新型轴承环材料及其生产工艺 技术领域 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、 GCr15、 GCr9SiMn 和 GCr15SiMn 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 ； GCr15 用 于制造大型机械轴承的钢球、 滚子和轴承环 ； GCr9SiMn 性能同 GCr15 相近， 主要用于制造尺 寸较大的轴承环 ； GCr15SiMn 的耐磨性和淬透性比 GCr15 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 G20CrNi2Mo 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/cm2。
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 9Cr18 和 9Cr18MoV， 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， 所述复层采用常规轴承钢材料， 所述基层采用普碳钢、 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， 即常规轴承钢材料 ； 根据强度要求和复层的热膨胀 系数选择相应的基层材料， 即普碳钢、 低 / 中合金高强度钢或不锈钢材料 ；
(2) 离心浇注
A、 将金属管模烘烤至 200-300℃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、 向步骤 B 所述的金属管模中离心浇注第一层复层或基层材料金属液， 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胚冷却至＜ 700℃时脱模并进行球化退火 ；
(3) 纵轧
F、 对步骤 E 所得铸态复合管坯进行机加工， 加工至纵轧所需尺寸 ；
G、 对步骤 F 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材。
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
F、 对步骤 E 所得铸态复合管坯进行机加工， 加工至热挤压所需尺寸 ；
G、 对步骤 F 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材。
本发明新型轴承环材料的生产工艺， 其中所述步骤 (3) 用热碾压方式替换， 即
F、 对步骤 E 所得铸态复合管坯进行机加工， 加工至热碾压所需尺寸 ；
G、 对步骤 F 所得复合管材进行热碾压， 从而得到用于加工轴承环的复合管材。
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
F、 对步骤 E 所得铸态复合管坯进行机加工， 加工至锻造所需尺寸 ；
G、 对步骤 F 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材。
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 用常规轴承钢材料， 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结构示意图 ； 图 2 为本发明新型轴承环材料第二种实施方式的结构示意图。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 GCr15， 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℃， 1783.15K。
GCr15 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％， Cr1.4 ～ 1.65％， 其他为 Fe ； 熔点约 1450℃， 1723.15K。
(2) 离心浇注
A、 将金属管模烘烤至 250-260℃后喷涂涂料， 喷涂厚度为 2.0-2.1mm ；
B、 将喷涂涂料后的金属管模烘烤至 260-290℃ ；
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℃， 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℃时， 浇注内层 GCr15 金属液， 浇注温 度 1504℃， 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 G、 对步骤 F 所得复合管材进行热挤压， 挤压温度 1195℃， 挤压力 22 ～ 25MPa， 挤压 比 12.0， 成品管尺寸，
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 GCr15， 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℃， 1753.15 ～ 1773.15K。
GCr15 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％， Cr1.4-1.65％， 其他为 Fe ； 熔点约 1450℃， 1723.15K。
(2) 离心浇注
A、 将金属管模烘烤至 250-260℃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、 向 B 所述的管模中离心浇注 GCr15 金属液并冷却， 浇注温度 1556℃， 浇注重量 270Kg ；
D、 对浇注并凝固后的外层金属 GCr15 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℃时， 浇注内层金属 30CrMnSi， 浇注 温度 1587℃， 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 G、 对步骤 F 所得复合管材进行热挤压， 挤压温度 1200℃， 挤压力 22 ～ 25MPa， 挤压 比 11.3， 成品管尺寸，
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 1’ 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 GCr15， 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℃， 1783.15K。
GCr15 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％， Cr1.4-1.65％， 其他为 Fe ； 熔点约 1450℃， 1723.15K。
(2) 离心浇注
A、 将金属管模烘烤至 250-260℃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、 向 B 所述的管模中离心浇注 16MnV 金属液并冷却， 浇注温度 1576℃， 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℃时， 浇注内层金属 GCr15， 浇注温度 1555℃， 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
G、 对 步 骤 F 所 得 复 合 管 材 进 行 连 轧， 轧 制 温 度 1210 ℃， 成品管尺寸对实例 1、 2、 3 中步骤 G 所获得的管材取样按照常规轴承钢的热处理工艺制度进行 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 3 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。