机的离心速度 为2000r/min~5000r/min,弹丸材质为强化钢丸,弹丸显微硬度为HRC58~HRC63,直径为 1mm~2mm,喷嘴到Cr4Mo4V钢轴的距离为300_~500_,喷丸流量为50kg/min~200kg/ min,喷丸速度为100m/s~200m/s,喷丸时间为Imin~5min,喷射角度为0 =40°~ 65°,表面覆盖率为80%~100%; 二、 对喷丸表面进行磨削加工:对步骤一得到的Cr4M〇4V钢轴承滚道表面厚度为 500ym~700ym的形变强化层进行磨削加工,将Cr4M〇4V钢轴承滚道表面粗糙度降至 Ra〈0. 08,得到滚道表面经过强力喷丸和磨削加工处理后的Cr4M〇4V钢轴承; 步骤二中所述的磨削加工的磨削线速度为42m/s~45m/s,进给速度为Iym/s~ 2ym/s,磨削量为20ym~30ym; 三、 升温注渗处理: ① 、预溅射处理: 将步骤二得到的滚道表面经过强力喷丸和磨削加工处理后的Cr4M〇4V钢轴承放到真 空室试样台上,再抽背底真空至I.OX10 4Pa~I.OX10 3Pa,然后通入纯度为99. 99%的高 纯Ar气,调节Ar气流量,使真空室内气压升至IPa~10Pa,再在真空室内气压为IPa~ 10Pa、射频功率为0. 5kW~IkW和电压为500V~1000V下进行预派射清洗30min~60min; ② 、碳、氮离子注渗: 将预溅射处理后的Cr4M〇4V钢轴承绕自身轴线匀速旋转的同时,将质量分数为 99. 999 %的氮气和质量分数为99. 999 %的甲烷同时通入到真空室中,在甲烷与氮气分压比 为1: (5~30)、总气压为0.IPa~0. 5Pa的条件下,采用功率为300W~500W的射频激发 等离子体,使碳氮等离子体密度为1.0X109/cm3~1.0X10livCiii3;再在碳氮等离子体密度 为I.OXIOVcm3~I.OX10wCrn3、注入电压为30kV~50kV和平均注入电流密度为30yA/ cm2~100yA/cm2的条件下,通过调整注入脉冲的频率和占空比利用离子注入过程中的自 加热效应将预溅射处理后的Cr4Mo4V钢轴承温度升至150°C~250°C,在150°C~250°C下 注入处理IOh~30h,再在真空环境下冷却至温度小于50°C,打开真空室,得到碳、氮离子注 入后的Cr4Mo4V钢轴承,S卩完成一种Cr4Mo4V钢轴承强力喷丸和升温注渗复合表面强化方 法。2. 根据权利要求1所述的一种Cr4M〇4V钢轴承强力喷丸和升温注渗复合表面强化方 法,其特征在于步骤一中采用强力喷丸工艺对Cr4Mo4V钢轴承滚道进行处理,在Cr4Mo4V钢 轴承滚道表面形成厚度为600ym的形变强化层。3. 根据权利要求1所述的一种Cr4M〇4V钢轴承强力喷丸和升温注渗复合表面强化方 法,其特征在于步骤一中所述的强力喷丸工艺使用的仪器为机械离心式喷丸机,机械离心 式喷丸机的离心速度为3000r/min,弹丸材质为强化钢丸,弹丸显微硬度为HRC58~HRC63, 直径为I. 2mm,喷嘴到Cr4Mo4V钢轴的距离为400mm,喷丸流量为100kg/min,喷丸速度为 150m/s,喷丸时间为3min,喷射角度为0 =50°,表面覆盖率为100%。4. 根据权利要求1所述的一种Cr4M〇4V钢轴承强力喷丸和升温注渗复合表面强化方 法,其特征在于步骤二中所述的磨削加工的磨削线速度为45m/s,进给速度为2ym/s,磨削 量为30ym。5. 根据权利要求1所述的一种Cr4M〇4V钢轴承强力喷丸和升温注渗复合表面强化 方法,其特征在于步骤三①中将步骤二得到的滚道表面经过强力喷丸和磨削加工处理后 的Cr4M〇4V钢轴承放到真空室试样台上,再抽背底真空至I.OX10 3Pa,然后通入纯度为 99. 99%的高纯Ar气,调节Ar气流量,使真空室内气压升至5Pa,再在真空室内气压为5Pa、 射频功率为0. 8kW和电压为800V下进行预溅射清洗45min。6. 根据权利要求1所述的一种Cr4M〇4V钢轴承强力喷丸和升温注渗复合表面强化方 法,其特征在于步骤三②中将预溅射处理后的Cr4Mo4V钢轴承绕自身轴线匀速旋转的同 时,将质量分数为99. 999%的氮气和质量分数为99. 999%的甲烷同时通入到真空室中,在 甲烷与氮气分压比为1:15、总气压为0. 