專利名稱：高檔轎車用三代輪轂軸承專用鋼球的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軸承用鋼球，具體是高檔轎車用三代輪轂軸承專用鋼球。
背景技術(shù)：
轂軸承在汽車上是一個非常重要的零部件，傳統(tǒng)的汽車車輪用軸承是由2套圓錐滾子軸承或者球軸承組合而成的。它負擔(dān)著降低底盤運轉(zhuǎn)時的摩擦阻力，維持汽車正常行駛的重任。若輪轂軸承出了故障，可能會引起噪音、軸承發(fā)熱等的現(xiàn)象，尤其是前輪更為明顯，容易導(dǎo)致方向失控等危險現(xiàn)象。所以，輪轂軸承必須按期進行維護。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展進步，人們對汽車的性能要求越來越高，對汽車的穩(wěn)定性和安全性、可靠性越來越高。這就對轎車用的各類零件提出了更高的要求，其中汽車輪轂更是首當(dāng)其沖的關(guān)鍵核心部件。隨著技術(shù)的發(fā)展，轎車已經(jīng)廣泛使用轎車輪轂單元，該單元的使用范圍、使用量正呈現(xiàn)日益增長的趨勢，為了適應(yīng)當(dāng)今市場需求，性能更優(yōu)越，壽命更長，安全性更好，使用更可靠的第三代轎車輪轂應(yīng)運而生。以下對三代轎車輪轂進行對比 第一代由雙列角接觸軸承組成。第二代在外滾道上有一個用于將軸承固定的法蘭，可簡單的將軸承套到輪軸上用螺母固定。使得汽車的維修變的容易。第三代采用了軸承單元和防抱剎系統(tǒng)ABS相配合。輪轂單元設(shè)計成有內(nèi)法蘭和外法蘭，內(nèi)法蘭用螺栓固定在驅(qū)動軸上，外法蘭將整個軸承安裝在一起。轎車輪轂單元軸承鋼球的性能指標(biāo)精度等級達G5級，優(yōu)于國際同類產(chǎn)品GlO級； 最為重要的是涉及到汽車整車可靠性及安全性，第三代轎車輪轂專用鋼球?qū)π阅艿囊蟾?br> 尚ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要任務(wù)在于提供一種高檔轎車用三代輪轂軸承專用鋼球，具體是一種耐磨損、高精度、高可靠性、長壽命、低噪音的高檔轎車用輪轂軸承專用鋼球。為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的一種高檔轎車用三代輪轂軸承專用鋼球，其特征在于所述鋼球圓度為0. 13um,硬度為64-64. 5HRC,單粒硬度粒差為0. 5HRC，批硬度差為0. 8HRC,殘余奧氏體8-12%，應(yīng)力為800-1200Mpa、半價幅75-200Mpa，強化層0. 8-1. 2mm, 金相組織2-3級。為了實現(xiàn)上述的鋼球，本發(fā)明是這樣制造的一種高檔轎車用三代輪轂軸承專用鋼球的工藝，主要由以下步驟構(gòu)成按照原材料檢驗合格后高速冷墩成型、熱酸洗、光磨、 去應(yīng)力退火、前清洗、可控氣氛熱淬火處理、低溫冷處理、回升至室溫后進行第一次回火、 硬磨、進行表面強化處理、初研、清洗、拋光、外觀、100%渦流探傷、精研、清洗外觀、精研、成品檢驗、卸球、清洗、表面光電外觀兩次，抽檢表面質(zhì)量、涂油、計數(shù)包裝；其特征在于所述軸承鋼鋼球淬火是采用一種不完全淬火工藝，采用可控氣氛熱淬火處理必須是用99. 5%氮氣作為保護氣氛淬回火工藝，另外同時還將甲醇和丙烷按單位時間消耗比為20— 30ml/h 150—200 ml/h的比例通入爐膛形成IOOOMpa的正壓，在爐膛內(nèi)達到1. 00%左右的碳勢進行鋼球熱處理；淬火后應(yīng)立即進行低溫冷處理冷處理的工藝溫度為-40 -30°C，冷處理時間為150-200分鐘，待冷處理后的鋼球恢復(fù)至室溫后，立即進入一次回火階段；回火溫度為160-170°C，保溫時間為240-270分鐘；在所述硬磨工藝后增加第二次回火工藝，所述第二次回火溫度為150士5°C，回火時間為210-240分鐘；所述第二次精研采用超細粒度8000# 樹脂砂輪加工。