一種實現組織球化的高碳鉻軸承鋼溫軋環成形方法與流程
2023-11-01 02:17:07 1
本發明屬於塑形加工技術領域，具體涉及一種實現組織球化的高碳鉻軸承鋼溫軋環成形方法。
背景技術：
高碳鉻軸承鋼是軸承零件的主要用鋼，典型如gcr15軸承鋼，在軸承內、外套圈生產(簡稱軸承環)中大量應用。軋環作為無縫環形零件(簡稱環件)的先進迴轉塑性成形方法，以其節能、節材、優質、高效的技術優勢，已逐步取代傳統的鍛造成形方法，在以軸承環為代表的環形零件生產製造中得到了廣泛應用和普遍認可。對於高碳鉻軸承鋼環件，以典型的gcr15軸承環為例，目前工業生產中採用的軋環方法包括冷軋環和熱軋環，前者主要用於中、小型軸承環常溫冷成形，後者則通常用於中、大型軸承環鍛造溫度區間熱成形。
由於高碳鉻軸承鋼塑性低、硬度和強度高、冷成形和切削加工性能較差，因此高碳鉻軸承鋼環件鍛造或軋環生產中，球化退火一直是必不可少的重要工序，通過對環坯或環鍛件進行球化退火處理，使材料片狀珠光體組織中的碳化物球化而形成粒狀珠光體組織，從而提高塑性、降低硬度和強度，以滿足製造工藝要求。例如，在冷軋環生產中，需要對環坯進行球化退火來提高冷塑性加工性能；在熱軋環和鍛造生產中，需要對環鍛件進行球化退火來改善切削加工性能。然而，當前高碳鉻軸承鋼環件工業生產中普遍採用的等溫球化退火工藝，一般需要十餘小時，不僅周期長、能耗高，而且容易導致碳化物顆粒粗大、表面脫碳和氧化程度大，對後續加工和最終熱處理質量都會造成遺傳影響。雖然當前關於高碳鉻軸承鋼快速球化退火研究已有公開報導，但是並沒有獲得實際工業應用，尤其在高碳鉻軸承鋼環件生產中，仍然採用傳統的球化退火工藝，對降低成本和提高質量造成了很大的限制。因此，面對當前製造業節能減排、高附加值生產發展趨勢，迫切需要解決上述高碳鉻軸承鋼環件球化退火問題。
技術實現要素：
針對上述現狀，本發明的目的在於提供一種實現組織球化的高碳鉻軸承鋼溫軋環成形方法，它在低於材料鍛造溫度下，通過溫軋環變形使材料組織直接球化，實現成形-球化一體化，可以省去傳統球化退火工藝，提高效率和降低能耗。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：
一種實現組織球化的高碳鉻軸承鋼溫軋環成形方法，該方法包括以下步驟：
s1、低溫奧氏體化加熱：將加工好的環坯放入加熱爐中加熱至略高於材料臨界溫度ac1，保溫5～10min；
s2、爐內緩冷：將保溫完成的環坯在加熱爐中隨爐緩慢冷卻至略低於材料臨界溫度ar1，冷卻速度控制在100℃/h～200℃/h；
s3、溫軋成形：將冷卻後的環坯從加熱爐中快速轉移至軋環機上進行軋制，環坯變形量控制在40％～70％，終軋溫度控制在ar1以下100℃以內。
按上述技術方案，在步驟s1中，將環坯在加熱爐中加熱至ac1以上10℃～40℃。
按上述技術方案，在步驟s2中，將環坯在加熱爐中降溫至ar1以下0℃～50℃。
按上述技術方案，在在步驟s3中，在軋制過程中實時監測環坯溫度，當環坯溫度低於終軋溫度時立即終止軋制，將環坯回爐加熱至預設初軋溫度後再繼續軋制，直至成形為目標環件。
本發明，具有以下有益效果：本發明基於合適的軋制工藝條件，使材料在臨界溫度以下溫成形過程中獲得有效的組織球化條件，從而經歷變形的同時實現組織球化：首先通過合適的加熱條件，使材料獲得不完全、不均勻的奧氏體組織；然後在合適的冷卻條件下，由過冷奧氏體反常分解出碳化物顆粒而抑制其正常分解出碳化物層；最後通過合適的變形條件，通過溫度和應力作用促進碳元素向碳化物顆粒擴散聚集，並促使部分形成的碳化物層破碎球化，最終在軋制後獲得完全球化的組織。由於上述組織球化過程在低溫快速軋制過程中完成，碳化物顆粒沒有充分的時間熟化長大從而細小均勻，軋制溫度低、表面沒有明顯的氧化和脫碳，因此，本發明通過溫軋環變形直接實現組織球化，可以省掉球化退火，相比冷軋環和熱軋環需要球化退火，顯著降低了能耗、提高了效率，而且碳化物顆粒細小、表面質量好，有利於後續加工和最終熱處理質量，具有縮短工藝流程、降低生產成本、提高生產效率、提升產品質量的有益作用。
