本发明涉及一种双金属复合管材及其生产工艺 ， 特别是涉及一种轴承环材料的复合管材 及其生产工艺。

背景技术

目前应用的轴承材料主要分为以下几种：

1 ) 高碳铬轴承钢材料 （GB/T 18254-2002);

高碳铬轴承钢主要有 GCr9、 GCrl5、 GCr9SiMn和 GCrl5SiMn等材质。 GCr9主要用于 制造转动轴上尺寸较小的钢球或者滚子， 一般条件下工作的轴承环及滚动体； GCrl5用于制 造大型机械轴承的钢球、 滚子和轴承环； GCr9SiMn性能同 GCrl5相近， 主要用于制造尺寸 较大的轴承环； GCrl5SiMn的耐磨性和淬透性比 GCrl5高，主要用于制造大型轴承的轴承环、 钢球和滚子。

2) 渗碳轴承钢材料 （GB/T3203— 1982);

渗碳轴承材料主要有 G20CrMo、 G20Cr2Ni4 G20Cr2Mn2Mo和 G20CrM2Mo等材质， 此类型轴承钢主要用于承受冲击荷载的轴承环 和滚动体。 这是因为， 此类钢经表面渗碳后， 具有良好的硬度和韧性值， 可以承受较大的冲击荷载， 如 G20Cr2Ni4渗碳轴承钢经渗碳 +热 处理后， 表面硬度 HRC62, 心部硬度 HRC43 , 渗碳深度 2.3mm， 冲击韧性值达到 68.7J/cm ² 。

3 ) 不锈轴承钢材料 （GB/T3086— 1982);

不锈轴承钢材料目前应用较多的是 9Crl8和 9Crl8MoV， 该类钢种主要用于制造耐蚀的 轴承环及滚动体， 如海水、 河水、 硝酸、 化工石油、 原子反应堆用轴承等。

4) 无油润滑双金属轴承材料

无油润滑双金属轴承材料是以优质低碳钢背为 基体， 表面烧结铅锡青铜合金， 经数次高 温烧结和致密轧制而成铜 -钢一体的双金属带材卷制而成， 适合于制造承受中速、 高冲击载荷 的衬套、 止推垫圈等。

滚动轴承通常都在较高的转速或较大的荷载下 运行， 因此， 要求滚动轴承材料须具备下 述特点：

1 ) 必须可以充分淬硬， 具有较高的硬度和耐磨性；

2) 必须具有较高的疲劳强度、 特别是工作面的抗剪切疲劳强度；

3 ) 在工作温度下， 保证轴承零件具有结构和尺寸的稳定性； 4) 对于承受冲击荷载情况下的轴承具备较大的抗 冲击能力；

但是， 对于同一种材料而言， 硬度、 耐磨性和韧性、 抗冲击能力是相互矛盾的， 要求足 够高的硬度、 强度和耐磨性必然会以降低材料的韧性和抗冲 击性能为代价。 虽然渗碳轴承钢 材料可在一定程度上满足工作面硬度和整体韧 性的配合， 但渗碳层的碳含量不均匀性又大大 降低了工作面的抗剪切疲劳性能。如何保证在 足够的硬度、耐磨性下不降低材料的冲击韧性 ， 同时又保证工作面具有较高的抗剪切疲劳性能 ， 正是本专利所解决的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高硬度、 高耐磨性和高韧性、 高冲击韧性值相互配 合的新型轴承环材料及其生产工艺。

本发明新型轴承环材料由环形的复层和基层构 成， 所述复层和基层沿环形的径向冶金结 合在一起， 所述复层采用轴承钢材料， 所述基层采用轴承钢、 普碳钢、 低 /中合金高强度钢或 不锈钢材料。

本发明新型轴承环材料， 其中所述复层为工作层， 所述基层为支撑层。

本发明新型轴承环材料， 其中所述复层沿基层的径向设置在基层的外侧 。

本发明新型轴承环材料， 其中所述复层沿基层的径向设置在基层的内侧 。

本发明新型轴承环材料， 其中所述复层采用高碳铬轴承钢或不锈轴承钢 材料。

本发明新型轴承环材料的生产工艺， 按照如下步骤进行：

( 1 ) 选材

根据使用条件选择复层材料， 即轴承钢材料； 根据强度要求和复层的热膨胀系数选择相 应的基层材料， 即轴承钢、 普碳钢、 低 /中合金高强度钢或不锈钢材料， 基层材料的韧性高于 复层材料；

