本发明专利技术涉及航空发动机用M50NiL轴承钢热处理技术领域，具体为一种提高渗碳后稀土M50NiL钢力学性能的热处理方法。稀土M50NiL钢的化学成分及所占质量百分比为：C 0.11～0.15wt.％、Si 0.10～0.25wt.％、Cr 4.00～4.25wt.％、Mo 4.00～4.50wt.％、V 1.13～1.33wt.％、Ni 3.20～3.60wt.％、Mn 0.15～0.35wt.％、Ce和La的总量≤0.02wt.％、P≤0.01wt.％、S≤0.01wt.％，余量为Fe。首先将满足成分要求的铸态钢锭加热保温后进行三向锻造、正火、球化退火及机加工处理后进行表面渗碳处理，然后依次进行高温回火、淬火、深冷处理、三次回火热处理。本发明专利技术针对航空发动机用稀土M50NiL钢渗碳后的热处理工艺，通过不同温度深冷对其从表面到心部的组织进行改善，显著提高了渗碳后稀土M50NiL钢的力学性能，满足了M50NiL钢在航空发动机用轴承上的使用要求。M50NiL钢在航空发动机用轴承上的使用要求。
【技术实现步骤摘要】
一种提高渗碳后稀土M50NiL钢力学性能的热处理方法
[0001]本专利技术涉及航空发动机用M50NiL轴承钢热处理
，具体为一种提高渗碳后稀土M50NiL钢力学性能的热处理方法。
技术介绍
[0002]目前，M50NiL钢是航空发动机主轴轴承用的第二代轴承钢，它是在M50钢的基础上通过降低C和增加Ni的含量研制出来的，较低碳含量可使碳化物细小弥散分布，解决了M50钢的大尺寸碳化物的问题，同时断裂韧性提高2倍以上，并且在渗碳后“外硬内韧”，因此应用前景更为广泛。M50NiL钢服役时的表面碳含量为0.85～1.10wt.％，表面硬度为700～800HV(60～64HRC)，心部硬度为430～490HV(43～48HRC)，有效硬化层厚度为1.8～2.2mm，其中国外M50NiL轴承的硬度分布如图4(2)所示。但由于渗碳层的C及合金含量很高，奥氏体十分稳定，故在淬火处理后渗碳层组织中会存在大量的残余奥氏体，大量的研究也说明了在回火后渗碳层依旧存在着大量的残余奥氏体，故M50NiL钢在渗碳后在组织和性能上存在着组织不稳定，尺寸稳定性差，硬度较低，耐磨性不足等问题，严重影响轴承钢的使用寿命。
[0003]因此，减少渗碳层残余奥氏体含量，提高M50NiL钢零件的性能与使用寿命，最直接的方式就是通过深冷处理将快速冷却至室温的材料继续冷却到更低的温度，继续提供过冷度来使残余奥氏体转变，进而提高零件的性能以及尺寸稳定性。目前的对M50NiL钢的研究大多集中在渗碳工艺，以及后续的淬火和回火工艺上，但对与深冷处理的应用与影响研究较少，深冷处理或可成为提高渗碳后M50NiL钢力学性能的重要途径。
技术实现思路
[0004]鉴于现有技术存在的问题，本专利技术旨在提出一种提高渗碳后稀土M50NiL钢力学性能的热处理方法，基于深冷处理可将快速冷却至室温的材料继续冷却到更低的温度，继续提供过冷度来使残余奥氏体转变，进而提高零件的性能以及尺寸稳定性的设计思想，通过热处理工艺对渗碳后的稀土M50NiL钢从表面到心部的组织进行改善，有效减小了残余奥氏体的含量，显著提高了渗碳后稀土M50NiL钢的力学性能，满足了M50NiL钢在航空发动机用轴承上的使用要求。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种提高渗碳后稀土M50NiL钢力学性能的热处理方法，稀土M50NiL钢的化学成分及所占质量百分比为：C 0.11～0.15wt.％、Si 0.10～0.25wt.％、Cr 4.00～4.25wt.％、Mo 4.00～4.50wt.％、V 1.13～1.33wt.％、Ni 3.20～3.60wt.％、Mn 0.15～0.35wt.％、Ce和La的总量≤0.02wt.％、P≤0.01wt.％、S≤0.01wt.％，余量为Fe；
[0007]该热处理方法包括锻造、正火、球化退火、机加工、表面渗碳、高温回火、淬火、深冷处理、三次回火及最终检测过程，具体步骤如下：
[0008](1)锻造：采用真空感应+真空自耗的双真空冶炼的方式制成钢锭，采用三向锻造处理，锻造加工温度为900～1120℃，锻造结束后空冷至表面温度降低在500～600℃之间，
再炉冷至室温以消除应力；
[0009](2)正火：钢锭在锻造后进行正火处理，加热温度为1100
±
20℃，经保温1～5h后空冷至室温；
[0010](3)球化退火：钢锭在正火处理后以100～200℃/h的升温速度先加热至650
±
20℃进行0.5～1h预热保温，然后以100～200℃/h的升温速度加热至850
±
20℃，保温时间为4～5h，以20～40℃/h的速度冷却到740
±
20℃，保温时间为6～8h，随炉冷却至室温；
[0011](4)机加工：钢锭在球化退火后用线切割制成规定尺寸样品，将样品表面粗磨，利于表面渗碳；
[0012](5)表面渗碳：经过机加工处理后，在通过甲醇裂解营造的渗碳气氛下进行气体渗碳，渗碳温度为930
±
20℃，碳势变化范围为0.8～1.2％C，通过强渗+扩散渗的方式渗碳30～40h，最后随炉冷却至室温；
[0013](6)高温回火：表面渗碳处理后进行高温回火，回火温度为750
±
20℃，保温时间为4～6h，炉冷至550
±
20℃，再出炉空冷至室温；
[0014](7)淬火：高温回火后，先以100～200℃/h的升温速度加热至650
