1.本发明属于工业制备领域，具体为一种低膨胀系数芯轴用渗碳钢及其制备工艺，主要用于制造机床主轴芯轴。
背景技术：
2.机床主轴是数控机床设备的关键核心部件，主轴的精度和尺寸热稳定性严重影响机床加工精度，主轴的尺寸热稳定性与芯轴材料在服役过程中的热膨胀量有关。目前数控机床普遍存在热延伸问题，在主轴服役过程中，由于主轴轴承高速旋转以及内置电机发热使主轴内部温度升高，进而引起主轴发生热膨胀变形。主轴热延伸对机床的加工精度影响非常大，影响机床刀头定位，导致机床加工精度降低。因而，开发针对机床主轴服役工况的低膨胀系数材料，对提高机床加工精度具有重要意义。
技术实现要素：
3.本发明的目的在于提供一种低膨胀系数芯轴用渗碳钢及其制备工艺，在传统20crmo钢的基础上进行成分调整，解决目前芯轴材料热膨胀系数较高的问题。
4.本发明采用的技术方案：
5.一种低膨胀系数芯轴用渗碳钢，钢的成分及元素质量百分数为：
6.c:0.08～0.20，cr:0.5～1.5，mn:0.3～0.8，mo:1.5～4.5，si:0.2～0.5，v:0.7～2，co:0.5～5，fe:余量。
7.所述的低膨胀系数芯轴用渗碳钢，优选的，c:0.10～0.16，cr:0.8～1.5，mn:0.3～0.6，mo:2.5～4.0，si:0.2～0.35，v:1～1.5，co:1.5～4，fe:余量。
8.所述的低膨胀系数芯轴用渗碳钢的制备工艺，通过电炉冶炼成分符合要求的铸锭，保证铸锭致密且成分均匀；为了保证致密性和组织均匀性，铸锭在使用前进行锻造，通过控制锻造工艺，以保证锻造过程中不发生开裂。
9.所述的低膨胀系数芯轴用渗碳钢的制备工艺，锻造后，在950～970℃正火热处理，随后空冷至300℃以下；随后在920℃
±
20℃进行渗碳热处理，油冷至室温；最后在200℃
±
20℃进行回火。
10.本发明的设计思想如下，mo、v、co是重要元素并且为主要合金组成元素，可通过降低晶格振动而降低热膨胀系数。同时，c元素质量分数控制在0.08～0.20％，mo元素质量分数控制在1.5～4.5％，以降低材料热膨胀系数，从而保证材料在服役过程中具有较小的热延伸量。合理控制v元素质量分数为0.7～2％，co元素质量分数为0.5～5％，提高材料强度同时降低热膨胀系数。
11.本发明的优点及有益效果为：
12.本发明同时满足芯轴材料具有较好的强度和尺寸热稳定性，在传统20crmo钢的基础上进行成分调整。通过降低c元素含量，提高mo元素含量，降低材料热膨胀系数，从而保证材料在服役过程中具有较小的热延伸量；同时合理控制v和co元素含量，提高材料强度同时
降低热膨胀系数，进而获得一种低膨胀系数芯轴用渗碳钢。
具体实施方式
13.在具体实施过程中，本发明通过真空感应熔炼和电渣重熔的方式，冶炼成分符合要求的铸锭，合理设计锭型，保证铸锭致密且成分均匀。为保证致密性和组织均匀性，铸锭在使用前进行锻造，要合理控制锻造工艺，以保证锻造过程中不发生开裂。
14.锻造后，样件在950～970℃正火热处理，随后空冷至300℃，随后在920℃进行渗碳热处理，油冷至室温，最后在200℃进行回火。热处理时间根据试样尺寸进行选择。
15.以下通过实施例对本发明进一步详细说明。
16.实施例1：
17.表1给出元素含量在本发明范围内的一种实施例1和另一种元素含量不在本发明范围内的20crmo钢。两种材料在热处理后进行热膨胀系数测试。表2给出了两种材料的热膨胀系数检测结果，论证本发明利用mo和v元素共同作用来降低材料热膨胀系数的正确性。
18.表1. 20crmo钢和实施例1的化学成分(fe余量)
19.(wt.％)csimncrmovco20crmo0.200.320.511.030.23
‑‑
实施例10.140.270.531.053.100.950.71
20.表2. 20crmo钢和实施例1热膨胀系数检测结果
[0021][0022]
实施例2：
[0023]
表3给出元素含量在本发明范围内的一种实施例2和另一种元素含量不在本发明范围内的20crmo钢。两种材料在热处理后进行热膨胀系数测试。表4给出了两种材料的热膨胀系数检测结果，论证本发明利用mo和v元素共同作用来降低材料热膨胀系数的正确性。
[0024]
表3. 20crmo钢和实施例2的化学成分(fe余量)
[0025]
(wt.％)csimncrmovco20crmo0.200.320.511.030.23
‑‑
实施例20.100.210.421.352.871.433.98
[0026]
表4. 20crmo钢和实施例2热膨胀系数检测结果
[0027][0028]
实施例结果表明，本发明降低c元素含量，提高mo元素含量，降低材料热膨胀系数，从而保证材料在服役过程中具有较小的热延伸量；同时添加v和co元素含量，提高材料强度同时降低热膨胀系数，进而获得一种低膨胀系数芯轴用渗碳钢，在服役过程中尺寸热稳定性较好。
技术特征：
1.一种低膨胀系数芯轴用渗碳钢，其特征在于，钢的成分及元素质量百分数为：c:0.08～0.20，cr:0.5～1.5，mn:0.3～0.8，mo:1.5～4.5，si:0.2～0.5，v:0.7～2，co:0.5～5，fe:余量。2.根据权利要求1所述的低膨胀系数芯轴用渗碳钢，其特征在于，优选的，c:0.10～0.16，cr:0.8～1.5，mn:0.3～0.6，mo:2.5～4.0，si:0.2～0.35，v:1～1.5，co:1.5～4，fe:余量。3.一种权利要求1至2之一所述的低膨胀系数芯轴用渗碳钢的制备工艺，其特征在于，通过电炉冶炼成分符合要求的铸锭，保证铸锭致密且成分均匀；为了保证致密性和组织均匀性，铸锭在使用前进行锻造，通过控制锻造工艺，以保证锻造过程中不发生开裂。4.根据权利要求3述的低膨胀系数芯轴用渗碳钢的制备工艺，其特征在于，锻造后，在950～970℃正火热处理，随后空冷至300℃以下；随后在920℃
±
20℃进行渗碳热处理，油冷至室温；最后在200℃
±
20℃进行回火。
技术总结
本发明属于工业制备领域，具体为一种低膨胀系数芯轴用渗碳钢及其制备工艺，主要用于制造机床主轴芯轴。钢的成分及元素质量百分数为：C:0.08～0.20，Cr:0.5～1.5，Mn:0.3～0.8，Mo:1.5～4.5，Si:0.2～0.5，V:0.7～2，Co:0.5～5，Fe:余量。通过电炉冶炼成分符合要求的铸锭；为了保证致密性和组织均匀性，铸锭在使用前进行锻造，锻造后进行热处理。本发明通过降低C元素含量，提高Mo元素含量，降低材料热膨胀系数，保证材料在服役过程中具有较小的热延伸量；添加V和Co元素含量，提高材料强度同时降低热膨胀系数，进而获得低膨胀系数芯轴用渗碳钢。进而获得低膨胀系数芯轴用渗碳钢。
技术研发人员：胡国栋 李天骊 肖木兰
受保护的技术使用者：深圳市国科华屹轴承有限公司
技术研发日：2021.08.02
技术公布日：2021/10/28
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