專利名稱：一種高強韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件的生產工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料領域，是一種制備高強韌高耐磨不銹軸承零件的方法，具體涉及到半固態坯料的制備和觸變鍛造兩種工藝。
背景技術：
隨著機械制造業，特別是汽車、航空、原子能等工業的迅速發展，對軸承性能的要求不斷提高。根據軸類零件的使用條件，要求零件表面應具有高的耐磨性，而心部則應表現出良好的強韌性，體現出“功能梯度材料”的特性，傳統的軸類零件成形工藝往往使二者不能兼顧，材料的潛力也得不到充分發揮。9Crl8/9Crl8Mo不銹鋼是典型的高碳鉻型不銹軸承鋼，具有高硬高強耐腐蝕等諸多優點，但由于其碳鉻含量較高，常會有大塊共晶碳化物出現，組織均勻性差。目前人們普遍采用熱處理、激光、電子束、離子束等表面強化方法來強化軸類零件工作表面，能使其工作表面的耐磨性、耐蝕性抗接觸疲勞性能都得到顯著提高，從而使軸承的使用壽命得到增長。文獻I (熱處理技術與裝備，2012，33 (3): 19)報道，將9Crl8不銹鋼依次進行850V升溫處理、1000V淬火工藝、160 V低溫回火、-196°C冷處理以及傳統熱處理工藝改進后的300°C亞溫回火處理，所得零件在確保了淬后回火硬度和一定的耐腐蝕性的前提下，使沖擊韌性有了略微提高。但整個工藝流程耗時長，旨在提高材料整體綜合力學性能，未能體現功能梯度材料的特性，且仍存在大量塊狀碳化物。文獻2 (材料科學與工藝，1999，7(3):26)報道，將熱處理后的9Crl8不銹鋼零件運用氮等離子體浸沒離子注入表面改性工藝使零件表面形成超硬的氮化物強化相，從而提高了零件表面的顯微硬度與耐磨性，同時使生產成本大大提高。文獻3 (Transactions of Nonferrous MetalsSociety of China, 2010, 20(3): 1033)報道，以市場上常見的100Cr6軸承鋼棒材為原料進行1400°C 1425°C高溫觸變鍛造得到了由細小球狀晶粒組成的組織均勻且綜合性能良好的齒輪，但由于原料選擇為鍛后回火態，產品未能體現出功能梯度的特性。這些方法不是側重于提高整體性能，就是耗時長、成本高，均無法得到組織均勻的、具有功能梯度材料特性的零件。半固態加工技術是一種新型的材料制備及加工技術，半固態觸變成形技術是將控制凝固過程獲得的非枝晶的半固態坯料冷卻凝固后，按照所需要的尺寸下料，再重新加熱到半固態溫度，進而進行壓鑄、軋制或鍛造等加工的成形方法。波浪形傾斜冷板法制備半固態坯料可有效地改善影響軸承使用壽命的碳化物不均勻分布狀況；而在液-固兩相區鍛造變形，利用兩相的不同塑性流變行為，可達到成形件表面和心部在狀態、結構和性能的差異，以得到“功能梯度材料”的特性。

發明內容
本發明的目的是制造一種從表面到心部組織性能均有變化，具有功能梯度的高強韌高耐磨不銹軸承零件，并提出了該種零件的生產工藝。本發明是一種高強韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件的生產工藝，其特征在于得到的零件表面由高硬耐磨的細小枝晶組成，心部由韌性好的球狀晶粒組成，零件整體從表面到心部組織性能呈功能梯度變化。為了得到上述功能梯度材料，本發明是通過以下技術方案實現的:
(1)將9Crl8不銹鋼或9Crl8Mo不銹鋼原材料熔融至液態，澆鑄時鋼液流經傾斜冷板至收集坩堝內冷卻生成半固態坯料；
(2)將半固態坯料經觸變鍛造成形，得到所需高強韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件，所述觸變鍛造成形是在半固態溫度區間進行模鍛成形。進一步的，所述步驟(I)中傾斜冷板為波浪形傾斜冷板，可拆分為主板、前支架、后支架三部分。主板由490mmX 150mmX 30mm的45號鋼鋼板制成，正面由7組完整的正弦波組成連續的波浪形，表面涂有高溫自潔不粘覆涂料，支架前后各一個，其中后支架高度可調。進一步的，所述步驟(I)中澆鑄溫度1600°C 1700°C。進一步的，所述步驟(I)中傾斜板澆鑄長度(澆鑄時鋼液流經主板的長度)300mm^400mm ;傾斜板角度35° 60° ;傾斜板預熱溫度25°C 200°C。進一步的，所述步驟(I)中所得半固態坯料組織非枝晶，為大小分布均勻的球狀晶粒或類球狀晶粒。進一步的，所述步驟(2)中模鍛溫度為1300°C 1400°C，該溫度區間內9Crl8或9Crl8Mo不銹鋼為固液共存態。本發明的優點在于:本發明軸承零件表面高硬耐磨、心部韌性好，可適用于軸類零件苛刻的使用條件，大大增加其使用壽命。另外，本發明只包含了澆鑄、模鍛成形，無需增加其他工序即可使零件具有“功能梯度材料”特性，降低了生產成本。


附圖1是本發明半固態坯料制備以及觸變鍛造裝置示意 附圖2是本發明半固態坯料典型金相組織；
附圖3是本發明觸變鍛造工藝示意 附圖4是本發明觸變鍛造后的金相組織；
其中；
