一种耐磨性轴承的制备方法与流程

[0001]
本发明属于轴承加工技术领域，具体涉及一种耐磨性轴承的制备方法。


背景技术：

[0002]
轴承是在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的部件。也可以说，当其它机件在轴上彼此产生相对运动时，用来降低动力传递过程中的摩擦系数和保持轴中心位置固定的机件。轴承是当代机械设备中一种举足轻重的零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，用以降低设备在传动过程中的机械载荷摩擦系数。轴承在使用中经常会因为磨损而影响正常使用。磨损是材料破坏的主要原因之一，会造成相当惊人的经济损失。据统计，在工业发达国家，机械装备及零件的磨损所造成的经济损失占国民经济总产值的4%左右，其中磨料磨损占金属磨损总量的50%。我国每年因磨损造成的损失高达gdp的4.5%左右，超过10000亿人民币，每年因磨料磨损所消耗的钢材达百万吨以上，仅煤矿用刮板输送机中部槽每年就消耗6~8万t钢板。材料在冲击磨损条件下，磨损的主要原因是由于其强朝性不足，从而发生脆性剥落、断裂等早期失效。
[0003]
为了提高轴承的耐磨损性，申请号为：cn201711203881.7 公开了一种轴承及其制备工艺。属于金属材料技术领域。轴承的原料成分及百分含量为：cd：0.05~0.07％、mn：0.5~1.5％、c：0.4~0.8％、tl：0.08~0.12％、cu：0.01~0.05％、co：0.03~0.07％、余量为fe和杂质。原料中的镉元素能与材料中的铜作用形成硬铜合金相弥散与钢中，明显提升合金钢的抗拉强度和耐磨性。铊对合金钢的作用非常重要，不仅能提高合金的强度，也能改善合金硬度、增强合金抗腐蚀性能，对延长产品寿命的效果不可忽视。同时，通过轴承本体和轴承本体外的高分子层相结合的方式，赋予产品在面对复杂多变的环境时，拥有极强的抗性。虽然该发明对轴承的耐磨性有一定的提高，但是本领域技术人员知晓的随着钢材抗拉强度的增加，钢材的磨损率往往会呈现出一个先下降后上升的趋势，也即该发明存在一定技术缺陷，仍需进行进一步的改善。


技术实现要素：

[0004]
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种耐磨性轴承的制备方法，本发明在基础钢成分的基础上，对其成分以及轴承制备方法进行调整，最终制得的轴承耐磨损性能极佳，并且随着冲击时间的延长，磨损量并没有出现快速增长的趋势，也即本申请所制备的轴承性能稳定，极具市场推广应用价值。
[0005]
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种耐磨性轴承的制备方法，包括如下步骤：（一）原料称取：称取相应重量百分比的ni 1.4~1.6%、c 0.4~0.42%、si 0.64~0.68%、cr 0.5~0.6%、mo 0.55~0.75%、mn 1.8~2%、p 0.04~0.045%、s 0.012~0.013%、b 0.0025~0.0045%、cu 0.03~0.05%、cd 0.004~0.006%，余量为fe及杂质备用；
（二）熔炼：将步骤（一）中称取的原料置于坩埚内进行熔炼，待完全熔融后将超声波探头置于熔体下3~4cm处，进行超声波处理的同时进行低能质子辐照处理，处理1~2h后得熔体a保温备用；（三）冶炼：将步骤（二）中所得的熔体a投入真空感应炉中冶炼，冶炼的同时进行电子束辐照处理，处理40~60min后得熔体b备用；（四）浇注成型：将步骤（三）中所得的熔体b浇注入模具内得到轴承半成品备用；（五）成品：将步骤（四）中所得的半成品进行回火、退火处理，冷等离子体处理后，再经机加工后组装成轴承。
[0006]
进一步地，步骤（二）中所述的超声波的频率为30~60khz。
[0007]
进一步地，步骤（二）中所述的低能质子辐照的能量为2~3mev。
[0008]
通过采用上述技术方案，将超声波引入到熔体制备中，熔体在经历空化、声流等主要效应后，会引起熔体中多种物理场的变化，进而对熔体产生特殊效果，细化晶粒，组织均匀化，同时进行低能质子辐照处理，毛化组织，提高组织的比表面积，促进相互融合，从而提高成品的力学性能。