3Pa的条件下,采用功率为400W的射频激发等离子 体,使碳氮等离子体密度为I.OXIOwcm3;再在碳氮等离子体密度为1. 0X10 ^cm3、注入电 压为40kV和平均注入电流密度为60iiA/cm2的条件下,通过调整注入脉冲的频率和占空比 利用离子注入过程中的自加热效应将预溅射处理后的Cr4M〇4V钢轴承温度升至200°C,在 200°C下注入处理20h,再在真空环境下冷却至温度小于50°C,打开真空室,得到碳、氮离子 注入后的Cr4M〇4V钢轴承,即完成一种Cr4M〇4V钢轴承强力喷丸和升温注渗复合表面强化 方法。7. 根据权利要求1所述的一种Cr4M〇4V钢轴承强力喷丸和升温注渗复合表面强化方 法,其特征在于步骤一中所述的强力喷丸工艺使用的仪器为机械离心式喷丸机,机械离心 式喷丸机的离心速度为2000r/min~3000r/min,弹丸材质为强化钢丸,弹丸显微硬度为 HRC58~HRC63,直径为1_~I. 2mm,喷嘴到Cr4Mo4V钢轴的距离为300_~400mm,喷丸 流量为50kg/min~100kg/min,喷丸速度为100m/s~150m/s,喷丸时间为Imin~3min,喷 射角度为9 =40°~50°,表面覆盖率为100%。8. 根据权利要求1所述的一种Cr4M〇4V钢轴承强力喷丸和升温注渗复合表面强化方 法,其特征在于步骤一中所述的强力喷丸工艺使用的仪器为机械离心式喷丸机,机械离心 式喷丸机的离心速度为3000r/min~5000r/min,弹丸材质为强化钢丸,弹丸显微硬度为 HRC58~HRC63,直径为I. 2mm~2mm,喷嘴到Cr4Mo4V钢轴的距离为400mm~500mm,喷丸 流量为l〇〇kg/min~200kg/min,喷丸速度为15m/s~200m/s,喷丸时间为3min~5min,喷 射角度为9 =50°~65°,表面覆盖率为100%。9. 根据权利要求1所述的一种Cr4M〇4V钢轴承强力喷丸和升温注渗复合表面强化方 法,其特征在于步骤二中所述的磨削加工的磨削线速度为42m/s,进给速度为Iym/s,磨削 量为20ym。10. 根据权利要求1所述的一种Cr4M〇4V钢轴承强力喷丸和升温注渗复合表面强化方 法,其特征在于步骤三②将预溅射处理后的Cr4Mo4V钢轴承绕自身轴线匀速旋转的同时, 将质量分数为99. 999 %的氮气和质量分数为99. 999%的甲烷同时通入到真空室中,在甲 烷与氮气分压比为1: (15~30)、总气压为0. 3Pa~0. 5Pa的条件下,采用功率为400W~ 500W的射频激发等离子体,使碳氮等离子体密度为1. 0Xl〇7cm3~1. 0X10 "cm3;再在碳 氮等离子体密度为1.0XlOVcm3~1.0X10wCiii3、注入电压为40kV~50kV和平均注入电 流密度为60yA/cm2~100yA/cm2的条件下,通过调整注入脉冲的频率和占空比利用离子 注入过程中的自加热效应将预溅射处理后的Cr4M〇4V钢轴承温度升至200°C~250°C,在 200°C~250°C下注入处理20h~30h,再在真空环境下冷却至温度小于50°C,打开真空室, 得到碳、氮离子注入后的Cr4M〇4V钢轴承,即完成一种Cr4M〇4V钢轴承强力喷丸和升温注渗 复合表面强化方法。
【专利摘要】一种Cr4Mo4V钢轴承强力喷丸和升温注渗复合表面强化方法,它涉及一种Cr4Mo4V钢轴承复合表面强化方法。本发明的目的是要解决现有单一的喷丸技术无法使Cr4Mo4V钢轴承有理想的表面强化延寿效果。方法:一、强力喷丸;二、对喷丸表面进行磨削加工;三、升温注渗处理。使用本发明方法处理后的Cr4Mo4V钢轴承与未处理的Cr4Mo4V钢轴承相比,疲劳寿命提高3倍以上,耐蚀性提高50%,表面硬度提高20%以上,极限承载提高500MPa,干摩擦系数由0.8降至0.2,磨损率为原来25%。本发明适用于对Cr4Mo4V钢轴承进行表面处理。
【IPC分类】C21D7/06, C23C14/02, C23C14/48
【公开号】CN105177256
【申请号】
【发明人】唐光泽, 马欣新, 王黎钦, 吴廷宝, 杨树新, 蒋瑞秋
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年8月31日