阅读说明：本技术 一种精密轴承组件组织稳定化形变相变协同调控方法 (Precise bearing assembly structure stabilization deformation phase change cooperative regulation and control method ) 是由 钱东升 华林 王丰 路晓辉 刘青龙 于 2019-07-31 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种精密轴承组件组织稳定化形变相变协同调控方法,包括以下步骤：S1、轴承套圈采用冷轧环成形工艺,在冷轧环成形过程中,合理控制冷轧环变形量,对于轴承滚动体,钢球采用冷斜轧成形工艺、滚子采用冷镦成形工艺,并合理控制变形量；S2、采用马氏体-贝氏体复合淬火热处理工艺对套圈和滚动体进行相变调控,在轴承套圈和滚动体淬火过程中,合理控制奥氏体化加热温度,马氏体淬火温度和贝氏体复合淬火温度。本申请能够充分发挥冷塑性形变与马贝复合热处理相变协同作用,有效提高轴承组件的组织稳定性,从而提高精密轴承尺寸稳定性和精度保持性。(The application discloses a precise bearing assembly tissue stabilization deformation phase change cooperative regulation and control method, which comprises the following steps: s1, adopting a cold-rolled ring forming process for the bearing ring, reasonably controlling the deformation of the cold-rolled ring in the cold-rolled ring forming process, adopting a cold-skew rolling forming process for the steel ball and a cold heading forming process for the roller for the bearing rolling body, and reasonably controlling the deformation; s2, performing phase change regulation on the bearing ring and the rolling body by adopting a martensite-bainite composite quenching heat treatment process, and reasonably controlling austenitizing heating temperature, martensite quenching temperature and bainite composite quenching temperature in the quenching process of the bearing ring and the rolling body. The application can fully exert the synergistic effect of cold plastic deformation and Marble composite heat treatment phase change, and effectively improve the structural stability of the bearing assembly, thereby improving the dimensional stability and the precision retentivity of the precision bearing.)

一种精密轴承组件组织稳定化形变相变协同调控方法

技术领域

本发明属于轴承制造技术，具体涉及一种精密轴承组件组织稳定化形变相变协同调控 方法。

背景技术

轴承是机械装备承载负荷和传递运动的核心部件，其精度和性能直接影响主机的运转 精度和工作寿命。套圈和滚动体作是决定轴承精度和性能的核心组件，轴承服役过程中的 精度保持性与套圈、滚动体的组织稳定性密切相关。套圈和滚动体的亚稳组织在服役过程 中受热或受力载荷作用发生转变，从而引起组件尺寸变化和轴承精度衰减，成为破坏轴承 精度保持性的主要原因。

套圈和滚动体制造组织状态主要取决于塑性成形和热处理，前者利用形变作用、后者 利用相变作用来调控并获得服役需要的组织。因此，通过有效的形变和相变协同调控来提 高轴承组件组织稳定性，是解决精密轴承服役精度保持性问题的关键技术途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精密轴承组件组织稳定化形变相变协同调控方法，基于轴 承套圈和滚动体组件的冷塑性成形和马贝复合热处理工艺方法，优化匹配形变和相变关键 工艺条件，实现形变相变协同改善组织稳定性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种精密轴承组件组织稳定化形变相变协同调控方法，包括以下步骤：

S1、冷塑性成形形变调控：采用冷塑性成形工艺对轴承组件进行形变调控，所述轴承 租金包括轴承套圈和轴承滚动体；

若为轴承套圈，则采用冷轧环成形工艺，在冷轧环成形过程中，控制冷轧环变形量ε₁＝ k_Rδ，式中，δ为轴承钢材料室温延伸率，k_R为轴承套圈冷变形特征系数，k_R与轴承钢延伸 率成正相关关系，k_R取值范围为1.4～1.7；

若为轴承滚动体，则对于钢球采用冷斜轧成形工艺，对于滚子采用冷镦成形工艺，控 制变形量ε₂＝k_REδ，式中，δ为轴承钢材料室温延伸率，k_RE为轴承滚动体冷变形特征系数，k_RE取值范围为0.9～1.1；