[0009]
进一步地，步骤（三）中所述的冶炼的真空度为5~8pa。
[0010]
进一步地，步骤（三）中所述的电子束辐照处理的剂量为3~4
×
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rad/s。
[0011]
通过采用上述技术方案，真空冶炼的同时进行电子束辐照处理，当入射的电子束辐照熔体时，入射的电子束辐射能量损失，释放给所撞击的分子中的原子，原子被激发，在分子链骨架上形成一定量的活性自由基，由于这些基团的位阻大，发生共价键和次价键的断裂，进一步细化晶粒，改善成品的耐磨损性能。
[0012]
进一步地，步骤（五）中所述的回火处理的温度为600~800℃，回火时间为30~40min，退火温度为300~400℃，退火时间为20~30min。
[0013]
进一步地，步骤（五）中所述的冷等离子体处理的频率为30~40mhz，功率为180~220w，真空度为1.33~1.88pa，处理时间为3~5min。
[0014]
通过采用上述技术方案，回火、退火之后进行冷等离子体处理，能有效避免处理过程中出现截面变形、弯曲变形和扭曲变形的现象，保障性能的稳定性。
[0015]
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明在基础钢成分的基础上，对其成分以及轴承制备方法进行调整，最终制得的轴承耐磨损性能极佳，并且随着冲击时间的延长，磨损量并没有出现快速增长的趋势，也即本申请所制备的轴承性能稳定，极具市场推广应用价值。
附图说明
[0016]
图1为本发明具体实施方式部分各实施例轴承耐磨损性能试验对比图。
具体实施方式
[0017]
一种耐磨性轴承的制备方法，包括如下步骤：
（一）原料称取：称取相应重量百分比的ni 1.4~1.6%、c 0.4~0.42%、si 0.64~0.68%、cr 0.5~0.6%、mo 0.55~0.75%、mn 1.8~2%、p 0.04~0.045%、s 0.012~0.013%、b 0.0025~0.0045%、cu 0.03~0.05%、cd 0.004~0.006%，余量为fe及杂质备用；（二）熔炼：将步骤（一）中称取的原料置于坩埚内进行熔炼，待完全熔融后将超声波探头置于熔体下3~4cm处，进行频率为30~60khz的超声波处理的同时进行低能质子辐照处理，低能质子辐照的能量为2~3mev，处理1~2h后得熔体a保温备用；（三）冶炼：将步骤（二）中所得的熔体a投入真空感应炉中冶炼，冶炼的真空度为5~8pa，冶炼的同时进行电子束辐照处理，电子束辐照处理的剂量为3~4
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rad/s，处理40~60min后得熔体b备用；（四）浇注成型：将步骤（三）中所得的熔体b浇注入模具内得到轴承半成品备用；（五）成品：将步骤（四）中所得的半成品进行回火、退火处理，冷等离子体处理后，再经机加工后组装成轴承；回火处理的温度为600~800℃，回火时间为30~40min，退火温度为300~400℃，退火时间为20~30min；冷等离子体处理的频率为30~40mhz，功率为180~220w，真空度为1.33~1.88pa，处理时间为3~5min。
[0018]
为了对本发明做更进一步的解释，下面结合下述具体实施例进行阐述。
[0019]
实施例1 一种耐磨性轴承的制备方法，包括如下步骤：（一）原料称取：称取相应重量百分比的ni 1.4%、c 0.4%、si 0.64%、cr 0.5%、mo 0.55%、mn 1.8%、p 0.04%、s 0.012%、b 0.0025%、cu 0.03%、cd 0.004%，余量为fe及杂质备用；（二）熔炼：将步骤（一）中称取的原料置于坩埚内进行熔炼，待完全熔融后将超声波探头置于熔体下3cm处，进行频率为30khz的超声波处理的同时进行低能质子辐照处理，低能质子辐照的能量为2mev，处理1h后得熔体a保温备用；（三）冶炼：将步骤（二）中所得的熔体a投入真空感应炉中冶炼，冶炼的真空度为5pa，冶炼的同时进行电子束辐照处理，电子束辐照处理的剂量为3