(2) 离心浇注

A、 将金属管模烘烤至 200-300°C后喷涂涂料， 喷涂厚度为 1.0-3.0mm;

B、 将喷涂涂料后的金属管模烘烤至 200-350°C ;

C、 向步骤 B所述的金属管模中离心浇注第一层复层或基� �材料金属液， 并冷却；

D、 对浇注并凝固后的第一层金属进行传热数值模 拟分析， 根据温度分析结果浇注第二 层基层或复层材料金属液；

E、 将浇注完成后的复合管坯冷却至 <700°C时脱模；

F、 根据后续加工条件对步骤 E所得管坯进行热处理；

(3 ) 纵轧

G、 对步骤 F所得铸态复合管坯进行机加工， 加工至纵轧所需尺寸； H、 对步骤 G所得复合管材进行纵轧， 从而得到用于加工轴承环的复合管环。

本发明新型轴承环材料的生产工艺， 其中所述步骤 （3 ) 用热挤压方式替换， 即

G、 对步骤 F所得铸态复合管坯进行机加工， 加工至热挤压所需尺寸；

H、 对步骤 G所得复合管材进行热挤压， 从而得到用于加工轴承环的复合管环。

本发明新型轴承环材料的生产工艺， 其中所述步骤 （3 ) 用热辗压方式替换， 即

G、 对步骤 F所得铸态复合管坯进行机加工， 加工至热辗压所需尺寸；

H、 对步骤 G所得复合管材进行热辗压， 从而得到用于加工轴承环的复合管环。

本发明新型轴承环材料的生产工艺， 其中所述步骤 （3 ) 用锻造方式替换， 即

G、 对步骤 F所得铸态复合管坯进行机加工， 加工至锻造所需尺寸；

H、 对步骤 G所得复合管材进行锻造， 从而得到用于加工轴承环的复合管环。

本发明新型轴承环材料的生产工艺，其中所述 步骤 F中的热处理包括正火、球化退火或扩 散退火。

本发明新型轴承环材料提供了一种双金属复合 管材， 由复层和基层构成， 复层选用轴承 钢材料， 基层选用韧性、 冲击韧性值相对较高、 热膨胀系数与复层相近的轴承钢、 普碳钢、 低 /中合金高强度钢或不锈钢， 在保证正常轴承钢材料所需的性能要求下， 极大的提高轴承材 料所需的韧性和高冲击韧性值， 以防止在大冲击荷载情况下， 造成的轴承的冲击破坏， 同时 又克服了渗碳轴承钢由于渗碳层不均性带来的 工作面表层抗剪切疲劳性低的问题。

下面结合附图对本发明的新型轴承环材料及其 生产工艺作进一步说明。

附图说明

图 1为本发明新型轴承环材料第一种实施方式的� �构示意图；

图 2为本发明新型轴承环材料第二种实施方式的� �构示意图。

具体实施方式

实施例 1

( 1 ) 选材；

外层 （基层） 选用低合金高强度钢 16MnV， 内层 （复层） 选用轴承钢 GCrl5， 共两层。

16MnV成分（质量含量）： C 0.14-0.2%, Si 0.3-0.6%, Mn 1.0〜1.6%， P≤0.025%， S<0.025%,

V 0.05〜0.15%， 其他为 Fe; 熔点约 1510°C， 1783.15K。

GCrl5成分 （质量含量） ： C 0.95~1.05%， Si 0.15-0.35%, Mn 0.25-0.45%, P<0.025%,

S<0.025%, Cr 1.4-1.65%, 其他为 Fe; 熔点约 1450°C， 1723.15K。

(2) 离心浇注

A、 将金属管模烘烤至 250-260°C后喷涂涂料， 喷涂厚度为 2.0-2. lmm; B、 将喷涂涂料后的金属管模烘烤至 260-290°C ;