附圖說明
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：
圖1是本發明實施例的工藝示意圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
在本發明的較佳實施例中，一種實現組織球化的高碳鉻軸承鋼溫軋環成形方法，如圖1所示，該方法包括以下步驟：
s1、低溫奧氏體化加熱：將加工好的環坯放入加熱爐中加熱至略高於材料臨界溫度ac1，保溫5～10min；
s2、爐內緩冷：將保溫完成的環坯在加熱爐中隨爐緩慢冷卻至略低於材料臨界溫度ar1，冷卻速度控制在100℃/h～200℃/h；
s3、溫軋成形：將冷卻後的環坯從加熱爐中快速轉移至軋環機上進行軋制，根據目標環件尺寸、軋環機加工範圍和力能條件，合理設計軋制比和選擇軋制進給速度，使環坯變形量控制在40％～70％(環坯變形量以環坯壁厚減薄率來計算)、終軋溫度控制在ar1以下100℃以內，環坯在該變形量和變形溫度範圍內軋製成形。
在本發明的優選實施例中，在步驟s1中，將環坯在加熱爐中加熱至ac1以上10℃～40℃。
在本發明的優選實施例中，在步驟s2中，將環坯在加熱爐中降溫至ar1以下0℃～50℃。
在本發明的優選實施例中，在步驟s3中，在軋制過程中實時監測環坯溫度(具體為利用測溫裝置嚴格監測環坯溫度)，當環坯溫度低於終軋溫度時立即終止軋制，將環坯回爐加熱至預設初軋溫度後再繼續軋制，直至成形為目標環件。
以下列舉兩個實施例對本發明進行進一步說明。
實施例1
以某規格gcr15高碳鉻軸承鋼環件為例，其實現組織球化的溫軋環成形方法，包括以下步驟：
s1、低溫奧氏體化加熱：將環坯在箱式電阻爐中加熱至780℃(ac1約為750℃)，保溫10分鐘；
s2、爐內緩冷：將保溫完成的環坯以200℃/h的冷卻速度在爐內降溫至650℃(ar1約為700℃)；
s3、溫軋成形：將達到預設初軋溫度的環坯從加熱爐中快速轉移至軋環機上軋制，在合適的軋制比和軋制進給速度條件下，環坯在600℃以上溫度經過40％變形量的軋制變形而成形為目標環件，目標環件隨後空冷即可。
實施例2
以某規格gcr15simn高碳鉻軸承鋼環件為例，其實現組織球化的溫軋環成形方法，包括以下步驟：
s1、低溫奧氏體化加熱：將環坯在箱式電阻爐中加熱至790℃(ac1約為770℃)，保溫5分鐘；
(2)爐內緩冷：將保溫完成的環坯以200℃/h的冷卻速度在爐內降溫至710℃(ar1約為710℃)；
(3)溫軋成形：將達到預設初軋溫度的環坯從加熱爐中快速轉移至軋環機上軋制，在合適的軋制比和軋制進給速度條件下，環坯在610℃以上溫度經過70％變形量的軋制變形而成形為目標環件，目標環件隨後空冷即可。
將上述兩個實施例成形得到的目標環件獲得的球化組織與採用普通球化退火獲得的球化組織進行比較得到，溫軋環碳化物顆粒平均直徑約為0.25μm，普通球化退火碳化物顆粒平均直徑約為0.46μm，由此可見採用本發明溫軋環成形方法不僅能夠實現高碳鉻軸承鋼組織球化，而且可以顯著細化碳化物顆粒，提高球化組織質量。
本發明還適用於其它高碳鉻軸承鋼材料環件，其方法與上述實施例相同，效果也相同，在此不逐一列舉實施例。
應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。