本發(fā)明的優(yōu)點在于目前國內(nèi)市場上的轎車專用軸承鋼球在選用原材料的材質(zhì)是普通GCrl5軸承鋼，氧含量都在8-12PPM，從鋼球加工工序為低速冷墩成型工藝和光磨工序、表面強化處理工藝上還是80年代的傳統(tǒng)。原材料采用普通GCrl5軸承鋼，其材料質(zhì)量差、含氧量高，夾雜物多，鋼的壽命較低，在球坯成型工藝上，就是直接采用低速沖壓，開式切料方式將原材料制成圓形的帶環(huán)帶、帶有極柱且是位移偏差又大的球坯，其鋼球成型質(zhì)量不穩(wěn)定，且球坯環(huán)帶大，材料損耗大，使用模具更換頻次高，生產(chǎn)費用偏高。該加工方法的球坯成型過程及包括熱處理淬火、回火工藝，不能改善材料的塑性和改變多種疊加的磨削應(yīng)力狀態(tài)，使產(chǎn)品容易出現(xiàn)早期疲勞、剝落、甚至開裂。傳統(tǒng)鋼球無二次穩(wěn)定回火，和超低溫冷處理工藝，在鋼球表面強化處理方面，利用機械方法在一個封閉式直徑為1.2米左右的強化桶內(nèi)，通過強化桶的提升斗，將鋼球提升到桶的最高點再落到桶的最低處進行一定的撞擊，鋼球表面形成一定的強化層，其強化后的硬度落差大，殘余應(yīng)力大小分布不均勻，強化層深度或淺或深。
具體實施例方式轎車輪轂單元軸承鋼球，又是軸承的重要部件，鋼球的質(zhì)量對球軸承的精度、動態(tài)性能及使用壽命的影響至關(guān)重要，大量的軸承使用，試驗表明鋼球影響軸承全部因素的 70%，軸承失效因鋼球破裂的比例占到58. 8%，這就說明鋼球在軸承中的重要地位，和重要性，因此鋼球質(zhì)量是衡量球軸承質(zhì)量的一項重要指標(biāo)。它的性能指標(biāo)精度等級須達到G5 級，最為重要的是涉及到汽車整車可靠性及安全性，故之所對第三代轎車輪轂專用鋼球?qū)π阅艿囊蟾撸摗皩Ｓ娩撉颉笔褂玫脑牧媳仨毷瞧噷Ｓ酶邏勖?、高精密、高純度?GCr 15軸承鋼，其氧含量不超過8ppm，鈦含量不超過30ppm。本發(fā)明的軸承鋼球為鋼球圓度為0. 13um,硬度為64-64. 5HRC,單粒硬度粒差為 0. 5HRC，批硬度差為0. 8HRC, 殘余奧氏體8_12%，應(yīng)力為800_1200Mpa、半價幅75_200Mpa， 強化層0. 8-1. 2mm,金相組織2_3級。本發(fā)明的軸承鋼球是按以下步驟制作的按照原材料檢驗合格后高速冷墩成型、 熱酸洗、光磨、去應(yīng)力退火、前清洗、可控氣氛熱淬火處理、低溫冷處理、回升至室溫后進行第一次回火、硬磨、進行第二次回火、表面強化處理、初研、清洗、拋光、外觀、100%渦流探傷、 精研、清洗外觀、精研、成品檢驗、卸球、清洗、表面光電外觀兩次，抽檢表面質(zhì)量、涂油、計數(shù)包裝。上述步驟中，常規(guī)的步驟一下不再重復(fù)描述。為了實現(xiàn)上述軸承鋼球，將以下關(guān)鍵工序作如下安排可控氣氛熱淬火處理必須是用99. 5%氮氣保護氣氛淬回火工藝，氮氣是一種惰性氣體，是很好的熱處理保護氣氛，另外同時還將甲醇和丙烷按單位時間消耗比為20—30ml/h 150—200 ml/h的比例通入爐膛形成IOOOMpa的正壓，在爐膛內(nèi)達到1. 00%左右的碳勢(通過氧探頭自動控制)，以835— 845°C溫度淬火42— 50分鐘后，這樣鋼球熱處理后達到了表面零脫碳的要求，避免了鋼球在熱處理時因表面脫碳可能造成淬火時表面拉應(yīng)力過大出現(xiàn)顯微裂紋的現(xiàn)象。精確控制淬、回火加熱溫度和保溫時間是生產(chǎn)汽車專用高壽命、高精密軸承鋼鋼球的熱處理的重要條件。本發(fā)明中軸承鋼鋼球是一種不完全淬火，其組織中仍然有部分殘余奧氏體未轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，其含量大約為15-20%，因為馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度為-50-250°C，故在常溫下殘余奧氏體就有向馬氏體轉(zhuǎn)變的可能，殘余奧氏體有向馬氏體轉(zhuǎn)變的過程中會帶來鋼球尺寸的變化。