1.保溫爐；2.波浪型傾斜冷板主板；3.收集坩堝；4.可調支架；5.模具；6.固相；7.液相。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作詳細描述。本發明使用原材料選用符合國家標準的9Crl8或9Crl8Mo不銹軸承鋼，實施例實測化學成分要求如表I所示。半固態坯料制備裝置由熔化設備、波浪形傾斜冷板以及收集坩堝組成，如圖1所示(1.保溫爐；2.波浪型傾 斜板；3.收集坩堝；4.可調支架；5.模具；6.固相；7.液相)。坯料制備具體工藝如下:將表I所示成分的不銹軸承鋼置于中頻感應爐中加熱至熔化，溫度升高到1700°C時，通過調節手柄傾側爐體使鋼液勻速流經波浪形傾斜冷板，最終聚集于收集坩堝，冷卻凝固。本發明的實施例坯料制備的相關參數如表2所示。本發明中半固態坯料的典型金相組織如圖2所示。冷卻后的坯料擁有球狀晶的半固態組織，將半固態坯料重新加熱至固液共存溫度(13000C 1400°C)進行模鍛，即可得到表面組織與心部組織呈梯度變化的高強韌高耐磨不銹軸承零件。具體鍛造工藝如圖3所示。表I實施例實測化學成分(質量分數％)
權利要求
1.一種高強韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件的生產工藝，其特征在于，包括以下步驟: (1)將9Crl8不銹鋼或9Crl8Mo不銹鋼原材料熔融至液態，澆鑄時鋼液流經傾斜冷板至收集坩堝內冷卻生成半固態坯料； (2)將半固態坯料經觸變鍛造成形，得到所需高強韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件，所述觸變鍛造成形是在半固態溫度區間進行模鍛成形。
2.根據權利要求1所述的高強韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件的生產工藝，其特征在于:所述步驟(I)中傾斜冷板為波浪形，所述波浪形傾斜冷板，可拆分為主板、前支架、后支架三部分；主板由490mmX 150mmX 30mm的45號鋼鋼板制成，正面由7組完整的正弦波組成連續的波浪形，表面涂有高溫自潔不粘覆涂料，支架前后各一個，其中后支架高度可調。
3.根據權利要求1或2中所述的高強韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件的生產工藝，其特征在于:所述步驟(I)中，傾斜冷板澆鑄長度300mnT400mm ;傾斜板角度35°飛0°，傾斜冷板的主板預熱溫度25°C 200°C。
4.根據權利要求1所述的高強韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件的生產工藝，其特征在于:所述步驟(I)中，澆鑄溫度16000C 1700。。。
5.根據權利要求1所述的高強韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件的生產工藝，其特征在于:所述步驟(I)中，所得半固態坯料組織非枝晶，為大小分布均勻的球狀晶粒或類球狀晶粒。
6.根據權利要求1所述的高強韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件的生產工藝，其特征在于:所述步驟(2)中，模鍛溫度為1300°C 1400°C，該溫度區間內9Crl8或9Crl8Mo不銹鋼為固液共存態。
7.根據權利要求1所述的高強韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件的生產工藝，其特征在于:所述的高強韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件的生產工藝制備出的高強韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件表面由高硬耐磨的細小枝晶組成，心部由韌性好的球狀晶粒組成，零件整體從表面到心部組織性能呈功能梯度變化。
全文摘要
本發明提供一種高強韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件的生產工藝，包括步驟(1)將9Cr18不銹鋼或9Cr18Mo不銹鋼原材料熔融至液態，澆鑄時鋼液流經傾斜冷板至收集坩堝內冷卻生成半固態坯料；(2)將半固態坯料經觸變鍛造成形，得到所需高強韌高耐磨不銹軸承鋼軸承零件，所述觸變鍛造成形是在半固態溫度區間進行模鍛成形。根據本生產工藝得到的零件表面由高硬耐磨的細小枝晶組成，心部由韌性好的球狀晶粒組成，零件整體從表面到心部組織性能呈功能梯度變化。本發明只包含了澆鑄、模鍛成形，無需增加其他工序即可使零件具有“功能梯度材料”特性，降低了生產成本。
文檔編號B23P15/00GK103192237SQ20131013846
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月19日 優先權日2013年4月19日
發明者宋仁伯, 趙翠清, 李亞萍, 王鵬 申請人:北京科技大學