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首页 / 专利分类库 / 铁的冶金 / 一种静音轴承材料的制备方法

一种静音轴承材料的制备方法

申请号 CN202311764815.2 申请日 2023-12-20 公开(公告)号 CN117802301A 公开(公告)日 2024-04-02
申请人 广东中南钢铁股份有限公司; 发明人 龙鹄; 刘栋; 李富强; 丘文生; 钟寿军; 万翔; 张祖江; 鲁金龙; 余大华; 李至荣; 何海峰; 杨明梅; 农之江; 黄含哲; 敖永明; 谢杰智; 丁胜利;
摘要 本 发明 公开了一种静音 轴承 材料的制备方法。本发明提供的静音轴承材料的制备方法,其包括:从材料制备环节、深加工环节到轴承装配环节的全流程开展管控,降低静音轴承材料表面的黑灰色局部 腐蚀 和静音轴承材料内部的夹杂物 缺陷 ,其中:材料制备环节的管控包括:对 冶炼 工序、 凝固 工序和成型工序的参数进行管控,深加工环节的管控包括:对淬回火工艺进行管控,轴承装配环节的管控包括:对周转周期进行管控。本发明通过对静音轴承材料制备的全流程进行管控,可以减少因轴承零件表面缺陷导致的异常音,提高轴承音检合格率。
权利要求

1.一种静音轴承材料的制备方法,其特征在于,其包括:从材料制备环节、深加工环节到轴承装配环节的全流程开展管控,降低静音轴承材料表面的黑灰色局部腐蚀和静音轴承材料内部的夹杂物缺陷,其中:材料制备环节的管控包括:对冶炼工序、凝固工序和成型工序的参数进行管控,深加工环节的管控包括:对淬回火工艺进行管控,轴承装配环节的管控包括:对周转周期进行管控。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述材料制备环节包括:原料从“初炼‑包精炼‑真空精炼”冶炼到“保护浇注”凝固再到“轧钢‑精整‑热处理拉拔”成型,制备成精线和/或棒料;所述深加工环节包括:精线和/或棒料从“锻造成型或车削成型、冷辗扩成型、冷挤压成型、温挤压成型”到“热处理”到“磨削”再到清洗检验后装配,制备成轴承。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,对冶炼工序的参数进行管控包括:通过对合金、辅料加入量以及搅拌氩气流量的综合管控,实现钢中大尺寸复合化性夹杂及氮化的减少,提高材料的纯净度。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,对合金加入量的管控包括:控制初炼炉出钢过程合金加入量与精炼炉合金加入量的质量比在3:1‑30:1;对辅料加入量的管控包括:控制初炼炉的渣料加入量占总渣料加入量的75%‑90%,精炼炉过程精炼渣成分波动
1%‑7%。
5.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,对搅拌氩气流量的管控包括:从初炼炉出钢→精炼初期→精炼中期→精炼末期四个阶段氩气流量逐级降低,优选第1阶段按最大设计流量的80%‑100%,第2阶段为60%‑80%,第3阶段为60%‑40%,第4阶段为40%‑
20%控制,其中,最大设计流量根据钢包公称容量来考虑,参考计算公式:Lmax=L0+a1a2(T‑
120);式中,L0表示公称容量为120吨时的最大流量,设计为1300‑1800L/min;T表示钢包公称容量;a1表示钢包高径比系数,范围为0.7‑1.3;a2表示底吹孔数设计系数,范围为0.5‑1。
6.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,通过对冶炼工序的参数进行管控,将中的夹杂物尺寸控制在0‑10μm,轴承钢中Ca、Ti含量分别控制在5ppm,10ppm以内。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,对凝固工序的参数进行管控包括:凝固前过热度控制在10‑30℃,凝固过程压下量控制在铸坯厚度的6%‑15%,并将疏松控制在
0.5级以内,带状化物宽度控制在0‑30μm,降低元素分布不均匀性。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,对成型工序的参数进行管控包括:成型温度控制在1200‑1250℃,成型时间根据铸坯厚度进行控制,成型时间参考计算公式:t=t0+a(x‑160);式中,t0表示设定基准时间,设计为45‑75min;x表示铸坯厚度,范围为160‑
425mm;a表示系数,设计为1.5‑3.5min/mm,促进元素分布的均匀性。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,对淬回火工艺进行管控包括:以高纯氮气、丙烷、甲醇中的一种或几种作为保护气体;加热温度偏差控制在±10℃范围内,奥氏体中碳含量在0.45%‑0.65%,保证组织和硬度的均匀性,减少应不均导致的腐蚀。
10.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,对周转周期进行管控包括:加强各工序之间的样品管理,保持零件表面清洁,避免物理和化学损伤,控制车削加工后样品应进入到下一工序的周转时间在0‑48小时。