熱處理在淬火后及時進行冷處理，冷處理的工藝溫度為-40 _30°C，冷處理時間為 150-200分鐘，這樣會促進馬氏體的轉(zhuǎn)變，進一步減少殘余奧氏體，待冷處理后的鋼球恢復(fù)至室溫后，立即進入一次回火階段，回火溫度為160-170°C，保溫時間為240-270分鐘，以充分去除鋼球淬火時和冷處理的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，促使鋼球組織轉(zhuǎn)變充分，穩(wěn)定鋼球尺寸， 保證鋼球的硬度同粒球散差< 0. 8HRC,同批鋼球硬度散差< 1. 0HRC。為了去除硬磨后的鋼球的磨加工應(yīng)力，合理控制殘余奧氏體在8-12%的范圍內(nèi)，提高鋼球的尺寸穩(wěn)定性，必須在硬磨后增加一道回火溫度為150士5°C，回火時間為 210-240分鐘的附加回火。0. 8-1. 2mm的有效硬化層能提高鋼球表面高碰撞和摩擦的能力，降低鋼球的振動值，提高鋼球的耐磨性和抗疲勞強度及抗破碎能力，提高鋼球的使用壽命，從而延長轎車輪轂單元軸承使用壽命。因此必須設(shè)定強化加壓處理工藝，選擇(給出機型及牌子，及那個廠家生產(chǎn)的)強化機型，在控制強化機的轉(zhuǎn)速為550—600轉(zhuǎn)/分鐘的同時，控制強化時間為 70— 90分鐘，在強化前在機內(nèi)適當(dāng)注入適量的柴油，在強化機內(nèi)形成-400Mpa的負壓，才能達到強化后有效強化層0.8-1. 2mm的要求。有效控制應(yīng)力指標(biāo)為800-1200MPa，半價幅75-200 MPa0熱處理淬回火后還需要增加二次穩(wěn)定回火，才能確保殘余奧氏體8_12 % ，穩(wěn)定性和球尺寸的穩(wěn)定性；精研(二)必須采用超細粒度8000#樹脂砂輪加工，才能確保鋼球表面質(zhì)量達零缺陷，表面粗糙度Ra:0. 006um 0. 009um,圓度0. 04 0. 07um，振動值 28 31dB。最終成品鋼球必須經(jīng)過100%無損渦流探傷、表面光電檢測，確保使用壽命達25萬公里以上，可靠度達99. 9%，該產(chǎn)品必須具有高耐磨損、高精度、高可靠性、長壽命、低噪音等特點。該產(chǎn)品它的具體優(yōu)勢指標(biāo)為①硬度為64. 5-65 (HRC)、同一粒硬度差為0. 5 (HRC)； ②批硬度差為0. 5 (HRC);③殘余奧氏體8-12% ；④應(yīng)力為800-1200MPa，半價幅75_200MPa ； ⑤強化層0. 8-1. 2mm ；⑥金相顯微組織2-3級；⑦壓碎載荷指標(biāo)為> 65. 8 (KN)；⑧圓度 0. 04 0. 07um ；⑨表面粗糙度Ra:0. 006um 0. 009um ；⑩振動值為沘 31dB ；表面質(zhì)量
為零缺陷。第三代轎車輪轂軸承鋼球?qū)儆跒槿邫n轎車輪轂軸承單元配套的新一代高精度關(guān)鍵部件，應(yīng)用于高檔轎車輪轂軸承單元。該“三代轎車輪轂軸承專用鋼球產(chǎn)品優(yōu)勢指標(biāo)具有如下發(fā)明創(chuàng)新點一是具有工藝先進性，在國內(nèi)傳統(tǒng)工藝上開發(fā)了新工藝，對壽命關(guān)鍵的工序進行技術(shù)創(chuàng)新和改進，在工藝上能確保大批量生產(chǎn)G5級精密鋼球。并在傳統(tǒng)工藝流程上增加對球坯去應(yīng)力退火；增加熱處理99. 5%可控氮氣保護氣氛，增加二次穩(wěn)定回火；和淬火后低溫-40°C -30°C冷處理；增加8000#超硬超細粒樹脂砂輪為二次精研，確保表面質(zhì)量無劃條、無缺陷。表面粗糙度Ra:0. 006um 0. 009um,圓度0. 