【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料成分设计与热处理领域，具体为一种耐高温轻质轴承钢及其制备方法。
技术介绍
1、gcr15轴承钢广泛应用于工业生产的诸多领域，例如：风电、高铁、汽车，是目前应用最为广泛的高碳铬轴承钢。这主要是由于gcr15具有易生产，价格低廉的特点，且具有良好的耐磨性和较高的硬度。
2、按(gb/t 18254-2002)标准，gcr15钢化学成分如下表：
3、
4、gcr15轴承钢的热处理工艺主要包括退火、淬火与回火。退火过程中，将材料加热至780～820℃，然后保持一段时间，使其均匀加热，然后冷却至室温。淬火过程中，将材料加热至850～880℃，保持一段时间，使其完全均匀加热，然后迅速冷却至室温。回火过程中，将材料加热至150～200℃，保持一段时间，然后空冷至室温。这样处理后的gcr15轴承钢具有高硬度和高强度，硬度≥59hrc，屈服强度≥1700mpa，抗拉强度≥2000mpa。
5、但gcr15轴承钢耐高温性能差，通常只能用于常温条件，无法满足较高温度的服役环境要求。同时，轴承运转过程中总是伴随着发热与温升，特别是初始磨损形成后，会导致局部温度显著提升，进而导致轴承钢材料的显著退化，加剧磨损并降低寿命。此外，轴承的轻量化可降低其运行过程中的应力，延缓缺陷产生。因此，提高轴承钢的耐高温性能及轴承轻质化可显著提高轴承寿命，并扩展其应用场景，意义重大。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种耐高温轻质轴承钢及其制备方法
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种耐高温轻质轴承钢，按重量百分比计，其化学成分如下：c 1.2～1.5％，si0.15～0.50％，mn 0.25～0.45％，p≤0.02％，s≤0.02％，al 4～8％，cr 1.20～1.65％，mo0.02～0.08，la和ce 0.01～0.05％，fe余量。
4、所述的耐高温轻质轴承钢，la0.005～0.03％，ce 0.005～0.03％。
5、所述的耐高温轻质轴承钢的制备方法，包括冶炼、锻造及性能热处理工艺，具体步骤如下：
6、(1)冶炼：真空感应熔炼+真空脱气处理，保证钢水的纯净度；在真空脱气后，加入高纯稀土合金进行终脱氧及变化细化夹杂物处理，最终满足耐高温轻质轴承钢的化学成分要求，并浇注耐高温轻质轴承钢钢锭；
7、(2)锻造：将符合成分要求的耐高温轻质轴承钢钢锭进行三向锻造处理，锻造温度控制在1000～1250℃；
8、(3)球化退火：锻造完成后进行球化退火处理，保温温度选取800～850℃，经保温2～8h后随炉缓冷，使组织发生均匀的球化；
9、(4)淬回火处理：经球化退火后，以50～200℃/h的速率升温到900～950℃，保温2～4h后进行油淬冷却至室温；回火时，加热到150～400℃，保温2～5h。
10、所述的耐高温轻质轴承钢的制备方法，优选的，球化退火保温温度选取830～850℃。
11、所述的耐高温轻质轴承钢的制备方法，优选的，淬火升温速率100～200℃/h，淬火保温温度选取930～950℃。
12、所述的耐高温轻质轴承钢的制备方法，优选的，回火保温温度选取200～300℃。
13、所述的耐高温轻质轴承钢的制备方法，耐高温轻质轴承钢的密度为6.9～7.1kg/m3。
14、所述的耐高温轻质轴承钢的制备方法，在经历400℃长期工作后，硬度≥58hrc，屈服强度≥1850mpa，抗拉强度≥2150mpa。
15、本专利技术的设计思想是：
16、本专利技术在标准gcr15轴承钢成分基础上，将c含量增加到1.2～1.5％，此外添加4～8％的al，以及0.01～0.05％的la和ce。
17、al作为一种合金元素，其固溶于基体中可阻碍c元素扩散，延缓碳化物的分解与粗化；同时，al会与fe形成的铁铝相，其在高温下具有较低的熟化速率，提高轴承钢的高温抗性。此外，这些铁铝相还可起到强化基体的作用。但是，al的引入会带来大量非金属夹杂物。基于此，通过加入稀土元素ce和la来变质夹杂物，保证材料纯净度。
