CN106119729A - 一种精密铸造轴承钢 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种精密铸造轴承钢，它是由下列重量百分比的组分组成：C：0.95‑1.02%，Si：0.15‑0.25%，Mn：0.55‑0.75%，S：0.03‑0.05%，Cr：14‑17%，P：0.01‑0.02%，Al：0.020‑0.035％，N：0.30‑0.40%，Mo：0.8‑1.0%，余量为Fe及不可避免的杂质，现有技术中的轴承钢其耐腐蚀性能和耐磨等性能均不能满足使用要求，本发明将碳、氮、铬、钼合理配比，使材料很好的具有了耐蚀耐磨耐温性能，良好的机械性能和疲劳强度。
Description
技术领域
本发明属于轴承钢领域，具体涉及一种精密铸造轴承钢。
背景技术
轴承是允许两个部件之间进行受限相对运动的装置。广泛应用于航空、航天、国防、大型机械设备等领域，在各种机械机构中最重要的部件。轴承寿命是评判轴承优劣关键指标，目前轴承常用精密铸造方法成型，精密铸件是一种免加工或者加工余量很小的铸件产品，质量要求较高。轴承是机械部件中重要的连接部件部件。但是，已有技术的轴承精密铸造存在下列问题：产品的金相及硬度、强度和延伸率均达不到使用要求。
随着现在设备制造业发展，轴承逐渐由精度的研究转向材料的研究，所以当今高端轴承研究基本上就是轴承材料的研究。随着机械制造业,特别是汽车、航空、原子能工业等的迅速发展,对轴承的性能要求不断提高,如需要高温、高速、高负荷、耐蚀等苛刻条件下工作的特种轴承。为适应这些轴承的需求,各国相继研制和开发了一批具有特殊性能的新钢种,形成了高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈轴承钢、高温轴承钢等轴承材料。
滚动零件轴承包含内滚道和外滚道以及大量设置在它们之间的滚动零件。不同零件对滚动接触疲劳、磨损和蠕变耐受性，取决于所需的钢产品应用，现代钢使用铁和合金元素的各种组合而制造。 普通不锈轴承钢虽然在大气及弱腐蚀介质中耐腐蚀效果不错，且具有良好的耐高温性能和接触疲劳强度，但在一些恶劣地使用工况下，其耐腐蚀性能和耐磨性能均不能满足使用要求。
目前，在腐蚀性环境下服役的轴承材料，大部分奥氏体不锈钢的硬度低，即使冷作硬化，硬度也不高，且生产工艺难度大；沉淀硬化不锈钢，其硬度不能很好满足使用，热处理工艺复杂，这两类钢不能满足腐蚀性环境下服役条件的要求。部分马氏体不锈轴承钢不锈钢虽然有硬度高的特点，但含碳量较高，组织中共晶碳化物形成较多，颗粒粗大，分布不均匀，大部分分布在晶界上，共晶碳化物从加工表面剥落，形成凹坑，影响表面质量和加工精度，且在使用过程中，共晶碳化物处形成应力集中而产生疲劳裂纹。
发明内容
基于现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种能够提高轴承的耐磨，耐腐蚀，耐高温，成本低，易加工的抗锈精密铸造轴承钢。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种精密铸造轴承钢，它是由下列重量百分比的组分组成：C：0.95-1.02%，Si：0.15-0.25%，Mn：0.55-0.75%，S：0.035-0.05%，Cr：14-17%，P：0.01-0.02%，Al：0.020-0.035％，N：0.30-0.40%，Mo：0.8-1.0%，余量为Fe及不可避免的杂质。
优选的所述的精密铸造轴承钢，它是由下列重量百分比的组分组成：C：0.99%，Si：0.20%，Mn：0.65%，S：0.04%，Cr：15%，P：0.015%，Al：0.025％，N：0.35%，Mo：0.9%，余量为Fe及不可避免的杂质。