04 0. 07um，振動值28 31dB。增加在磨球工序后對鋼球表面進行加壓強化處理，且提高鋼球表面硬度為1. 5 2HRC，強化層為0. 8 1. 2mm, 及增加對加壓機理研究控制表面應(yīng)力800 1200KN，使其達到控制鋼球使用壽命目的。最終工藝流程中增加國內(nèi)最先進鋼球表面光電外觀儀檢查，其設(shè)有100%渦流無損探傷，確保鋼球表面無裂紋、無劃條、達到零缺陷。在高速冷鐓、光磨后一"^去球坯光磨后應(yīng)力、退火一"^增加節(jié)能99. 5%純度氮氣可控保護氣氛和微機碳勢控制，確保鋼球表面無氧化、淬火硬度均勻，碳化物細化并均勻分布，以及奧氏體晶粒細化的確保能達到奧氏體8 12 %。所述應(yīng)力退火在將球坯設(shè)計成無兩極柱及隱形環(huán)帶的圓形球體。在高速冷鐓、光磨后進行去應(yīng)力退火，退火溫度為500°C + 50°C / 3 5小時，目的以消除高速冷鐓球坯成型時的材料形變應(yīng)力和光磨加工的綜合磨削應(yīng)力，確保熱處理淬火后鋼球表面硬度的提高，改善硬度的均勻性，確保熱處理后鋼球表面硬度達64 64. 5HRC,達到同
一粒硬度差0. 5HRC.
所述99. 5%高純度氮氣可控保護氣氛和微機碳勢控制，此工藝先進性氮氣是一種惰性氣體，是很好的熱處理保護氣氛，另外同時還將甲醇和丙烷通入爐膛形成正壓，在爐膛內(nèi)達到1.00%左右的碳勢(通過氧探頭自動控制)，這樣鋼球熱處理后達到了表面零脫碳的要求，避免了鋼球在熱處理時因表面脫碳可能造成淬火時表面拉應(yīng)力過大出現(xiàn)顯微裂紋的現(xiàn)象。所述低溫_40°C _30°C冷處理，熱處理在淬火后及時進行冷處理，冷處理的工藝溫度為-40 -30°C，冷處理時間為150-200分鐘，這樣會促進馬氏體的轉(zhuǎn)變，進一步減少殘余奧氏體，待冷處理后的鋼球恢復(fù)至室溫后，立即進入一次回火階段，回火溫度為 160-170°C，保溫時間為240-270分鐘，以充分去除鋼球淬火時和冷處理的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，促使鋼球組織轉(zhuǎn)變充分，穩(wěn)定鋼球尺寸，保證鋼球的硬度同粒球散差< 0. 8HRC,同批鋼球硬度散差< 1. 0HRC.
所述增加磨球后鋼球表面進行加壓強化處理工藝一是鋼球表面強化處理新工藝來提高鋼球壽命之一的第一措施，二是鋼球表面的強化處理工藝是設(shè)在磨球后鋼球表面的彈性塑性變性范圍內(nèi)較為合理，三是鋼球在滾動轉(zhuǎn)速10 20r/min的滾筒里轉(zhuǎn)動，帶球板將鋼球循環(huán)帶到上面，鋼球因自重跌落在下面堆放的鋼球表面上及帶球板上，反復(fù)循環(huán)進行，鋼球表面相互經(jīng)過數(shù)千數(shù)萬次撞擊，使鋼球表面組織起了變化(表面形成冷作硬化的原理特性)，從而增加了鋼球抵抗外力的能力，提高了鋼球表面硬度，和使鋼球表面增加形成一定深度的硬化層，并促進了殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變，增加表面壓應(yīng)力，提高鋼球表面抗磕傷及抗沖擊能力，表面質(zhì)量被得到改善和提高，降低軸承的噪音和振動。目的關(guān)鍵所在提高鋼球使用壽命和可靠性。所述增加超硬超細粒度8000#樹脂砂輪精研⑵工藝8000#樹脂砂輪，該砂輪結(jié)構(gòu)合劑韌性、彈性大，自銳性好，該砂輪在精研⑵壓溝時散熱好、溝槽易成形，鋼球精研時能夠合理控制壓力為2. 8-3. 2MPa,控制轉(zhuǎn)速30-35r/min;并容易控制砂輪溝道清潔度，使鋼球在精研過程中有良好的切削效果；精研⑵以磨代研的新工藝是國內(nèi)首創(chuàng)，是國際上鋼球生產(chǎn)最先進技術(shù)，是通過超硬超細磨料高溫壓鑄的樹脂砂輪。進行超精研⑵它的特點對需要精研鋼球表面進行微量的均勻磨削，是鋼球磨削達到幾何精度的同時，使鋼球表面形成交叉疊加的微觀紋理的表面。這種超細超硬砂輪精研就能達到均勻紋理的表面質(zhì)量，且十分有利現(xiàn)實軸承合套運動全膜潤滑，從而達到軸承減振降噪，提高使用壽命和可靠的目標(biāo)。