说明书全文

一种静音轴承材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及冶金技术领域,具体而言,涉及一种静音轴承材料的制备方法。

背景技术

[0002] 轴承的主要功能是支撑机械旋转体,降低其运动过程中的摩擦系数,并保证其回转精度。随着智能化、自动化、信息化浪潮在生产、生活各个领域的推进,轴承广泛应用于家用电器汽车、计算机设备、办公设备、空气净化设备、医疗器械、工业生产设备、机器人、电动工具等领域,集成化、高性能、高可靠性、高安全性、低噪音和长寿命等特性指标在不断提升,由于其体积更小、耗能更少,对精细加工技术以及材料的静音性和疲劳寿命提出更高要求。
[0003] 对材料静音性和疲劳寿命影响因素众多,材料因素包括材料内部冶金缺陷,如夹杂物、夹渣、显微孔隙,以及未完全清除的外部缺陷,如脱、微裂纹、表面缺陷等;热处理质量不合格以及试样过程管理不善导致的腐蚀等问题均会导致轴承不满足质量要求或服役时过早失效,对行业带来巨大经济损失。目前轴承、冶金行业专家开展了大量研究工作来提高轴承质量,但由于轴承从材料制造、深加工到装配的整个产业链很长,总体来看缺乏系统性研究,难以有效的从全流程管控从而针对性的提高噪音检验合格率。
[0004] 鉴于此,特提出本发明。

发明内容

[0005] 本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种静音轴承材料的制备方法。
[0006] 本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
[0007] 本发明提供的一种静音轴承材料的制备方法,其包括:从材料制备环节、深加工环节到轴承装配环节的全流程开展管控,降低静音轴承材料表面的黑灰色局部腐蚀和静音轴承材料内部的夹杂物缺陷,其中:材料制备环节的管控包括:对冶炼工序、凝固工序和成型工序的参数进行管控,深加工环节的管控包括:对淬回火工艺进行管控,轴承装配环节的管控包括:对周转周期进行管控。
[0008] 本发明具有以下有益效果:
[0009] 本发明提供的一种静音轴承材料的制备方法,本发明提供的静音轴承材料的制备方法,其包括:从材料制备环节、深加工环节到轴承装配环节的全流程开展管控,降低静音轴承材料表面的黑灰色局部腐蚀和静音轴承材料内部的夹杂物缺陷,其中:材料制备环节的管控包括:对冶炼工序、凝固工序和成型工序的参数进行管控,深加工环节的管控包括:对淬回火工艺进行管控,轴承装配环节的管控包括:对周转周期进行管控。本发明通过冶炼关键参数进行管控,减少大尺寸复合化物和氮化夹杂,有效控制夹杂物尺寸和类型,提高材料的纯净度;通过凝固过程温度、压下量以及成型的温度和时间等关键参数的综合控制,提高组织致密度和均匀性;在轴承套圈滚动体的深加工及装配环节,通过淬回火工艺保证组织和硬度的均匀性,减少应不均导致的腐蚀,加强各工序之间的样品管理和表面清洗频次,减少与大气和酸性物质接触而产生的氧化和酸性腐蚀缺陷,避免工序间各种化学处理过程未能及时中和并清洗干净从而发生电化学腐蚀。
附图说明
[0010] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0011] 图1为实施例1改善前轴承内套圈沟槽处夹杂物的检测结果;
[0012] 图2为实施例1改善后轴承内套圈沟槽处夹杂物的检测结果;
[0013] 图3为实施例2改善前轴承外套圈沟槽处腐蚀坑缺陷示意图;
[0014] 图4为实施例2改善后轴承外套圈沟槽形貌。