C、 向 B所述的金属管模中离心浇注 16MnV金属液并冷却， 浇注温度 1587°C， 浇注重 量 360Kg;

D、 对浇注并凝固后的外层金属 16MnV进行传热数值模拟分析， 为了使内外层金属具有 较好的结合厚度， 待外层内表面温度降低至 1400°C时， 浇注内层 GCrl5 金属液， 浇注温度 1504 °C， 浇注重量 90Kg;

E、将上述浇注完成后的复合管材冷却至室温� �此时内层与外层之间达到了充分的冶金结 合， 冶金熔合厚度 1.0 1.5mm;

(3 ) 热挤压

F、 对步骤 E 所得铸态复合管材进行机加工， 加工至挤压机所需尺寸， 加工尺寸 0248/0142/0108 X 573 mm；

G、 对步骤 F所得复合管材进行热挤压， 挤压温度 1195°C， 挤压力 22~25MPa， 挤压比 12.0, 成品管尺寸， 09O/064/058x56OOmm。

由步骤 G得到的新型轴承环材料的结构示意图如图 1所示， 内层复层 1为工作层， 外层 基层 2为支撑层。 实施例 2

( 1 ) 选材；

外层（复层）选用轴承钢 GCrl5， 内层（基层）选用中合金高强度钢 30CrMnSi， 共两层。 30CrMnSi成分 (质量含量)： C 0.27-0.34%, Si 0.9-1.2%, Mn 0.8—1.1%, Cr 0.8—1.1%,

P<0.035%, S<0.035%, 其他为 Fe; 熔点约 1480~1500°C， 1753.15-1773.15Ko

GCrl5成分 （质量含量） ： C 0.95~1.05%， Si 0.15-0.35%, Mn 0.25—0.45%, P<0.025%,

S<0.025%, Cr 1.4-1.65%, 其他为 Fe; 熔点约 1450°C， 1723.15K。

(2) 离心浇注

A、 将金属管模烘烤至 250-260°C后喷涂涂料， 喷涂厚度为 2.0-2.2mm;

B、 将喷涂涂料后的金属管模烘烤至 270-300°C ;

C、向 B所述的管模中离心浇注 GCrl5金属液并冷却，浇注温度 1556°C，浇注重量 270Kg;

D、 对浇注并凝固后的外层金属 GCrl5进行传热数值模拟分析， 为了使内外层金属具有 较好的结合厚度， 待外层内表面温度降低至 1387°C时， 浇注内层金属 30CrMnSi， 浇注温度 1587°C， 浇注重量 858Kg;

E、将上述浇注完成后的复合管材冷却至室温� �此时内层与外层之间达到了充分的冶金结 合， 冶金熔合厚度 1.0 1.5mm;

( 3 ) 热挤压

F、 对步骤 E 所得铸态复合管材进行机加工， 加工至挤压所需尺寸， 加工尺寸 0280/0260/0130x780mm;

G、 对步骤 F所得复合管材进行热挤压， 挤压温度 1200°C， 挤压力 22~25MPa， 挤压比 11.3 , 成品管尺寸， 0139.7/0136/0118.6x7000mm。

由步骤 G得到的新型轴承环材料的结构示意图如图 2所示， 外层复层 Γ为工作层， 内层 基层 2'为支撑层。 实施例 3

( 1 ) 选材；

外层 （基层） 选用低合金高强度钢 16MnV， 内层 （复层） 选用轴承钢 GCrl5， 共两层。

16MnV成分 （质量含量） ： C 0.14-0.2%, Si 0.3-0.6%, Mn 1.0—1.6%, P<0.025%,

S<0.025%, V 0.05〜0.15%， 其他为 Fe; 熔点约 1510°C， 1783.15K。

GCrl5成分 （质量含量） ： C 0.95~1.05%， Si 0.15-0.35%, Mn 0.25—0.45%, P<0.025%,

S<0.025%, Cr 1.4-1.65%, 其他为 Fe; 熔点约 1450°C， 1723.15K。

(2) 离心浇注

A、 将金属管模烘烤至 250-260°C后喷涂涂料， 喷涂厚度为 2.0-2.2mm;