×
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rad/s，处理40min后得熔体b备用；（四）浇注成型：将步骤（三）中所得的熔体b浇注入模具内得到轴承半成品备用；（五）成品：将步骤（四）中所得的半成品进行回火、退火处理，冷等离子体处理后，再经机加工后组装成轴承；回火处理的温度为600℃，回火时间为30min，退火温度为300℃，退火时间为20min；冷等离子体处理的频率为30mhz，功率为180w，真空度为1.33pa，处理时间为3min。
[0020]
实施例2
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一种耐磨性轴承的制备方法，包括如下步骤：（一）原料称取：称取相应重量百分比的ni 1.5%、c 0.41%、si 0.66%、cr 0.55%、mo 0.65%、mn 1.9%、p 0.0425%、s 0.0125%、b 0.0035%、cu 0.04%、cd 0.005%，余量为fe及杂质备用；（二）熔炼：将步骤（一）中称取的原料置于坩埚内进行熔炼，待完全熔融后将超声波探头置于熔体下3.5cm处，进行频率为45khz的超声波处理的同时进行低能质子辐照处理，低能质子辐照的能量为2.5mev，处理1.5h后得熔体a保温备用；（三）冶炼：将步骤（二）中所得的熔体a投入真空感应炉中冶炼，冶炼的真空度为6.5pa，冶炼的同时进行电子束辐照处理，电子束辐照处理的剂量为3.5
×
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rad/s，处理50min后得熔体b备用；（四）浇注成型：将步骤（三）中所得的熔体b浇注入模具内得到轴承半成品备用；（五）成品：将步骤（四）中所得的半成品进行回火、退火处理，冷等离子体处理后，再经机加工后组装成轴承；回火处理的温度为700℃，回火时间为35min，退火温度为350℃，退火时间为25min；冷等离子体处理的频率为35mhz，功率为200w，真空度为1.55pa，处理时间为4min。
[0021]
实施例3 一种耐磨性轴承的制备方法，包括如下步骤：（一）原料称取：称取相应重量百分比的ni 1.6%、c 0.42%、si 0.68%、cr 0.6%、mo 0.75%、mn 2%、p 0.045%、s 0.013%、b 0.0045%、cu 0.05%、cd 0.006%，余量为fe及杂质备用；（二）熔炼：将步骤（一）中称取的原料置于坩埚内进行熔炼，待完全熔融后将超声波探头置于熔体下4cm处，进行频率为60khz的超声波处理的同时进行低能质子辐照处理，低能质子辐照的能量为3mev，处理2h后得熔体a保温备用；（三）冶炼：将步骤（二）中所得的熔体a投入真空感应炉中冶炼，冶炼的真空度为8pa，冶炼的同时进行电子束辐照处理，电子束辐照处理的剂量为4
×
10
6
rad/s，处理60min后得熔体b备用；（四）浇注成型：将步骤（三）中所得的熔体b浇注入模具内得到轴承半成品备用；（五）成品：将步骤（四）中所得的半成品进行回火、退火处理，冷等离子体处理后，再经机加工后组装成轴承；回火处理的温度为800℃，回火时间为40min，退火温度为400℃，退火时间为30min；冷等离子体处理的频率为40mhz，功率为220w，真空度为1.88pa，处理时间为5min。
[0022]
实施例4一种耐磨性轴承的制备方法，包括如下步骤：（一）原料称取：
称取相应重量百分比的ni 1.5%、c 0.41%、si 0.66%、cr 0.55%、mo 0.65%、mn 1.9%、p 0.0425%、s 0.0125%、b 0.0035%、cu 0.04%、cd 0.005%，余量为fe及杂质备用；（二）熔炼：将步骤（一）中称取的原料置于坩埚内进行熔炼，处理1.5h后得熔体a保温备用；（三）冶炼：将步骤（二）中所得的熔体a投入真空感应炉中冶炼，冶炼的真空度为6.5pa，冶炼的同时进行电子束辐照处理，电子束辐照处理的剂量为3.5