±
20℃进行0.5～1h预热保温，再以100～200℃/h的升温速度加热至850
±
20℃进行0.5～1h预热保温；最后以100～200℃/h的升温速度加热至淬火温度1100
±
10℃，保温时间为0.5～1h，油冷至室温；
[0015](8)深冷处理：淬火后进行深冷处理，以25～100℃/h的冷却速度降温至
‑
196～
‑
40℃，并在此温度下保温2～4h，通过降低温度使不稳定的残余奥氏体进一步转变为稳定的马氏体，再以相同的速度升至室温；
[0016](9)三次回火：深冷处理后进行三次回火处理，每次加热温度为500～580℃，保温时间为1～3h，然后空冷至室温。
[0017]所述的提高渗碳后稀土M50NiL钢力学性能的热处理方法，Ce和La的总量0.01～0.02wt.％，Ce与La元素质量分数比例为1：2。
[0018]所述的提高渗碳后稀土M50NiL钢力学性能的热处理方法，最终检测过程中，根据表面碳含量要求将渗碳层0～1mm视为机加工余量，将皮下1mm处视为实际表面。
[0019]所述的提高渗碳后稀土M50NiL钢力学性能的热处理方法，步骤(2)中，正火处理加热过程中，进行阶梯型预热保温：在650
±
20℃进行0.5～1h预热保温，在850
±
20℃进行0.5～1h预热保温。
[0020]所述的提高渗碳后稀土M50NiL钢力学性能的热处理方法，步骤(5)中，表面渗碳之前采用乙醇对稀土M50NiL钢超声清洗，表面渗碳后的高温回火、淬火及三次回火过程均在真空热处理炉中进行。
[0021]所述的提高渗碳后稀土M50NiL钢力学性能的热处理方法，步骤(5)中，强渗时间10～20h，碳势为1.0～1.2％C；扩散渗时间15～25h，碳势为0.8～1.0％C。
[0022]本专利技术的设计思想是：
[0023]M50NiL钢在渗碳之后，渗碳层的C及合金含量很高，马氏体相变温度的降低会使奥氏体十分稳定，故在淬火后渗碳层组织中会存在大量的残余奥氏体，本专利技术通过基于在深冷处理过程中不稳定的残余奥氏体将在低温下转变为稳定的马氏体，进而提高零件力学性能的思想，首先将满足成分要求的铸态钢锭加热保温后进行三向锻造、正火、球化退火及机
加工处理后进行表面渗碳处理，然后依次进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种提高渗碳后稀土M50NiL钢力学性能的热处理方法，其特征在于，稀土M50NiL钢的化学成分及所占质量百分比为：C 0.11～0.15wt.％、Si 0.10～0.25wt.％、Cr 4.00～4.25wt.％、Mo 4.00～4.50wt.％、V 1.13～1.33wt.％、Ni 3.20～3.60wt.％、Mn0.15～0.35wt.％、Ce和La的总量≤0.02wt.％、P≤0.01wt.％、S≤0.01wt.％，余量为Fe；该热处理方法包括锻造、正火、球化退火、机加工、表面渗碳、高温回火、淬火、深冷处理、三次回火及最终检测过程，具体步骤如下：(1)锻造：采用真空感应+真空自耗的双真空冶炼的方式制成钢锭，采用三向锻造处理，锻造加工温度为900～1120℃，锻造结束后空冷至表面温度降低在500～600℃之间，再炉冷至室温以消除应力；(2)正火：钢锭在锻造后进行正火处理，加热温度为1100
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20℃，经保温1～5h后空冷至室温；(3)球化退火：钢锭在正火处理后以100～200℃/h的升温速度先加热至650
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20℃进行0.5～1h预热保温，然后以100～200℃/h的升温速度加热至850
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20℃，保温时间为4～5h，以20～40℃/h的速度冷却到740
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20℃，保温时间为6～8h，随炉冷却至室温；(4)机加工：钢锭在球化退火后用线切割制成规定尺寸样品，将样品表面粗磨，利于表面渗碳；(5)表面渗碳：经过机加工处理后，在通过甲醇裂解营造的渗碳气氛下进行气体渗碳，渗碳温度为930
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20℃，碳势变化范围为0.8～1.2％C，通过强渗+扩散渗的方式渗碳30～40h，最后随炉冷却至室温；(6)高温回火：表面渗碳处理后进行高温回火，回火温度为750
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20℃，保温时间为4～6h，炉冷至550
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20℃，再出炉空冷至室温；(7)淬火：高温回火后，先以100～20...
【专利技术属性】
技术研发人员：傅排先，郭乾威，刘宏伟，刘航航，孙宸，李殿中，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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