B、 将喷涂涂料后的金属管模烘烤至 270-300°C ;

C、向 B所述的管模中离心浇注 16MnV金属液并冷却，浇注温度 1576°C，浇注重量 372Kg;

D、 对浇注并凝固后的外层金属 16MnV进行传热数值模拟分析， 为了使内外层金属具有 较好的结合厚度，待外层内表面温度降低至 1395 °C时，浇注内层金属 GCrl5，浇注温度 1555 °C， 浇注重量 135Kg;

E、将上述浇注完成后的复合管材冷却至室温� �此时内层与外层之间达到了充分的冶金结 合， 冶金熔合厚度 1.0 1.5mm;

( 3 ) 连轧

F、 对步骤 E 所得铸态复合管材进行机加工， 加工至连轧所需尺寸， 加工尺寸 0220/0140/0110 2000mm；

G、 对步骤 F 所得复合管材进行连轧， 轧制温度 1210°C， 成品管尺寸 0219/0198.6/0193 X 6000mm。 实施例 4

( 1 ) 选材；

外层 （基层） 选用渗碳轴承钢 G20CrNi2Mo， 内层 （复层） 选用轴承钢 GCrl5， 共两层。

G20CrM2Mo成分（质量含量）： C 0.17-0.23%, Si 0.15-0.40%, Mn 0.40-0.70%, P<0.02%, S<0.02%, Cr 0.4-0.6%, Ni 1.6-2.0%； Mo 0.2-0.3%, Al 0.1-0.5%, Cu<0.2% _; ， 其他为 Fe; 熔点约 1490°C。

GCrl5成分 （质量含量） ： C 0.95~1.05%， Si 0.15-0.35%, Mn 0.25—0.45%, P<0.025%, S<0.025%, Cr 1.4-1.65%, 其他为 Fe; 熔点约 1450°C。

(2) 离心浇注

A、 将金属管模烘烤至 250-260°C后喷涂涂料， 喷涂厚度为 2.0-2.2mm;

B、 将喷涂涂料后的金属管模烘烤至 270-300°C ;

C、 向 B所述的管模中离心浇注 G20CrNi2Mo金属液并冷却， 浇注温度 1589°C， 浇注重 量 204Kg;

D、 对浇注并凝固后的外层金属 G20CrNi2Mo进行传热数值模拟分析， 为了使内外层金 属具有较好的结合厚度， 待外层内表面温度降低至 1362 °C时， 浇注内层金属 GCrl5， 浇注温 度 1570°C， 浇注重量 105K _g;

E、将上述浇注完成后的复合管材冷却至室温� �模，此时内层与外层之间达到了充分的冶 金结合， 冶金熔合厚度 0.8~1.2mm; 对上述管坯进行正火处理， 正火温度 930°C ;

( 3 ) 辗压

F、 对步骤 E 所得铸态复合管材进行机加工， 加工至辗压所需尺寸， 加工尺寸 0219/0162/0135x75mm _;

G、 对步骤 F 所得复合管材进行辗压， 辗压温度 1180°C， 成品环尺寸 0275/0230/0211 X 71 mm。 对实例 1、 2、 3和 4中步骤 G所获得的管材取样按照常规轴承钢的热处理� �艺制度进行 热处理后的基层和复层性能见附表 1。

表 1新型轴承材料的性能

对上述 4个实施例中步骤 G得到的新型轴承环材料进行常规热处理， 再通过常规的轴承 环生产工艺即可制成轴承环。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施 方式进行描述， 并非对本发明的范围进行 限定， 在不脱离本发明设计精神的前提下， 本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出 的 各种变形和改进， 均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内 。

工业实用性

本发明新型轴承环材料及其生产工艺是利用现 有的金属材料和生产设备， 通过特殊的生 产工艺生产出性能更加优秀的轴承环材料，这 种轴承环材料能够提高轴承的性能和使用寿命 ， 因此具有很大的市场前景和很强的工业实用性 。