可靠性、高耐久性、低耗油率、低成本的方向发展，作为航空发动机关键组件的主轴轴承工作条件也变得更加苛刻，需要轴承钢在高温环境运转时具有足够的硬度、强度与尺寸稳定性。

GCr4Mo4V是我国目前航空发动机主轴轴承上用量最大的高温轴承钢，被广泛应用于316℃以下航空发动机主轴轴承的套圈与滚动体加工，然而由于该钢种合金元素含量高达9%，碳元素含量0.8%左右，在凝固结晶过程中由于元素偏析，极易出现块状、网状、大颗粒碳化物，以及合金元素与碳元素在枝晶组织中局部富集，造成铸锭化学成分的不均匀性，在后续加工过程中逐步遗传至钢材形成白蚀区甚至蝴蝶组织，进一步引发钢材服役寿命的缩短与性能的不稳定。

大量研究表明，夹杂物尺寸分布、碳化物尺寸及分布、晶粒尺寸及分布、残余奥氏体比例、残余应力等均为影响高温轴承钢服役寿命的关键因素，其中对GCr4Mo4V而言，由于采取双真空冶炼工艺，氧元素含量已经可以实现5ppm的水平，很好地改善了夹杂物对疲劳寿命的影响，而晶粒尺寸、残余奥氏体比例、残余应力等更多地取决于后续热处理级深加工的工艺条件，唯有碳化物尺寸及分布是很难通过冶炼工艺优化、后续处理等方式加以改进的。

国内针对GCr4Mo4V碳化物的研究很多，但是围绕碳化物细化及均匀化的研究却并不多见，且多围绕热加工对碳化物均质化、细质化的影响规律进行了研究，结果表明通过单一针对热加工方式及变形量进行优化的确可以在一定程度上改善碳化物颗粒尺寸粗大的问题，但是这种改变很有限，且对于碳化物均匀分布的改善几乎可以忽略。因此，通过工艺手段同时实现GCr4Mo4V中碳化物的均质化与细质化，对于提升高温轴承服役寿命乃至提升航空发动机的整体水平都具有重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是一种高温轴承钢碳化物均质化与细质化程度不足的问题。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种高温轴承钢碳化物细质弥散处理工艺，包括铸锭两段式预处理、铸锭墩拔加工、锻坯一次热处理、锻坯拔长加工、锻坯二次热处理工序，具体如下；

所述铸锭两段式预处理工序：将高温轴承钢铸锭放置于加热炉内加热至1150℃～1170℃，保温15小时～24小时；继续加热至1190℃～1200℃，保温5小时～10小时，出炉待温至1100℃～1130℃后开展墩拔加工；

所述锻坯一次热处理工序：将墩拔后的高温轴承钢锻坯热装入1200℃～1230℃的加热炉内，保温5小时～10小时，出炉待温至1100℃～1130℃后开展拔长锻造；

所述锻坯二次热处理工序：将拔长后的高温轴承钢锻坯热装入1200℃～1230℃的加热炉内，保温15小时～24小时；接着随炉冷却至1100℃～1150℃，保温5小时～10小时；接着随炉冷至1020℃～1050℃，保温5小时～10小时；接着随炉冷却至800℃～820℃，保温5小时～10小时；最后以≤20℃/小时的降温速率冷却至500℃～550℃，出炉空冷。