优选的所述精密铸造轴承钢是依次经过910-1000℃淬火，165℃回火热处理，回火组织基体为回火马氏体，回火马氏体基体上弥散分布共晶碳化物。
本发明的轴承钢其各组分的作用及范围的限定理由如下所述：
碳：碳含量对淬火后的轴承部件的硬度, 维持轴承部件室温、高温下的强度，并且提高冷加工性的必须元素。碳溶解度和铬浓度成反比的关系，发明人经过试验发现：如果碳重量百分比增加，那么最终组合物中的碳含量可能减少,当轴承钢中的碳含量为0.95％以上时，无需通过热处理在钢中引入大量的碳，也能获得足够的硬度和碳化物的量，当碳含量超过1.02％时，在钢的制造时形成大的碳化物，该碳化物会严重影响轴承部件的滚动疲劳特性和耐磨损性。
硅：硅对基材的固溶强化和提高淬火性有用的元素，发明人经过试验发现：当轴承钢中的硅含量为0.15%-0.25%时能使钢中的氢的吸留量增加并加速氢脆，而当轴承钢中的硅含量为0.25%以上时，氢容易进入钢中，容易发生由氢脆引起的剥落，冷加工性显著降低。
锰：锰是对基材的固溶强化和提高淬火性有用的元素，锰对钢的淬透性和淬火前的钢的硬度有贡献。发明人经过试验发现：当锰含量为0.55%-0.75%时，淬火材料的硬度高，当锰含量为0.75%以上时，冷加工性降低。
磷：磷是作为不可避免的杂质含有的元素，其在晶界偏析，使冷加工性低下，应尽量减少磷的含量，但是，过多降低会导致制钢成本增加，本发明所选的磷的范围为0.01-0.02%，制得的轴承钢综合性能最优。
硫：硫是作为不可避免的杂质含有的元素，其作为 FeS 在晶界析出，是使冷加工性低下的元素。另外，硫与锰等化学键合，形成例如硫化锰等非金属夹杂物析出，该非金属夹杂物会严重影 响轴承的寿命，使滚动疲劳特性低下，因此，应尽量降低其含量，但是，过多降低会导致制钢成本增加，本发明所选的磷的范围为0.035-0.05%，制得的轴承钢综合性能最优。
铬：铬是常用的合金元素，用于抗蚀和抗锈。铬和碳结合形成碳化物，是提高耐磨损性和冷加工性的元素，铬是容易偏析的元素，因此，铬含量超过17%时，粗大的碳化物生成，滚动疲劳特性反而低下。
铝：铝作为脱氧元素有效，降低钢中的氧量，具有提高滚动疲劳特性的作用，提高滚动疲劳特性的元素，控制Al含量在0.020—0.035％的范围内，在保证Al细化晶粒的作用的同时，不至于有过多的Al、形成氧化物、氮化物降低材料的性能。
钼：钼赋予重负荷运行中的轴承钢的韧性，以及特别提供耐热合金。发明人经过试验发现：当钼含量为0.8-1.0%时，钼可联合其他合金元素，改进轴承钢机械性能例如硬度等。
氮：氮通过与铝结合而形成氮化物系非金属夹杂物，使奥氏体晶粒微细化，从而提高韧性以及滚动疲劳寿命特性，在高温时钢加工期间奥氏体中的氮浓度取决于铬、锰和钼浓度，因此难以将更多的氮引入组合物中，除非增加这 些合金元素的含量。发明人经过试验发现：超过0.4% 而添加时，在钢中大量地存在氮化物系夹杂物，因此导致滚动疲劳寿命特性降低。另外，在钢中大量地存在不以氮化物形式生成的氮，从而导致韧性降低。