×
10
6
rad/s，处理50min后得熔体b备用；（四）浇注成型：将步骤（三）中所得的熔体b浇注入模具内得到轴承半成品备用；（五）成品：将步骤（四）中所得的半成品进行回火、退火处理，冷等离子体处理后，再经机加工后组装成轴承；回火处理的温度为700℃，回火时间为35min，退火温度为350℃，退火时间为25min；冷等离子体处理的频率为35mhz，功率为200w，真空度为1.55pa，处理时间为4min。
[0023]
实施例5一种耐磨性轴承的制备方法，包括如下步骤：（一）原料称取：称取相应重量百分比的ni 1.5%、c 0.41%、si 0.66%、cr 0.55%、mo 0.65%、mn 1.9%、p 0.0425%、s 0.0125%、b 0.0035%、cu 0.04%、cd 0.005%，余量为fe及杂质备用；（二）熔炼：将步骤（一）中称取的原料置于坩埚内进行熔炼，待完全熔融后将超声波探头置于熔体下3.5cm处，进行频率为45khz的超声波处理的同时进行低能质子辐照处理，低能质子辐照的能量为2.5mev，处理1.5h后得熔体a保温备用；（三）冶炼：将步骤（二）中所得的熔体a投入真空感应炉中冶炼，冶炼的真空度为6.5pa，处理50min后得熔体b备用；（四）浇注成型：将步骤（三）中所得的熔体b浇注入模具内得到轴承半成品备用；（五）成品：将步骤（四）中所得的半成品进行回火、退火处理，冷等离子体处理后，再经机加工后组装成轴承；回火处理的温度为700℃，回火时间为35min，退火温度为350℃，退火时间为25min；冷等离子体处理的频率为35mhz，功率为200w，真空度为1.55pa，处理时间为4min。
[0024]
实施例6一种耐磨性轴承的制备方法，包括如下步骤：（一）原料称取：称取相应重量百分比的ni 1.5%、c 0.41%、si 0.66%、cr 0.55%、mo 0.65%、mn 1.9%、p 0.0425%、s 0.0125%、b 0.0035%、cu 0.04%、cd 0.005%，余量为fe及杂质备用；（二）熔炼：将步骤（一）中称取的原料置于坩埚内进行熔炼，待完全熔融后将超声波探头置于熔体
下3.5cm处，进行频率为45khz的超声波处理的同时进行低能质子辐照处理，低能质子辐照的能量为2.5mev，处理1.5h后得熔体a保温备用；（三）冶炼：将步骤（二）中所得的熔体a投入真空感应炉中冶炼，冶炼的真空度为6.5pa，冶炼的同时进行电子束辐照处理，电子束辐照处理的剂量为3.5
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rad/s，处理50min后得熔体b备用；（四）浇注成型：将步骤（三）中所得的熔体b浇注入模具内得到轴承半成品备用；（五）成品：将步骤（四）中所得的半成品进行回火、退火处理再经机加工后组装成轴承；回火处理的温度为700℃，回火时间为35min，退火温度为350℃，退火时间为25min。
[0025]
对照组申请号为：cn201711203881.7公开的一种轴承及其制备工艺。具体参照该发明具体实施方式部分实施例2的方法。
[0026]
为了对比本发明效果，分别用实施例2、实施例4~6以及对照组的方法制备轴承，然后同时对每组生产制备的轴承磨损量质量测定，采用梅特勒托利多天平le104e/le204e精密电子天平分析天平，设备的精度为0.1mg，在试验机进行不同时间的冲击后，放在称有硅胶的干燥器皿中，防止空气水分氧化造成实验材料的误差。从干燥器皿中取出后，把磨损后的试样用无水乙醇＋丙酮溶液在超声波中清洗30分钟以上，用轻质的毛刷对磨损面进行清理，去除污渍，主要是去除在磨损试样上面的磨料，称重记录完毕，对其磨损量耐磨性进行综合量化比较，每组试验做6个平行试验，取其平均值作为最终试验结果。具体试验对比数据如下表图1所示。
[0027]
由图1可以看出，通过本发明方法制得的轴承耐磨损性能极佳，并且随着冲击时间的延长，磨损量并没有出现快速增长的趋势，也即本申请所制备的轴承性能稳定，极具市场推广应用价值。

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