[发明专利]一种滚珠丝杠用钢及其制造方法

说明书

本发明涉及一种滚珠丝杠用钢，元素的质量百分比含量是C：0.45～0.60％，Si：0.15～0.40％，Mn：0.90～1.10％，Cr：0.70～1.20％，S≤0.015％，P≤0.025％，Ni≤0.25％，Mo：0.15～0.40％，Cu≤0.30％，Al≤0.05％，Ca≤0.0010％，Ti≤0.003％，O≤0.0010％，N：0.0050～0.0090％，As≤0.04％，Sn≤0.03％，Sb≤0.005％，Pb≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质；钢材的交货态：高温淬火+回火，硬度满足220‑280HBW，显微组织为索氏体+贝氏体组织，采用SEP 1927水浸高频探伤检测，要求缺陷长度不允许超过5mm。制造流程为电炉或转炉—炉外精炼—VD或RH真空脱气—连铸—连铸坯开方成中间坯(方坯)—中间坯加热轧制成材—精整—调质热处理(高温淬火+回火)—车皮—打件入库。

技术领域

本发明涉及棒材合金钢技术领域，尤其涉及应用于加工滚珠丝杠的钢及其制造方法。

背景技术

滚珠丝杠副是传动机械中运用滚珠在丝杠与螺母间的滚动来同时实现动力传递、运动转换功能的常用传动装置之一。其同时兼具高精度、高效率和可逆性等特点，已成为各类数控机床、自动化机械以及加工中心驱动过程中的关键执行部件，被广泛应用于机械、核工业、航空、航天等领域。滚动丝杠副通常是由丝杠、滚珠、螺母及滚珠循环返回装置四个部分组成。

滚珠丝杠是精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。其工作环境为强冲击、高磨损和超高转速等。其结构特点和工作条件要求零件必须具备高的硬度、耐磨性、接触疲劳强度、良好的韧性、尺寸稳定性、耐腐蚀和冷热加工性能。

滚珠丝杠常用材料有高碳铬轴承钢、中碳钢以及渗碳钢等。高碳轴承钢如GCr15、GCr15SiMn用于滚珠丝杠生产时，整体经过预处理后，在工作部位进行淬火处理，基本可以满足工作部位所需的高强度、高硬度和耐磨性的要求，但这类轴承钢仅仅能勉强满足接触刚度的性能要求，由于滚珠丝杠与轴承有很大差别。例如HRC60的硬化层深度、梯度以及在全行程范围的均匀度很难控制，淬火后弯曲变形难以矫直、轴向伸缩变形难以控制等缺陷，影响最终滚珠丝杠产品质量，甚至导致批量报废，成为制约高精密机械制造业发展的瓶颈。而渗碳轴承钢主要用于需要同时具有表面高接触疲劳强度和心部高韧性的条件。这类钢经过渗碳淬火后表面硬度可以达到60HRC以上，有一定的耐磨性和强度，其使用性能和高碳铬轴承钢相差无几。但由于需要渗碳处理，生产工序复杂且生产成本高昂，不利于推广。而中碳钢经过表面感应加热淬火后，即主要是利用电磁感应原理，以涡流形式将丝杠表面快速加热至淬火温度，而后急剧冷却，形成一定厚度的表面淬硬层，而心部仍保持原有的组织形态。因此，可以满足滚珠丝杠表层具有高硬度、耐磨性而心部则具有高强韧度配合的综合力学性能要求。

本发明在已有中碳钢的生产基础上，提出一种新的滚珠丝杠用钢及其生产方法，使加工的滚珠丝杠表面具有高硬度、高强度和耐磨性的同时，心部具有良好的韧性，尺寸稳定性好，满足其使用要求。

发明内容

本发明的目的是开发一种滚珠丝杠用钢及其制造方法，满足滚珠丝杠用钢材的强度、耐磨性、心部高强韧度以及加工成滚珠丝杠成品后的热处理变形量及尺寸精度要求。