專利名稱：提高精密滾動球軸承表面硬度的熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種精密滾動球軸承表面的熱處理方法，尤其涉及表面要求具有高硬度的精密滾動球軸承。
背景技術(shù)：
高硬度精密滾動球軸承的熱處理方法通常采用淬火、低溫回火和冰冷處理，這種熱處理工藝的缺點(diǎn)是硬度還不夠高，一般高硬度的精密滾動球軸承采用此法還行，但對于表面要求超高硬度(硬度大于1000HV0. 1)的精密滾動球軸承，則此工藝往往不能滿足硬度要求。現(xiàn)有技術(shù)為了使精密滾動球軸承表面達(dá)到超高硬度采用了表面等溫滲氮處理，這種滲氮工藝的優(yōu)點(diǎn)是軸承表面硬度高、變形小；缺點(diǎn)是保溫時間長、脆性大、氮化層過渡性差。 硬度高易引發(fā)脆性，而過渡性差則會降低氮化層內(nèi)組織之間的結(jié)合力，這些都會引起軸承表面氮化層組織的脫落，因此精密滾動球軸承滲氮后、研磨時其表面常常會有肉眼隱約可見的白亮色點(diǎn)狀缺陷而報廢，報廢率高。精密滾動球軸承通常采用GCr 15鋼，而GCr 15鋼的C、Cr含量都比常用的氮化鋼 38CrMoAl鋼要高得多，并且GCrl5內(nèi)不含有能抑制氮化脆性的Mo、Al元素，滲氮過程中非常容易形成脆性相，因此等溫滲氮處理后、精磨研時精密滾動球軸承的表面上常常會有肉眼隱約可見的白亮色點(diǎn)狀缺陷。經(jīng)過氮化層的金相組織分析及X射線衍射物相定性分析發(fā)現(xiàn)引起脆性和白亮色點(diǎn)狀缺陷的主要原因是氣體等溫滲氮后軸承表面的氮化層組織非常不理想軸承滲氮層最表面的金相組織是厚厚的白亮層，這些白亮層內(nèi)不僅有較脆的ε相和Y’相組織還有脆性極大的ζ相(Fe2N)；脆性極大的ζ相(Fe2N)在后續(xù)研磨時會發(fā)生脫落而形成白亮色點(diǎn)狀缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種提高精密滾動球軸承表面硬度的熱處理工藝，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的提高精密滾動球軸承表面硬度的熱處理工藝，依次包括調(diào)質(zhì)處理步驟、 加工成型步驟、清洗干燥步驟和滲氮處理步驟，其特征在于，所述滲氮處理采用三段式滲氮，第一階段采用低溫高氮勢，第二階段采用高溫高氮勢，第三階段采用高溫低氮勢。所述三段式滲氮具體包括如下步驟第一階段，將滾動球軸承置于滲氮爐內(nèi)，升溫至500 520°C，通入氨氣，氨分解率為18% -25%，保溫23 27小時左右；第二階段，升溫至530°C M0°C，氨分解率為22 沘％，保溫23 27小時左右；第三階段，保持第二階段溫度，將氨分解率提高到75 85%進(jìn)行退氮處理，2 3 小時，滲氮結(jié)束。所述調(diào)質(zhì)處理步驟，是指對原材料GCrl5鋼進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，淬火溫度為835 850°C，回火溫度為600 650°C，加熱保溫時間視零件大小而定，原則是保證零件充分加熱，確保調(diào)質(zhì)處理的金相組織為均勻的回火索氏體，必要時可通過金相分析來確保；所述加工成型步驟，是指將調(diào)質(zhì)處理后的原材料加工成滾動球軸承；調(diào)質(zhì)處理后要對原材料進(jìn)行金相組織分析，確保調(diào)質(zhì)后的組織是均勻的回火索氏體，均勻的調(diào)質(zhì)組織是GCrl5鋼獲得良好滲氮組織的基本要素；所述清洗干燥步驟，是指將滾動球軸承清洗至軸承表面無油污，并干燥。軸承表面無油污一方面能防止油污處產(chǎn)生局部脆性的滲氮組織，一方面有利表面形成氧化膜加快滲氮的還原過程，有助于氣體滲氮的均勻性和縮短氣體滲氮的時間。作為優(yōu)選方案，滲氮結(jié)束時應(yīng)繼續(xù)供氨，并用鼓風(fēng)機(jī)向爐膛內(nèi)通入空氣快速冷卻爐罐，氣體滲氮處理后的滾動球軸承需隨爐冷卻至室溫后再出爐。導(dǎo)致GCrl5鋼精密滾動球軸承表面出現(xiàn)白色點(diǎn)狀缺陷的根本原因在于滲氮層中的白亮層過厚且存在脆性極大的ζ相(Fe2N)，所以要解決脆性、白色點(diǎn)狀缺陷問題，關(guān)鍵在于控制精密滾動球軸承的氮化層質(zhì)量、抑制氮化層內(nèi)各種引發(fā)材料脆性的因素，減少白亮層的厚度、避免ζ相(Fe2N)的形成。為了減少GCrl5鋼滲氮脆性、杜絕ζ相(Fe2N)的形成、避免ζ相(Fe2N)脫落在軸承表面形成白亮色點(diǎn)狀缺陷，同時也考慮到能減少軸承的變形。本發(fā)明采用三段式滲氮工藝，出乎意料的能顯著控制GCrl5鋼精密滾動球軸承的氮化層質(zhì)量、明顯減少白亮層的厚度并杜絕ζ相(Fe2N)的形成。其中第一階段采用低溫高氮勢，可在滲氮組織中形成彌散度大而硬的合金氮化物，以保證軸承表面具有理想的高硬度；第二階段采用高溫高氮勢，可加快擴(kuò)散并使硬度略微降低，同時也使硬度梯度更趨平緩以增加氮化層組織之間的結(jié)合力，以減少軸承表面脆性；第三階段采用高溫低氮勢，可進(jìn)一步降低脆性。此外，在滲氮結(jié)束時繼續(xù)供氨，并用鼓風(fēng)機(jī)向爐膛內(nèi)通入空氣快速冷卻爐罐，可以進(jìn)一步降低脆性和縮短滲氮周期。本發(fā)明工藝能明顯抑制GCrl5鋼氮化層內(nèi)各種引發(fā)材料脆性的因素、避免ζ相 (Fe2N)的形成，使精密滾動球軸承滲氮處理后的質(zhì)量大大提高、報廢率明顯降低，并且操作簡便、成本低。