对用于制造轴承的钢材进行热处理的方法和成型件技术

本发明专利技术涉及用于制造轴承的钢材、对其进行热处理的方法和成型件。根据本发明专利技术的钢材包括以重量含量计，所述钢材包括1.22‑1.6％的C、0.5‑2％的Cr、4‑8％的Al、0.1‑1.5％的Mn以及小于等于0.7％的Si，余量为Fe和杂质。这种钢材含有较多的碳和铝。使用这种钢材并经过本发明专利技术的热处理方法之后的成型件或轴承含有较多的马氏体和较多的残余奥氏体，这使得成型件或轴承具有高的硬度，并且在外力冲击下也不会产生裂纹。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属材料领域，特别涉及一种钢材。本专利技术还涉及对这种钢材进行热处理的方法。本专利技术还涉及一种成型件。
技术介绍
轴承作为机械设备中的重要零件，其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。随着科技的发展，在一些特种设备中，往往需要能承受高转速、高负荷、高温、低温并且低噪音的轴承。这要求轴承钢具有高的尺寸稳定性、高硬度、高强度、优异的滚动接触疲劳性能以及耐磨性。在现有技术中，GCr15轴承钢是常用的高硬度轴承钢，其碳含量在0.95％到1.05％重量之间。在淬火热处理后，GCr15轴承钢的淬火态硬度范围在61HRC到64HRC之间。回火后的硬度值范围在58HRC到62HRC之间。GCr15轴承钢在制备过程中，在进行淬火发生马氏体相变后，再进行回火以尽量使残余奥氏体分解，这是为了避免残余奥氏体在外力作用下发生马氏体相变而导致轴承尺寸发生变化。由此，通常在室温下，GCr15轴承钢仅含有不到3％体积的残余奥氏体。如此少的残余奥氏体使得轴承在受到较大的外力时，极易产生裂纹，甚至直接导致轴承损坏。这严重限制了由GCr15轴承钢制备的轴承的使用范围。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种用于制造轴承的钢材。这种钢材含有较多的碳和铝。使用这种钢材并经过本专利技术的热处理方法之后得到的成型件或轴承含有较多的马氏体和较多的残余奥氏体，这使得成型件或轴承具有高的硬度。此外，绝大部分的这些残余奥氏体在外力作用下不会发生马氏体相变，由此可确保该成型件或轴承的尺寸不变，并且这些残余奥氏体可以有效地抑制构件或轴承由于受到外力作用而产生裂纹或裂纹扩展。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于制造轴承的钢材。以重量含量计，这种钢材包括1.22-1.6％的C、0.5-2％的Cr、4-8％的Al、0.11-1.5％的Mn以及小于等于0.7重量的Si，余量为Fe和杂质。与GCr15轴承钢的碳含量(GCr15轴承钢的共析碳含量为约0.5wt.％)或铁碳热平衡二元相图中的共析钢的碳含量相比，本专利技术的用于制造轴承的钢材含有4-8％的铝，使得碳的含量被提高到1.22-1.6％，但是在钢材内部仍然不存在网状碳化物，钢材的组织也较为均匀。在随后的热处理过程中，钢材的良好的组织分布方式会遗传下去，从而使得热处理后的成型件的组织和性能非常均匀。在热处理过程中，钢材中的铝提高钢材的马氏体相变温度，这抵消了由钢材的较高的碳含量导致的马氏体相变温度降低。由此，本专利技术的钢材经热处理后仍具有较多的马氏体，这使得由本专利技术的钢材制备的轴承具有非常高的硬度。马氏体内含有较多的碳，也会使得所制备的轴承具有非常高的硬度。更重要的是，由于钢材中存在有铝，在马氏体相变后的低温热处理过程中，在马氏体相变后剩余的奥氏体即使部分发生分解，仍然会有较大量的奥氏体剩余。这些剩余的奥氏体会形成在室温下稳定的残余奥氏体。与现有技术中的GCr15轴承钢以及其他类型的轴承钢相比相比，由本专利技术的钢材制备的最终成型件含有更多的残余奥氏体。在成型件受到外力作用时，这些残余奥氏体会抑制脆性的马氏体(或成型件)产生裂纹及扩展。此外，在上述的马氏体相变后的低温热处理过程中，铝会使钢材的其他组织的过量的碳进入到残余奥氏体内，这导致残余奥氏体的含碳量会大幅增加。例如，残余奥氏体的碳含量可达到以重量含量计2％到5％。与现有技术中的GCr15轴承钢以及其他类型的轴承钢相比(这些轴承钢的碳含量最高为以重量含量计1.9％)相比，由本专利技术的钢材制备的最终成型件的残余奥氏体的碳含量会较高，使得其稳定性非常好并且不会发生马氏体相变。对于轴承而言，在使用过程中，稳定的残余奥氏体几乎不发生马氏体转变，因此受力条件下成型件或轴承的尺寸变化非常小。