一种轴承套圈滚道晶粒的形变相变协同细化方法

摘要

本发明公开了一种轴承套圈滚道晶粒的形变相变协同细化方法，包括以下步骤：S1、控制冷轧形变细化，采用冷轧环成形工艺，利用冷形变细化晶粒，合理控制形变程度确保获得有效的形变细晶效果并控制材料形变损伤；S2、通过感应热处理相变细化，采用感应加热淬火工艺，利用快速奥氏体相变细化晶粒，合理控制相变条件确保获得有效的形变相变协同细晶效果并控制材料组织不均匀。本发明基于冷轧塑性成形和感应热处理工艺，通过优化匹配形变与相变关键工艺条件，可以实现形变相变协同细化滚道晶粒尺寸的作用。

权利要求

1.一种轴承套圈滚道晶粒的形变相变协同细化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、控制冷轧形变细化：采用冷轧环成形轴承套圈滚道，在冷轧环成形过程中，设计冷轧环变形量 其中，δ为轴承套圈材料室温延伸率，R1和R2分别为轴承套圈的内径和外径，r0为轴承套圈滚道的曲率半径，k为冷变形特征系数，k的取值为2.5～3；

S2、感应热处理相变细化：对冷轧环成形后的轴承套圈进行感应加热-淬火热处理，在感应加热淬火过程中，奥氏体化加热温度T＝(1.1-0.2ε)TAcm，奥氏体化加热速度其中，TAcm为轴承套圈材料的Acm相变点，TAc1为轴承套圈材料的Ac1相变点，λ为加热特征系数，λ的取值为3～9，V0＝100℃/s。

2.根据权利要求1所述的轴承套圈滚道晶粒的形变相变协同细化方法，其特征在于，步骤S1中，当轴承套圈材料室温延伸率δ≥25％时，冷变形特征系数k＝3，当轴承套圈材料室温延伸率δ＜20％时，冷变形特征系数k＝2.5。

说明书

一种轴承套圈滚道晶粒的形变相变协同细化方法

技术领域

[0001] 本发明属于轴承制造技术，具体涉及一种轴承套圈滚道晶粒的形变相变协同细化方法。

背景技术

[0002] 轴承是机械装备承载负荷和传递运动的核心部件，滚道是轴承的关键服役部位，其机 械性能是轴承寿命的重要保障。

[0003] 轴承套圈滚道晶粒尺寸直接影响其机械性能，滚道制造过程中的晶粒细化主要取决于 塑性成形和热处理，前者利用形变作用，后者利用相变作用。因此，通过形变和相变协同 来细化轴承套圈滚道晶粒尺寸，是轴承套圈滚道性能强化的重要技术途径，对于长寿命高 可靠轴承制造有着重要意义。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种轴承套圈滚道晶粒的形变相变协同细化方法，它基于冷轧 塑性成形和感应热处理工艺，通过优化匹配形变与相变关键工艺条件，可以实现形变相变 协同细化滚道晶粒尺寸的作用。

[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0006] 一种轴承套圈滚道晶粒的形变相变协同细化方法，包括以下步骤：

[0007] S1、控制冷轧形变细化：采用冷轧环成形轴承套圈滚道，在冷轧环成形过程中，设计 冷轧环变形量 其中，δ为轴承套圈材料室温延伸率，R1和R2分别为轴承套圈的 内径和外径，r0为轴承套圈滚道的曲率半径，k为冷变形特征系数，k的取值为2.5～3；

[0008] S2、感应热处理相变细化：对冷轧环成形后的轴承套圈滚道进行感应加热-淬火热处理， 在感应加热淬火过程中，奥氏体化加热温度T＝(1.1-0.2ε)TAcm，奥氏体化加热速度其中，TAcm为轴承套圈材料的Acm相变点，TAc1为轴承套圈材料的Ac1相变点， λ为加热特征系数，λ的取值为3～9，V0＝100℃/s。

[0009] 按上述技术方案，步骤S1中，当轴承套圈材料室温延伸率δ≥25％时，冷变形特征系 数k＝3，当轴承套圈材料室温延伸率δ＜20％时，冷变形特征系数k＝2.5。