本发明将碳、氮、铬、钼合理配比，使材料很好的具有了耐蚀耐磨耐温性能，合理配比的碳能保证材料的淬回火硬度及韧性，用于增加所形成的钢制品的硬度,合理配比的氮能提高钢的固溶强度及耐蚀性能，同时加入适量铬、钼进一步提高了钢的强度、硬度、耐蚀、耐温等物理力学特性，在保证低温性能的同时，也保证了良好的硬度和耐磨性，以及良好的机械性能和疲劳强度；通过向构成轴承钢添加适量的铬，能够抑制脆性剥离，因此，能够实现轴承寿命的延长，并且能够实现降低成本的作用；本发明所述的不锈轴承钢在经过910-1000℃淬火温度，165℃的回火温度下，具有稳定的洛氏硬度，平均值维持在 60 HRC；本发明的轴承钢还具有优良的耐滚动特性，能够满足各种功能要求的轴承钢的制造，因而带来在产业上有益的效果。而且轴承钢组织均匀性好，加工精度高；与其他高合金材料相比较，本发明的轴承钢的成本较低。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步详细说明,实施例仅用来说明本发明， 并不限制本发明的范围。
实施例1：一种精密铸造轴承钢，它是由下列重量百分比的组分组成：C：0.95%，Si：0.15%，Mn：0.55%，S：0.035%，Cr：14%，P：0.01%，Al：0.020％，N：0.30%，Mo：0.8%，余量为Fe及不可避免的杂质，所述精密铸造轴承钢是依次经过910℃淬火，165℃回火热处理，回火组织基体为回火马氏体，回火马氏体基体上弥散分布共晶碳化物。
实施例2：一种精密铸造轴承钢，它是由下列重量百分比的组分组成：C：0.99%，Si：0.20%，Mn：0.65%，S：0.04%，Cr：15%，P：0.015%，Al：0.025％，N：0.35%，Mo：0.9%，余量为Fe及不可避免的杂质，所述精密铸造轴承钢是依次经过990℃淬火，165℃回火热处理，回火组织基体为回火马氏体，回火马氏体基体上弥散分布共晶碳化物。
实施例3：一种精密铸造轴承钢，它是由下列重量百分比的组分组成：C：1.02%，Si：0.25%，Mn：0.75%，S：0.05%，Cr：17%，P：0.02%，Al：0.035％，N：0.40%，Mo：1.0%，余量为Fe及不可避免的杂质，所述精密铸造轴承钢是依次经过1000℃淬火，165℃回火热处理，回火组织基体为回火马氏体，回火马氏体基体上弥散分布共晶碳化物。
实施例4：此实施例为现有技术中广泛使用的常规轴承钢9Cr18,它是由下列重量百分比的组分组成：C：0.9-1.0%，Si：≤0.8，Mn：≤0.8，S：≤0.030，Cr：17.00-19.00%，余量为Fe及不可避免的杂质。
表一为各实施例轴承钢的接触疲劳寿命，耐腐蚀性能试验结果：
表一
从表一中的实施例1、2、3、4的性能试验结果可以看出：本发明所述的实施例1、2、3的不锈轴承钢接触疲劳寿命远高于实施例4的9Cr18轴承钢，耐腐蚀性也优于对比实施例4的9Cr18轴承钢。
Claims (3)
1.一种精密铸造轴承钢，其特征在于,它是由下列重量百分比的组分组成：C：0.95-1.02%，Si：0.15-0.25%，Mn：0.55-0.75%，S：0.035-0.05%，Cr：14-17%，P：0.01-0.02%，Al：0.020-0.035％，N：0.30-0.40%，Mo：0.8-1.0%，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的精密铸造轴承钢，其特征在于, 它是由下列重量百分比的组分组成：C：0.99%，Si：0.20%，Mn：0.65%，S：0.04%，Cr：15%，P：0.015%，Al：0.025％，N：0.35%，Mo：0.9%，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的精密铸造的轴承钢,其特征在于：所述精密铸造轴承钢是依次经过910-1000℃淬火，165℃回火热处理，回火组织基体为回火马氏体，回火马氏体基体上弥散分布共晶碳化物。
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