S2、形变匹配热处理相变调控：采用马氏体-贝氏体复合淬火热处理工艺对轴承套圈和 轴承滚动体进行相变调控，在轴承套圈和轴承滚动体淬火过程中，控制奥氏体化加热温度 T_Q＝(1+k_AD)T_Ac3，马氏体淬火温度T_M＝(1-k_MD)T_Ms，贝氏体复合淬火温度T_B＝(1- k_BD)T_Bs，式中，T_Ac3、T_Ms和T_Bs分别为轴承钢奥氏体相变临界温度、马氏体相变开始温度和 贝氏体相变鼻温温度，k_A、k_M和k_B分别为奥氏体化温度特征系数、马氏体淬火温度特征系 数和贝氏体复合淬火温度特征系数，k_A、k_M和k_B的取值范围分别为0.14～0.17、0.02～0.1和 0.1～0.3。

本发明产生的有益效果是：本发明先采用冷塑性成形工艺对轴承组件进行形变调控， 利用冷形变再结晶效应细化亚稳组织尺寸，以提高亚稳组织稳定性，获得有效的再结晶晶 粒组织细化效果，考虑到材料不同其延伸率和变形特性均不同，因此本发明根据材料性能 设计冷轧环变形量，即变形量不再是固定值(若为固定值，当材料延伸率较低时，会产生 裂纹导致高强韧性达不到要求，当材料延伸率较高时，晶粒细化效果不理想)，通过冷轧环 变形量控制形变程度，进而控制材料形变损伤；然后采用马氏体-贝氏体复合淬火热处理工 艺对轴承组件进行相变调控，利用马贝复合相变控制亚稳组织数量和形态，提高亚稳组织 稳定性，同时在热处理过程，考虑冷形变组织的遗传影响效应，合理设计奥氏体化温度、 马氏体淬火温度和贝氏体复合淬火温度，以充分保留冷形变有益效果，发挥冷形变和马贝 复合相变的协同作用。

本发明基于轴承组件塑性成形、热处理与组织状态之间密切关联性，优化匹配冷塑性 成形和马贝复合热处理，并针对形变与相变之间遗传影响，通过合理控制形变与相变关键 工艺条件，充分发挥形变相变协同作用来细化亚稳组织尺寸、控制亚稳组织数量、改善亚 稳组织形态，从而提高亚稳组织稳定性。本发明通过形变相变协同调控获得高组织稳定性 的轴承组件，从而降低服役过程中组件组织失稳对轴承精度的损害，提高轴承精度保持性。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术 方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全 部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发 明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得 的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种精密轴承组件组织稳定化形变相变协同调控方法，包括以下步 骤：

S1、冷塑性成形形变调控：采用冷塑性成形工艺对轴承组件进行形变调控，轴承租金 包括轴承套圈和轴承滚动体；

若为轴承套圈，则采用冷轧环成形工艺，在冷轧环成形过程中，控制冷轧环变形量ε₁＝ k_Rδ，式中，ε₁为套圈冷轧环变形量，δ为轴承钢材料室温延伸率，k_R为轴承套圈冷变形特 征系数，k_R取值范围为1.4～1.7，k_R的取值与δ成正相关关系；

若为轴承滚动体，则对于钢球采用冷斜轧成形工艺，对于滚子采用冷镦成形工艺，控 制变形量ε₂＝k_REδ，式中，ε₂为滚动体冷斜轧或冷镦变形量，δ为轴承钢材料室温延伸率，k_RE为轴承滚动体冷变形特征系数，k_RE取值范围为0.9～1.1，k_RE随轴承钢材料室温延伸率δ增加而取大值，随δ减小而取小值，一般当轴承基体材料室温延伸率δ≥30％时，轴承滚动体冷变形特征系数k_RE＝1.1，当轴承基体材料室温延伸率δ＜20％时，轴承滚动体冷变形特征系数k_RE＝0.9，基于轴承基体材料的变形特性，本发明优化设计冷轧变形量，能够最大程度的发挥冷轧的细晶效果，同时控制材料的变形损伤；