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。實(shí)施例對原材料GCrl5鋼進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，淬火溫度為840°C，保溫時間視零件大小而定 (只要能保證軸承心部組織加熱均勻即可)，回火溫度為630°C，保溫時間視零件大小而定 (只要能保證軸承心部組織加熱均勻即可)，經(jīng)金相組織分析，調(diào)質(zhì)處理的金相組織為均勻的回火索氏體；將調(diào)質(zhì)處理后的原材料加工成滾動球軸承；將滾動球軸承清洗至軸承表面無油污，干燥后放入滲氮爐內(nèi)；進(jìn)行三段式滲氮，第一階段采用低溫高氮勢，升溫至510°C，通入氨氣，氨分解率為18% 25%，保溫25小時左右；第二階段采用高溫高氮勢，升溫至530°C，氨分解率為25%，保溫25小時左右；第三階段采用高溫低氮勢，保持第二階段溫度，將氨分解率提高到 80%進(jìn)行退氮處理，3小時，滲氮結(jié)束。滲氮結(jié)束時應(yīng)繼續(xù)供氨，并用鼓風(fēng)機(jī)向爐膛內(nèi)通入空氣快速冷卻爐罐，氣體滲氮處理后的滾動球軸承需隨爐冷卻至室溫后再出爐。對比例三段式滲氮步驟改為等溫滲氮處理，滲氮溫度為530°C°C，其他步驟與實(shí)施例相同。根據(jù)GB/T 11354-2005《鋼鐵零件滲氮層深度測定和金相組織檢驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)對對比例樣品進(jìn)行滲氮層深度測定和金相組織分析比較。對比樣的氮化層總深度約0. 42mm，表面硬度為1050 1080HV0. 1 ；氮化層的金相組織從表面到心部依次為白亮層(厚度約為15um)—擴(kuò)散層(過渡層)一基體組織(調(diào)質(zhì)組織)，經(jīng)X射線衍射分析存在脆性極大的ζ相(Fe2N)。采用同樣的方法測定實(shí)施例樣品，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)氣體三段式滲氮后軸承套圈的總氮化層深度與對比例相同，仍為0. 42mm左右，但氮化層中的脆性白亮層厚度明顯減小、約為3 5 μ m(留有少量白亮層能保證高硬度)，經(jīng)X射線衍射分析白亮層內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)脆性極大的ζ相(Fe2N)。軸承表面硬度大于1000HV0. 1，符合工藝要求。最重要的是精密滾動球軸承套圈在后續(xù)精研磨時沒有發(fā)生脆性相脫落形成白色點(diǎn)狀缺陷，產(chǎn)品全部合格。
權(quán)利要求
1.一種提高精密滾動球軸承表面硬度的熱處理工藝，依次包括調(diào)質(zhì)處理步驟、加工成型步驟、清洗干燥步驟和滲氮處理步驟，其特征在于，所述滲氮處理采用三段式滲氮，第一階段采用低溫高氮勢，第二階段采用高溫高氮勢，第三階段采用高溫低氮勢。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理工藝，其特征在于，所述三段式滲氮包括如下步驟 第一階段，將滾動球軸承置于滲氮爐內(nèi)，升溫至500 520°C，通入氨氣，氨分解率為18% 25%，保溫23 27小時左右；第二階段，升溫至530°C 540°C，氨分解率為22 沘％，保溫23 27小時左右； 第三階段，保持第二階段溫度，將氨分解率提高到75 85%進(jìn)行退氮處理，2 3小時，滲氮結(jié)束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理工藝，其特征在于，所述調(diào)質(zhì)處理步驟，是指對原材料 GCr 15鋼進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，淬火溫度為8；35 850°C，回火溫度為600 650°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱處理工藝，其特征在于，所述調(diào)質(zhì)處理后的GCrl5鋼組織是均勻的回火索氏體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的熱處理工藝，其特征在于，滲氮結(jié)束時應(yīng)繼續(xù)供氨，并用鼓風(fēng)機(jī)向爐膛內(nèi)通入空氣快速冷卻爐罐，氣體滲氮處理后的滾動球軸承需隨爐冷卻至室溫后再出爐。
全文摘要
本發(fā)明提供一種提高精密滾動球軸承表面硬度的熱處理工藝，依次包括調(diào)質(zhì)處理步驟、加工成型步驟、清洗干燥步驟和滲氮處理步驟，其特征在于，所述滲氮處理采用三段式滲氮，第一階段采用低溫高氮勢，第二階段采用高溫高氮勢，第三階段采用高溫低氮勢。本發(fā)明工藝能明顯抑制GCr15鋼氮化層內(nèi)各種引發(fā)材料脆性的因素、避免ζ相(Fe2N)的形成，使精密滾動球軸承滲氮處理后的質(zhì)量大大提高、報廢率明顯降低。
文檔編號C23F17/00GK102168275SQ201110084208
公開日2011年8月31日 申請日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者劉秦, 陸衛(wèi)倩 申請人:上海電機(jī)學(xué)院