本發(fā)明是國際最先進精研⑵工藝，使用超硬超細8000#日本羅利達克noridake砂輪，該砂輪由超硬白剛玉微粉和綠碳化硅，粒度在Wl WO. 5um磨料壓鑄制造的。其特點使精研出來的鋼球表面比傳統(tǒng)鑄鐵板精研工藝鋼球表面質(zhì)量明顯提高和改觀，特別是鋼球球形誤差，其圓度能確保達到0. 04 0. 07um,精研的粗糙度Ra:0. 006um 0. 009um,振動值達觀 3ldB，表面質(zhì)量零缺陷。其壽命超國內(nèi)、國際標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種高檔轎車用三代輪轂軸承專用鋼球，其特征在于所述鋼球圓度為0.13um，硬度為64-64. 5HRC,單粒硬度粒差為0. 5HRC，批硬度差為0. 8HRC,殘余奧氏體8_12%，應(yīng)力為 800-1200Mpa、半價幅 75_200Mpa，強化層 0. 8-1. 2mm,金相組織 2-3 級。
2.一種制造權(quán)利要求1所述的高檔轎車用三代輪轂軸承專用鋼球的工藝，主要由以下步驟構(gòu)成按照原材料檢驗合格后高速冷墩成型、熱酸洗、光磨、去應(yīng)力退火、前清洗、可控氣氛熱淬火處理、低溫冷處理、回升至室溫后進行第一次回火、硬磨、進行表面強化處理、 初研、清洗、拋光、外觀、100%渦流探傷、精研、清洗外觀、精研、成品檢驗、卸球、清洗、表面光電外觀兩次，抽檢表面質(zhì)量、涂油、計數(shù)包裝；其特征在于所述軸承鋼鋼球淬火是采用一種不完全淬火工藝，采用可控氣氛熱淬火處理必須是用99. 5%氮氣作為保護氣氛淬回火工藝，另外同時還將甲醇和丙烷按單位時間消耗比為20— 30ml/h :150-200 ml/h的比例通入爐膛形成IOOOMpa的正壓，在爐膛內(nèi)達到1. 00%左右的碳勢進行鋼球熱處理；淬火后應(yīng)立即進行低溫冷處理冷處理的工藝溫度為-40 _30°C，冷處理時間為150-200分鐘，待冷處理后的鋼球恢復(fù)至室溫后，立即進入一次回火階段；回火溫度為160-170°C，保溫時間為 240-270分鐘；在所述硬磨工藝后增加第二次回火工藝，所述第二次回火溫度為150士5°C， 回火時間為210-240分鐘；所述第二次精研采用超細粒度8000#樹脂砂輪加工。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高檔轎車用三代輪轂軸承專用鋼球，其特征在于所述鋼球圓度為0.13um,硬度為64-64.5HRC,單粒硬度粒差為0.5HRC，批硬度差為0.8HRC,殘余奧氏體8-12%，應(yīng)力為800-1200Mpa、半價幅75-200Mpa，強化層0.8-1.2mm，金相組織2-3級；所述軸承鋼鋼球淬火是采用一種不完全淬火工藝，采用可控氣氛熱淬火處理必須是用99.5%氮氣作為保護氣氛淬回火工藝，淬火后應(yīng)立即進行低溫冷處理待冷處理后的鋼球恢復(fù)至室溫后，立即進入一次回火階段；再在硬磨工藝后增加第二次回火工藝即可。本發(fā)明的優(yōu)點在于采用了新材質(zhì)的鋼球，提高了鋼球的壽命；在球坯成型工藝上，減少了材料損耗，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號B23P15/00GK102252024SQ201110037128
公開日2011年11月23日 申請日期2011年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月14日
發(fā)明者盧衛(wèi)金, 吳桂松, 周勇, 沙小建, 蘇銀建, 馬林 申請人:江蘇力星通用鋼球股份有限公司