残余奥氏体含有较多的碳也会抑制奥氏体分解，这也使得由本专利技术的钢材制备的最终成型件内会有较大量的残余奥氏体。此外，Al的加入还可以降低钢材的密度，这有利于降低所制备的成型件的重量。例如，常规GCr15轴承钢的密度约为7.86g/cm3，而本专利技术的一种钢材Fe-1.25C-1.5Cr-5Al(即，以重量含量计，C含量为1.25％左右、Cr含量为1.5％左右、Al含量为5％左右，余量为Fe和杂质)的密度约为7.34g/cm3。应理解的是，本专利技术的用于制造轴承的钢材可以为铸锭、棒材、线材、管材或其他任何适当的形状。在一个实施例中，该钢材还包括由以下元素组成的组中的至少一种：以重量含量计，1.0％以下的Mo；1.0％以下的W；0.05％以下的Ti；0.2％以下的Nb；0.2％以下的Zr；0.2％以下的V；2.0％以下的Cu；以及4.0％以下的Ni。根据本专利技术的第二方面，提出了对上述用于制造轴承的钢材进行热处理的方法。该方法包括：步骤一：将钢材进行马氏体相变；步骤二：将进行马氏体相变后的钢材进行贝氏体相变；以及步骤三：冷却到室温。正如本领域的技术人员熟知：钢材中发生马氏体相变的过程中，并不是所有的奥氏体都会转变成马氏体，而是有部分奥氏体残留下来形成残余奥氏体。在现有技术中，通常需要将这些残余奥氏体分解，以避免在外力下残余奥氏体发生马氏体相变，而造成成型件的体积发生变化。然而，根据本专利技术的热处理方法，并不需要完全除去这些残余奥氏体，相反要保留一部分残余奥氏体。在本专利技术的热处理方法的步骤二中，进行贝氏体相变(即，马氏体相变后的再次加热的低温热处理)。在整个过程中，仅部分残余奥氏体转变成贝氏体，很多的残余奥氏体得以保留下来。由此，在根据本专利技术的热处理方法处理后的钢材或成型件中，会有较多的残余奥氏体。此外，在步骤二中，Al还会抑制碳转变成碳化物，而是使贝氏体相变期间所产生的过量的碳进入到残余奥氏体内。Al同样会使马氏体内的过量的碳进入到残余奥氏体内。由此提高了残余奥氏体的碳含量，这会抑制奥氏体发生贝氏体相变，从而使得由本专利技术的钢材制备的最终成型件内会有较大量的残余奥氏体。贝氏体是在残余奥氏体上形核长大的，这会将残余奥氏体切割非常细小的残余奥氏体组织，这也有助于提高残余奥氏体的稳定性。如上文所述，这种高碳且细小的残余奥氏体的稳定性非常好，即使在外力作用下，高碳的残余奥氏体也几乎不会发生马氏体转变。钢材内高韧性的奥氏体抑制了成型件在受到外力作用时裂纹的扩展。在一个实施例中，在步骤一中，马氏体相变的加热温度为800℃到950℃，保温时间为10分钟到300分钟。在一个优选的实施例中，在步骤一中，马氏体相变的冷却步骤为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造轴承的钢材，其特征在于，以重量含量计，所述钢材包括1.22‑1.6％的C、0.5‑2％的Cr、4‑8％的Al、0.1‑1.5％的Mn以及小于等于0.7％的Si，余量为Fe和杂质。

【技术特征摘要】
1.一种用于制造轴承的钢材，其特征在于，以重量含量计，所述钢材包括
1.22-1.6％的C、0.5-2％的Cr、4-8％的Al、0.1-1.5％的Mn以及小于等于0.7％的
Si，余量为Fe和杂质。
2.如权利要求1所述的钢材，其特征在于，以重量含量计，还包括由以下
元素组成的组中的至少一种：
1.0％以下的Mo；
1.0％以下的W；
0.05％以下的Ti；
0.2％以下的Nb；
0.2％以下的Zr；
0.2％以下的V；
2.0％以下的Cu；以及
4.0％以下的Ni。
3.一种对根据权利要求1或2所述的用于制造轴承的钢材进行热处理方法，
其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将所述钢材进行马氏体相变；
步骤二：将进行马氏体相变后的钢材进行贝氏体相变；以及
步骤三：冷却到室温。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述马氏体
相变的加热温度为800℃到950℃，保温时间为10分钟到300分钟。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述马氏体
相变...

【专利技术属性】
技术研发人员：易红亮，庞佳琛，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21