具体实施方式

[0015] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0016] 下面对本发明实施例提供的一种静音轴承材料的制备方法进行具体说明。
[0017] 本发明实施例提供一种静音轴承材料的制备方法,其包括:从材料制备环节、深加工环节到轴承装配环节的全流程开展管控,降低静音轴承材料表面的黑灰色局部腐蚀和静音轴承材料内部的夹杂物缺陷,其中:材料制备环节的管控包括:对冶炼工序、凝固工序和成型工序的参数进行管控,深加工环节的管控包括:对淬回火工艺进行管控,轴承装配环节的管控包括:对周转周期进行管控。
[0018] 轴承生产企业经常因产品噪音检验时出现异常音而批量退货,或导致轴承装配线彻底停工,财产损失极大。目前轴承、冶金行业专家开展了大量研究工作来提高轴承质量,但由于从材料制造、深加工到装配的整个产业链很长,总体来看缺乏系统性研究,难以有效的从全流程管控从而针对性的提高噪音检验合格率。本发明是在针对大量音检有异常噪音的轴承套圈及球取样分析,对导致轴承零件噪音异常的缺陷特征进行识别、分类及诊断的基础上,进一步从全流程生产技术方面加以针对性研究和管控,主要从材料制备环节、深加工环节到轴承装配环节的关键参数进行管控,降低轴承内外套圈沟槽及滚动体表面的黑灰色局部腐蚀和夹杂物缺陷,从而达到减少因轴承零件表面缺陷导致的异常音,提高轴承音检合格率的目的。
[0019] 在一些可选的实施方式中,所述材料制备环节包括:原料从“初炼‑钢包精炼‑真空精炼”冶炼到“保护浇注”凝固再到“轧钢‑精整‑热处理‑拉拔”成型,制备成精线和/或棒料;所述深加工环节包括:精线和/或棒料从“锻造成型或车削成型、冷辗扩成型、冷挤压成型、温挤压成型”到“热处理”到“磨削”再到清洗检验后装配,制备成轴承。
[0020] 在一些可选的实施方式中,对冶炼工序的参数进行管控包括:通过对合金、辅料加入量以及搅拌氩气流量的综合管控,实现钢中大尺寸复合氧化性夹杂及氮化钛的减少,提高材料的纯净度。
[0021] 在一些可选的实施方式中,对合金加入量的管控包括:控制初炼炉出钢过程合金加入量与精炼炉合金加入量的质量比在3:1‑30:1,且精炼炉内加入合金中的微量元素Ca、Ti含量分别在0.04%、0.08%以内;对辅料加入量的管控包括:控制初炼炉的渣料加入量占总渣料加入量的75%‑90%,精炼炉过程精炼渣成分波动在1%‑7%。
[0022] 在一些可选的实施方式中,对搅拌氩气流量的管控包括:从初炼炉出钢→精炼初期→精炼中期→精炼末期四个阶段氩气流量逐级降低,优选第1阶段按最大设计流量的80%‑100%,第2阶段为60%‑80%,第3阶段为60%‑40%,第4阶段为40%‑20%控制,其中,最大设计流量根据钢包公称容量来考虑,参考计算公式:Lmax=L0+a1a2(T‑120);式中,L0表示公称容量为120吨时的最大流量,设计为1300‑1800L/min;T表示钢包公称容量;a1表示钢包高径比系数,范围为0.7‑1.3;a2表示底吹孔数设计系数,范围为0.5‑1。
[0023] 在一些可选的实施方式中,通过对冶炼工序的参数进行管控,将中的夹杂物尺寸控制在0‑10μm,轴承钢中Ca、Ti含量分别控制在5ppm,10ppm以内。
[0024] 在一些可选的实施方式中,对凝固工序的参数进行管控包括:凝固前过热度控制在10‑30℃,凝固过程压下量控制在铸坯厚度的6%‑15%,并将疏松控制在0.5级以内,带状碳化物宽度控制在0‑30μm,降低元素分布不均匀性。
[0025] 在一些可选的实施方式中,对成型工序的参数进行管控包括:成型温度控制在1200‑1250℃,成型时间根据铸坯厚度进行控制,成型时间参考计算公式:t=t0+a(x‑160);
式中,t0表示设定基准时间,设计为45‑75min;x表示铸坯厚度,范围为160‑425mm;a表示系数,设计为1.5‑3.5min/mm,促进元素分布的均匀性。