[0010] 本发明产生的有益效果是：本发明先采用冷轧环成形工艺成形轴承套圈滚道，利用冷 形变再结晶效应细化晶粒，考虑到材料不同其延伸率和变形特性均不同，因此本发明根据 材料性能和套圈尺寸设计冷轧环变形量，即变形量不再是固定值(若为固定值，当材料延 伸率较低时，会产生裂纹导致高强韧性达不到要求，当材料延伸率较高时，晶粒细化效果 不理想)，而是随套圈尺寸和材料变化，通过冷轧环变形量控制材料形变损伤，使冷轧形变 产生高密度位错，并形成大量奥氏体形核位置；然后，本发明采用感应加热-淬火热处理工 艺快速相变，可以利用快速奥氏体相变细化晶粒，同时在感应加热淬火过程中，考虑到形 变与相变之间的遗传影响，本发明根据材料冷形变程度和相变条件设计奥氏体化加热温度 和加热速度，通过合理设计奥氏体化加热温度和加热速度合理控制奥氏体相变条件，实现 短时间内奥氏体晶粒形核并抑制晶粒长大，从而达到轴承套圈滚道奥氏体晶粒细化目的， 可以获得有效的形变材料再结晶细晶效果，并能控制材料快速相变造成的组织不均匀。

[0011] 本发明基于滚道塑性成形、热处理与晶粒尺寸之间密切关联性，优化匹配冷轧环成形 和感应热处理工艺，并针对形变与相变之间的遗传影响，通过合理控制形变与相变关键工 艺条件，充分发挥塑性形变与热处理相变协同作用，不仅可以获得显著的滚道晶粒细化效 果，提高滚道组织质量和机械性能，同时可以缩短工艺周期，并且易于实施，可操作性和 经济性好。

具体实施方式

[0012] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术 方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全 部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发 明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得 的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0013] 本发明实施例提供一种轴承套圈滚道晶粒的形变相变协同细化方法，包括以下步骤：

[0014] S1、控制冷轧形变细化：采用冷轧环成形轴承套圈滚道，在冷轧环成形过程中，设计 冷轧环变形量 其中，δ为轴承套圈材料室温延伸率，R1和R2分别为轴承套圈的 内径和外径，r0为轴承套圈滚道的曲率半径，k为冷变形特征系数，k的取值为2.5～3；

[0015] S2、感应热处理相变细化：对冷轧环成形后的轴承套圈滚道进行感应加热-淬火热处理， 该热处理过程包括先利用感应加热线圈对轴承套圈进行快速感应加热，然后加热至一定奥 氏体化温度T后，再进行快速冷却，在感应加热淬火过程中，奥氏体化加热温度T＝(1.1- 0.2ε)TAcm，奥氏体化加热速度 其中，TAcm为轴承套圈材料的Acm相变点(加 热完全奥氏体化温度)，TAc1为轴承套圈材料的Ac1相变点(加热初始奥氏体化温度)，λ为 加热特征系数，λ的取值为3～9，V0为标准感应加热速度V0＝100℃/s。

[0016] 在本发明的优选实施例中，步骤S1中，若轴承套圈材料室温延伸率δ的值较高，则冷 变形特征系数k取大值，反之则取小值，一般来说，当轴承套圈材料室温延伸率δ≥25％ 时，冷变形特征系数k＝3，当轴承套圈材料室温延伸率δ＜20％时，冷变形特征系数k＝2.5。 本发明基于轴承套圈材料的变形特性，优化设计冷轧变形量，能够最大程度的发挥冷轧的 细晶效果，同时控制材料的变形损伤。

[0017] 以下列举1个实施例对本发明进行进一步说明。

[0018] 实施例

[0019] 以GCr15轴承套圈材料的某型号轴承外圈为例，其外径R2为80mm、内径R1为65mm、 轴承套圈滚道的曲率半径r0为7mm、轴承套圈材料室温延伸率δ为30.2％、TAc1＝765℃、TAcm＝ 913℃。

[0020] 采用本发明对该轴承外圈的滚道晶粒进行形变相变协同细化，包括以下步骤：

[0021] S1、控制冷轧形变细化：采用冷轧环成形工艺，合理控制形变程度，获得有效的形变 细晶效果，同时控制材料形变损伤；

[0022] 根据公式 计算得到冷轧环合理变形量范围为35.23～42.28％，在本例中选取 冷轧环变形量为42.28％进行冷轧环成形；

[0023] S2、感应热处理相变细化：采用感应加热淬火工艺，合理控制相变条件，获得有效的 形变材料再结晶细晶效果，同时控制材料快速相变组织不均匀性；

[0024] 根据公式T＝(1.1-0.2ε)TAcm和 计算得到奥氏体化加热温度为927℃、奥 氏体化加热速度为105～314℃/s，在本例中选取加热温度为927℃、加热速度为200℃/s， 对轴承套圈进行感应热处理。

[0025] 将上述实施例所获得的轴承套圈滚道原奥氏体晶粒尺寸进行测试，平均晶粒尺寸为 5.9μm，相比传统工艺滚道晶粒尺寸减小50％以上，由此可见本发明能够有效实现滚道晶粒 细化。

[0026] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而 所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。