本發(fā)明涉及一種通過脈沖磁場+n離子注入復(fù)合處理，以改善cr4mo4v系列軸承鋼表面殘余應(yīng)力均勻性和提高表面硬度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其滾動(dòng)接觸疲勞壽命和一致性同步大幅度提升的方法。
背景技術(shù)：
1、cr4mo4v系列鋼(國外牌號(hào)m50)是一種高碳高合金淬火鋼，因純度不同可分為cr4mo4v鋼、8cr4mo4v鋼、s8cr4mo4v鋼等。該鋼種經(jīng)完整的淬回火處理后，會(huì)產(chǎn)生大量彌散分布的碳化物，同時(shí)殘余奧氏體含量極低，因此其具有較好的高溫力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性，并且在航空軸承領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
2、隨著航空技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步提高軸承的壽命和可靠性方面一直是研究人員追求的目標(biāo)。cr4mo4v系列軸承鋼經(jīng)過熱處理后，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較多位錯(cuò)，在后續(xù)的冷加工過程中，位錯(cuò)在加工應(yīng)力的作用下開始運(yùn)動(dòng)、增殖、并互相纏結(jié)，導(dǎo)致應(yīng)力集中，并最終引起材料的早期失效，影響軸承的壽命和可靠性。
3、脈沖磁場處理是通過對材料施加脈沖磁場，使材料的原子和分子排列、匹配、遷移等行為發(fā)生變化，是一種非接觸式能量傳遞過程。對鐵磁材料而言，磁場處理的過程會(huì)伴隨著疇壁位移和磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)，以及磁致伸縮、磁致相變等效應(yīng)，并且促進(jìn)材料中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使殘余應(yīng)力均勻，從而提高疲勞壽命的一致性。
4、離子注入是一種典型的表面改性技術(shù)，它通過施加高電壓，將所需原子注入到材料表層，從而使其物理化學(xué)性能發(fā)生顯著變化。目前的研究表明，離子注入可以在材料表面形成一層強(qiáng)化層，有效提高材料的表面硬度，進(jìn)而減小疲勞裂紋萌生的可能，從而延長材料的疲勞壽命。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是為了提高cr4mo4v系列軸承鋼滾動(dòng)接觸疲勞壽命和壽命一致性，而提供一種提高cr4mo4v系列軸承鋼疲勞壽命和一致性的方法。
2、本發(fā)明提高cr4mo4v系列軸承鋼疲勞壽命和一致性的方法按照以下步驟實(shí)現(xiàn)：
3、一、超聲清洗：
4、對cr4mo4v系列軸承鋼工件進(jìn)行超聲清洗，得到清洗后的軸承鋼工件；
5、二、脈沖磁場處理：
6、對清洗后的軸承鋼工件進(jìn)行脈沖磁場處理，控制磁場強(qiáng)度為2-3.5t，脈沖頻率為0.05-1hz，退磁后得到脈沖磁場處理后的工件；
7、三、ar離子濺射清洗：
8、將脈沖磁場處理后的工件置于離子注入設(shè)備的工作腔室中，抽真空后通入ar氣產(chǎn)生ar離子進(jìn)行離子濺射清洗，得到離子濺射清洗后的工件；
9、四、n離子注入：
10、向工作腔室中通入n2激發(fā)n等離子體，控制工作氣壓為0.1-0.5pa，注入電壓為5-50kv，脈沖頻率為100-1000hz，脈寬為5-50μs進(jìn)行n離子注入，從而完成提高cr4mo4v系列軸承鋼疲勞壽命和一致性的方法。
11、本發(fā)明采用cr4mo4v系列軸承鋼作為試驗(yàn)材料，通過脈沖磁場+n離子注入復(fù)合處理的方式，一方面通過脈沖磁場處理促使cr4mo4v鋼中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，改善位錯(cuò)分布的均勻性，緩解晶格畸變，進(jìn)而改善殘余應(yīng)力的均勻性，同時(shí)為n離子的注入提供均勻的擴(kuò)散通道和固溶環(huán)境；另一方面通過n離子注入在鋼的表面形成一層強(qiáng)化層，使其表面硬度顯著提高，并使殘余壓應(yīng)力進(jìn)一步增大，從而實(shí)現(xiàn)cr4mo4v系列軸承鋼滾動(dòng)接觸疲勞壽命和壽命一致性的同步大幅度提升。
12、與傳統(tǒng)的單一技術(shù)相比，本發(fā)明將脈沖磁場處理與n離子注入技術(shù)復(fù)合使用，一方面通過磁場處理改善了cr4mo4v鋼內(nèi)部位錯(cuò)分布與殘余應(yīng)力的均勻性，同時(shí)為后續(xù)n離子的注入提供了均勻的擴(kuò)散通道和固溶環(huán)境；另一方面通過n離子注入，進(jìn)一步提高其表面硬度和殘余壓應(yīng)力。表面硬度與殘余壓應(yīng)力的提高對于阻礙疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展具有積極的作用，因此能有效延長cr4mo4v鋼的滾動(dòng)接觸疲勞壽命，而殘余應(yīng)力的均勻化則對提高疲勞壽命的一致性具有重要貢獻(xiàn)。
1.一種提高cr4mo4v系列軸承鋼疲勞壽命和一致性的方法，其特征在于提高cr4mo4v系列軸承鋼疲勞壽命和一致性的方法按照以下步驟實(shí)現(xiàn)：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高cr4mo4v系列軸承鋼疲勞壽命和一致性的方法，其特征在于步驟一中使用乙醇和丙酮對cr4mo4v系列軸承鋼工件進(jìn)行交替超聲清洗。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高cr4mo4v系列軸承鋼疲勞壽命和一致性的方法，其特征在于使用乙醇和丙酮每次超聲清洗時(shí)間為10min～20min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高cr4mo4v系列軸承鋼疲勞壽命和一致性的方法，其特征在于步驟二中對清洗后的軸承鋼工件進(jìn)行脈沖磁場處理的時(shí)間為100-2000s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高cr4mo4v系列軸承鋼疲勞壽命和一致性的方法，其特征在于步驟二中對清洗后的軸承鋼工件進(jìn)行脈沖磁場處理400-800s，控制磁場強(qiáng)度為3t，脈沖頻率為0.1-0.5hz。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高cr4mo4v系列軸承鋼疲勞壽命和一致性的方法，其特征在于步驟三中離子濺射清洗過程中控制工作氣壓1-5pa，工作電壓0.1-1kv，脈沖頻率1000-10000hz，脈寬5-50μs。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的提高cr4mo4v系列軸承鋼疲勞壽命和一致性的方法，其特征在于步驟三中離子濺射清洗過程中控制工作氣壓1-2pa，工作電壓0.3-0.5kv，脈沖頻率4000-6000hz，脈寬20-30μs。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的提高cr4mo4v系列軸承鋼疲勞壽命和一致性的方法，其特征在于步驟三中控制離子濺射清洗時(shí)間為0.5-5h。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高cr4mo4v系列軸承鋼疲勞壽命和一致性的方法，其特征在于步驟四中控制工作氣壓為0.1-0.5pa，注入電壓為20-40kv，脈沖頻率為200-300hz，脈寬為20-40μs進(jìn)行n離子注入。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的提高cr4mo4v系列軸承鋼疲勞壽命和一致性的方法，其特征在于步驟四中控制n離子注入時(shí)間為20-50h。