S2、形变匹配热处理相变调控：采用马氏体-贝氏体复合淬火热处理工艺对轴承套圈和 轴承滚动体进行相变调控，在轴承套圈和轴承滚动体淬火过程中，控制奥氏体化加热温度 T_Q＝(1+k_AD)T_Ac3，马氏体淬火温度T_M＝(1-k_MD)T_Ms，贝氏体复合淬火温度T_B＝(1- k_BD)T_Bs，式中，T_Ac3、T_Ms和T_Bs分别为轴承钢奥氏体相变临界温度、马氏体相变开始温度和 贝氏体相变鼻温温度，k_A、k_M和k_B分别为奥氏体化温度特征系数、马氏体淬火温度特征系 数和贝氏体复合淬火温度特征系数，k_A、k_M和k_B的取值范围分别为0.14～0.17、0.02～0.1和 0.1～0.3，k_A、k_M和k_B随冷轧量增加而取小值，反之则取大值。

本发明实施例中，步骤S2中，淬火保温时间根据轴承套圈和滚动体有效厚度确定。

在本发明的优选实施例中，步骤S2中，马氏体淬火等温时间范围为2～8min。

在本发明的优选实施例中，步骤S2中，贝氏体淬火等温时间范围为90～240min，且随 轴承钢有效厚度增加而取大值，反之则取小值。

以下列举一个具体应用例对本发明进行进一步说明。

针对以GCr15轴承钢为材料的某型号轴承套圈和滚动体(钢球组件)，采用本发明对其 组织稳定化形变相变协同调控，包括以下步骤：

S1、冷塑性成形形变调控

采用冷轧环成形工艺，根据材料室温塑性变形能力，合理设计控制冷轧变形量，测试 GCr15轴承套圈与钢球材料室温延伸率为26％，根据冷轧环变形量设计公式，计算轴承套 圈与滚动体的合理变形量范围分别为36.4～44.2％和23.4～28.6％，在本例中对轴承套圈选取 变形量为38％进行冷环轧成形，对滚动体选取变形量为25％进行冷斜轧成形；

S2、形变匹配热处理相变调控

采用马氏体-贝氏体复合淬火热处理工艺，根据材料冷形变程度和相变条件，合理设计 控制热处理关键参数，测试所采用的GCr15轴承钢材料T_Ac3为800℃，T_Ms为226℃，T_Bs为280℃；

针对轴承套圈，已选取轴承套圈的冷变形量为38％，根据奥氏体化加热温度、马氏体 淬火温度和贝氏体复合淬火温度设计公式，计算套圈奥氏体化加热温度范围为 842.6～851.7℃、马氏体淬火温度范围为166～217℃、贝氏体复合淬火温度范围为 199.2～269.4℃，在本例中，先将轴承套圈在氮气保护气氛下加热至850℃保温15min进行 奥氏体化，然后放入180℃盐浴中保持5min进行马氏体淬火，再将轴承套圈放入240℃盐 浴中保持120min进行贝氏体淬火，最后水冷至室温；

针对滚动体，选取滚动体的冷变形量为25％，根据奥氏体化加热温度、马氏体淬火温 度和贝氏体复合淬火温度设计公式，计算套圈奥氏体化加热温度范围为828～834℃、马氏体 淬火温度范围为220～224.6℃、贝氏体复合淬火温度范围为198.1～273℃。在本优选实施例 中，先将轴承套圈在氮气保护气氛下加热至830℃保温20min进行奥氏体化，然后放入220℃ 盐浴中保持5min进行马氏体淬火，再将轴承套圈放入260℃盐浴中保持180min进行贝氏 体淬火，最后水冷至室温。

上述实施例所获得轴承套圈和滚动体与传统工艺进行残余奥氏体测试：相同测试条件 下，本发明实施例套圈和滚动体残余奥氏体含量分别为8.2％和7.9％，而传统工艺为10.5％ 和9.8％。

上述实施例所获得轴承套圈和滚动体与传统工艺进行尺寸稳定性测试：相同测试条件 下，本发明实施例套圈和滚动体10⁴h内尺寸直径变化率分别为0.003％和0.0021％，传统工 艺为0.0074％和0.0058％。

可见，本发明能够有效减少轴承套圈和滚动体组件残余奥氏体亚稳组织含量，提高组 件尺寸稳定性和精度保持性。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而 所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。