[0026] 本发明实施例提供.一种静音轴承材料的制备方法,通过对材料制备环节(包括冶炼工序、凝固工序和成型工序)的关键参数进行管控,在冶炼工序,通过初炼炉和精炼炉合金加入比例及合金中微量元素Ca、Ti的控制,造渣渣料加入方式及精炼渣成分波动管控,以及从初炼炉出钢→精炼初期→精炼中期→精炼末期四个阶段氩气流量管控,综合将轴承钢中Ca、Ti含量分别控制在5ppm,10ppm以内,促进出钢及精炼初期夹杂物的尽早上浮去除,减少精炼过程卷渣,实现钢中大尺寸复合氧化性夹杂及氮化钛的减少,提高材料的纯净度。在凝固工序,通过凝固前过热度控制,凝固过程压下量控制,以减少凝固过程元素偏析,并将疏松控制在0.5级以内,带状碳化物宽度控制在0‑30μm,降低元素分布不均匀性,为后续材料加工提供好的性能基础。在成型工序,首先进行长时间的高温扩散,并根据铸坯厚度设计高温时间,进一步促进元素分布均匀性。
[0027] 在一些可选的实施方式中,对淬回火工艺进行管控包括:以高纯氮气、丙烷、甲醇中的一种或几种作为保护气体;加热温度偏差控制在±10℃范围内,奥氏体中碳含量在0.45%‑0.65%,保证组织和硬度的均匀性,减少应力不均导致的腐蚀。
[0028] 本发明实施例提供一种静音轴承材料的制备方法,通过对材料深加工环节(主要是淬回火工艺)的关键参数进行管控,一方面控制淬回火炉内还原性气氛,减少表面脱碳导致的耐磨性降低以及微裂纹源;一方面控制温度避免过热或欠热导致的组织异常。通过淬回火工艺保证组织和硬度的均匀性,减少应力不均导致的腐蚀。
[0029] 在一些可选的实施方式中,对周转周期进行管控包括:加强各工序之间的样品管理,保持零件表面清洁,避免物理和化学损伤,控制车削加工后样品应进入到下一工序的周转时间在0‑48小时。
[0030] 本发明实施例提供一种静音轴承材料的制备方法,通过对材料轴承装配环节(主要是周转周期)的关键参数进行管控,加强各工序之间的样品管理,保持零件表面清洁,避免物理和化学损伤,减少与大气和酸性物质接触特别注意要避免接触含盐(NaCl)或酸的溶液而产生腐蚀缺陷。应减少加工过程周转时间,特别车削加工后表面钝化膜较为脆弱,此时样品应尽快进入到下一工序,周转时间应控制在0‑48小时。避免防锈油(脂)氧化变质产生锈蚀,避免工序间各种化学处理过程未能及时中和并清洗干净从而发生电化学腐蚀。
[0031] 以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
[0032] 实施例1
[0033] 针对直径为2.4mm,宽度为3.6mm的特微轴承内套圈生产全流程进行管控,具体实施过程为:
[0034] (1)、材料制备冶炼环节,钢包公称容量设计为120吨,在转炉出钢过程合金加入量与精炼炉合金加入量的比例为25:1,精炼炉内加入铬合金中的微量元素Ca、Ti含量分别为0.03%、0.06%;转炉出钢过程的渣料加入量占总渣料加入量的80%,精炼炉过程精炼渣成分波动为3%;转炉出钢→精炼初期→精炼中期→精炼末期四个阶段氩气流量分别为最大设计流量的100%,75%,60%,35%,其中最大设计流量为1500L/min。轴承钢成品中Ca、Ti含量分别为2ppm,8ppm。
[0035] (2)、材料制备凝固环节,凝固前过热度控制在20℃,凝固过程压下量控制在铸坯厚度的9%,疏松为0.5级。
[0036] (3)、材料制备成型环节,先进行长时间的高温扩散,温度1220℃,铸坯厚度为200mm,高温时间为180min。
[0037] (4)、深加工环节,通过淬回火工艺保证组织和硬度的均匀性,采用高纯氮气+丙烷+甲醇作为保护气体,氮气纯度为99.9%,加热温度偏差控制在±5℃,奥氏体中碳含量在0.49%。
[0038] (5)、加强各工序之间的样品管理,保持零件表面清洁,避免物理和化学损伤,车削加工后立即转入到下一工序,周转时间为2小时。
[0039] 通过该方法生产的轴承套圈噪音检验合格率比常规(未采用实施例中提供的方法进行控制)提高了2%。图1、图2分别为改善前后轴承内套圈沟槽处夹杂物形貌,可见图2中改善后夹杂物的尺寸大幅缩小。
[0040] 实施例2
[0041] 针对噪音检验过程出现异常音的直径为7.9mm,宽度为3.6mm的特微轴承外套圈生产全流程进行管控,具体实施过程为:
[0042] (1)、材料制备冶炼环节,钢包公称容量设计为120吨,在转炉出钢过程合金加入量与精炼炉合金加入量的比例为30:1,精炼炉内加入铬铁合金中的微量元素Ca、Ti含量分别为0.04%、0.05%;转炉出钢过程的渣料加入量占总渣料加入量的85%,精炼炉过程精炼渣成分波动为2%;转炉出钢→精炼初期→精炼中期→精炼末期四个阶段氩气流量分别为最大设计流量的90%,70%,50%,25%,其中最大设计流量为1500L/min。轴承钢成品中Ca、Ti含量分别为1ppm,6ppm。
[0043] (2)、材料制备凝固环节,凝固前过热度控制在21℃,凝固过程压下量控制在铸坯厚度的9%,疏松为0.5级。
[0044] (3)、材料制备成型环节,先进行长时间的高温扩散,温度1230℃,铸坯厚度为320mm,高温时间为270min。
[0045] (4)、深加工环节,通过淬回火工艺保证组织和硬度的均匀性,采用高纯氮气+丙烷+甲醇作为保护气体,氮气纯度为99.99%,加热温度偏差控制在±3℃,奥氏体中碳含量在0.51%。
[0046] (5)、加强各工序之间的样品管理,保持零件表面清洁,避免物理和化学损伤,车削加工后立即转入到下一工序,周转时间为4小时。
[0047] 通过该方法生产的轴承套圈噪音检验合格率比常规(未采用实施例中提供的方法进行控制)提高了3%。图3、图4分别为改善前后轴承外套圈沟槽形貌,可见图4中改善后无腐蚀坑缺陷。
[0048] 对比例1
[0049] 与实施例1的步骤相似,不同之处仅在于:转炉出钢过程合金加入量与精炼炉合金加入量的比例为2:1,通过该方法生产的轴承套圈噪音检验合格率与实施例1相比降低了3%,在外套圈内部沟槽上发现的缺陷主要为尺寸为40μm的灰色Ds类夹杂物。
[0050] 对比例2
[0051] 与实施例1的步骤相似,不同之处仅在于:对初炼炉出钢→精炼初期的搅拌氩气流量设定为最大设计流量的50%,即750L/min。通过该方法生产的轴承套圈噪音检验合格率与实施例1相比降低了2.5%,在外套圈内部沟槽上发现的缺陷主要为横截面尺寸为20μm的灰色夹杂,夹杂中Al2O3含量较高。
[0052] 对比例3
[0053] 与实施例1的步骤相似,不同之处仅在于:对精炼中期→精炼末期的搅拌氩气流量设定为最大设计流量的60%,即900L/min。通过该方法生产的轴承套圈噪音检验合格率与实施例1相比降低了3.5%,在外套圈内部沟槽上发现的缺陷主要为横截面尺寸为50μm的灰色夹杂,夹杂中CaO含量较高,且含有一定的SiO2。
[0054] 对比例4
[0055] 与实施例2的步骤相似,不同之处仅在于:深加工环节的回火温度偏差较大,比设定温度高15℃,产生了细点状屈氏体高温回火组织,导致组织抗腐蚀能力有所降低,通过该方法生产的轴承套圈噪音检验合格率与实施例1相比降低了2.5%,在套圈沟槽上发现的缺陷特征主要为尺寸为30μm的黑色腐蚀坑。
[0056] 对比例5
[0057] 与实施例2的步骤相似,不同之处仅在于:车削加工后等待48小时后,才转入到下一工序,通过该方法生产的轴承套圈噪音检验合格率与实施例1相比降低了1.5%,在套圈沟槽上发现的缺陷特征主要为尺寸为25μm的黑色腐蚀坑。
[0058] 本发明实施例提供一种提高噪音检验合格率的静音轴承材料的制备方法,该方法从材料制备、深加工到轴承装配全流程开展管控,降低轴承内外套圈沟槽及滚动体表面的黑灰色局部腐蚀和夹杂物缺陷,从而达到减少因轴承零件表面缺陷导致的异常音,提高轴承音检合格率的目的。首先在冶炼、凝固、成型的材料制备环节,通过冶炼关键参数包括合金辅料、搅拌氩气流量管控,提高材料的纯净度,减少大尺寸复合氧化物和氮化钛夹杂,将夹杂物尺寸控制在0‑10μm;通过凝固过程温度、成型过程压下量、轧后冷却速率等关键参数控制,提高组织致密度和均匀性,将疏松控制在0.5级以内,将带状碳化物宽度控制在0‑30μm,降低元素分布不均匀性尤其是C、Cr元素的偏析;其次在轴承套圈和滚动体的深加工及装配环节,通过淬回火工艺保证组织和硬度的均匀性,减少应力不均导致的腐蚀,加强各工序之间的样品管理和表面清洗频次,减少与大气和酸性物质接触而产生的腐蚀缺陷。本方法可制备出高音检合格率的轴承及其材料,对促进轴承质量和性能提升有重要作用。
[0059] 以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。