18、同时，al作为铁素体形成元素，其大量引入会降低轴承钢的淬透性，导致轴承钢在淬火过程中存在无法获得全马氏体组织的问题。基于此，通过提高淬火温度来促进固溶过程中的完全奥氏体化，提高c含量以获得全马氏体组织。
19、另外，c含量的增加可进一步降低轴承钢密度，实现更高程度的轻质化，改善轴承运行过程中的受力条件。化学成分的改变必然会导致制备工艺的改变，本专利技术对所研发的耐高温轻质轴承钢全流程制备工艺进行了针对性的优化与调控，以获得最佳的性能表现，获得硬度和强度满足轴承钢服役要求、同时具有良好高温抗性的轻质轴承钢。
20、本专利技术的优点及有益效果是：
21、1、本专利技术所研发的耐高温轻质轴承钢仅需额外添加al元素和微量稀土元素，成本低廉；同时制备工艺简单，许多高碳铬轴承钢的生产使用经验可以迁移到所述的钢种。
22、2、本专利技术所研发的耐高温轻质轴承钢，密度为6.9～7.1kg/m3，较传统gcr15轴承钢(7.81kg/m3)可降低约10％。在经历400℃长期工作后，硬度≥58hrc，屈服强度≥1850mpa，抗拉强度≥2150mpa，在满足高强度和常温疲劳性能的同时，还具有良好的高温抗性。
23、3、在成分优化基础上，本专利技术对所研发的耐高温轻质轴承钢全流程制备工艺进行了针对性的优化，所制备的耐高温轻质轴承钢性能优良，制备成本低，具有显著的社会及经济效益。
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1.一种耐高温轻质轴承钢，其特征在于，按重量百分比计，其化学成分如下：C1.2～1.5％，Si 0.15～0.50％，Mn0.25～0.45％，P≤0.02％，S≤0.02％，Al 4～8％，Cr1.20～1.65％，Mo 0.02～0.08，La和Ce 0.01～0.05％，Fe余量。
2.根据权利要求1所述的耐高温轻质轴承钢，其特征在于，La 0.005～0.03％，Ce0.005～0.03％。
3.一种权利要求1至2之一所述的耐高温轻质轴承钢的制备方法，其特征在于，包括冶炼、锻造及性能热处理工艺，具体步骤如下：
4.根据权利要求3所述的耐高温轻质轴承钢的制备方法，其特征在于，优选的，球化退火保温温度选取830～850℃。
5.根据权利要求3所述的耐高温轻质轴承钢的制备方法，其特征在于，优选的，淬火升温速率100～200℃/h，淬火保温温度选取930～950℃。
6.根据权利要求3所述的耐高温轻质轴承钢的制备方法，其特征在于，优选的，回火保温温度选取200～300℃。
7.根据权利要求3所述的耐高温轻质轴
8.根据权利要求3所述的耐高温轻质轴承钢的制备方法，其特征在于，在经历400℃长期工作后，硬度≥58HRC，屈服强度≥1850MPa，抗拉强度≥2150MPa。
...【技术特征摘要】
1.一种耐高温轻质轴承钢，其特征在于，按重量百分比计，其化学成分如下：c1.2～1.5％，si 0.15～0.50％，mn0.25～0.45％，p≤0.02％，s≤0.02％，al 4～8％，cr1.20～1.65％，mo 0.02～0.08，la和ce 0.01～0.05％，fe余量。
2.根据权利要求1所述的耐高温轻质轴承钢，其特征在于，la 0.005～0.03％，ce0.005～0.03％。
3.一种权利要求1至2之一所述的耐高温轻质轴承钢的制备方法，其特征在于，包括冶炼、锻造及性能热处理工艺，具体步骤如下：
4.根据权利要求3所述的耐高温轻质轴承钢的制备方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：傅排先，王磊涛，孙宸，刘航航，曹艳飞，刘宏伟，郭乾威，杜依诺，宋开颜，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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