用於製造滾動軸承的一部分的方法
2023-05-31 00:47:01 3
專利名稱：用於製造滾動軸承的一部分的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於製造滾動軸承的一部分的方法，其包括提供含有以下組成的等級的鋼(以重量％計)0.90-1.00C；至多0.15Si；0.25-0.45Mn；至多0.015P；至多0.010S；1.30-1.50Cr；至多0.15Ni；0.20-0.23Mo；至多0.20Cu；至多20Ti(ppm)；至多8O(ppm)，其中，由其鐵素體結構開始，由該鋼製造成形零件，且對該零件進行熱處理，以提高其表面的硬度，可能繼之以機械加工後處理。
其中使用3M鋼的滾動軸承被用於承受嚴酷應力的齒輪箱、車床等中。
發明內容
本發明的目的是延長嚴酷應力下的壽命，滾動軸承部分地決定了相關零件的壽命。此類零件的例子是汽車裡的交流發電機。增加汽車中電的使用的結果是此發電機變得日益笨重，且施加於傳動帶上的張力一直在變高，藉助於該傳動帶，此發電機由內燃機的曲軸驅動。另一目的是在軸承壽命不重要的應用中，能夠改變軸承的幾何形狀，以致可能減輕足夠的重量結構。
使用上述的方法能夠實現該目的，在該方法中，在熱處理前使所述成形零件塑性變形。根據本發明，例如，可用上述的一些方法或其他方法製造滾動軸承如深槽滾珠軸承的環。之後，其進一步塑性變形。
已經驚奇地發現在淬火與回火後，此等級的鋼的特性明顯的改進了，特別是接近表面處。與以常規方法處理的3M鋼的壽命比較，使用以此方法獲得的鋼製造的軸承的壽命明顯地延長，即常規方法中沒有發生塑性變形。與現有技術慣用的等級的滾珠軸承鋼如52100比較，其壽命進一步延長。
下面將做一些嘗試，以提供對這些改進的機械性能的解釋，但必須理解此解釋絕不是限制本發明。相反，本發明的保護範圍是由所附的權利要求確定。
本發明已發現由於熱處理如硬化前的塑性變形，一方面精製了最終產物的晶粒結構，並且另一方面提高了其表面硬度。
另外，驚奇地發現，3M等級的鋼的塑性變形比常規的1C、1.5Cr等級的滾珠軸承鋼明顯更好。迄今為止，從來沒有任何試驗測定3M鋼的可變形性，但已發現30-70％的變形是可能的。上述百分比表現為由依據本發明的鋼製得的物品的截面表面積的減少。優選採用50-60％的變形。
使用常規等級的滾珠軸承鋼不能得到此變形。在變形時，在此等級的鋼中將產生不可恢復的斷裂，結果是最終產物的強度只是下降。已經發現，與由沒有經受塑性變形的3M鋼製造的產品相比較，由於如此明顯的塑性變形，其機械性能提高了，導致明顯延長的壽命。
上述的塑性變形可在高溫或室溫下實施。如果此變形在高溫下實施，必須不高於Ac1溫度。對於隨後發生滲碳的等級的鋼，這裡所描述的3M鋼是所謂的全硬化鋼。
如上所述，用本發明的方法製造用於滾動軸承的環是可能的。由相對的小環開始，該環能通過軋至達到預期的最終尺寸。該軋制處理構成了所述的塑性變形。
本發明可特別應用於內燃機所用的交流發電機的軸承。這些軸承承受振動和高應力。已經發現，其壽命能明顯地延長，因此，只要與軸承有關，相關的發電機就具有至少和內燃機其他部分一樣長的壽命。
已經發現，依據本發明的鋼具有精細結構，也就是由微細鐵素體組成，該鐵素體中存在相對小量的滲碳體和相對大量的M23C6。
0.90-1.00C；至多0.15Si；0.25-0.45Mn；至多0.015P；至多0.010S；1.30-1.50Cr；至多0.15Ni；0.20-0.23Mo；至多0.20Cu；至多20Ti(ppm)；至多8O(ppm)。
該尺寸相對小的環放置於環2與3之間，並且在高溫下，由鐵素體基體開始(任選在球化之前退火)，該環經受明顯的塑性變形。在所示的說明性實施方案中，發生了約55％的變形，由環1的截面的表面積的減少測得。
環1必須藉助於此塑性變形而加工至其最終尺寸。與現有技術相反，沒有實施機械處理。然後，在約860℃淬火，並在約160℃回火1.5小時。由此得到的環的硬度約為825HV，晶粒尺寸平均約為6μm，基體由鐵素體與具有M23C6碳化物的滲碳體組成。
以此方法製造的環結合以製造滾動軸承，更具體而言是製造深槽滾珠軸承。之後，在由沒有經受塑性變形的3M鋼製得的零件製造的滾動軸承與由依據本發明的3M鋼製得的零件製造的滾動軸承之間作對比試驗。該試驗的結果見圖2。
由此圖可看出，當為依據本發明的3M鋼時，內環接觸應力明顯更低。
已經發現上述鋼的組成是關鍵的。改變組成將降低塑性可變形性及由此相關零件的機械性能。例如，在塑性變形期間，可能產生更多的粗碳化物或產生更多的空腔等，其在最終機械性能上具有有害影響。
另外，如果組成改變，用於變形所需的能量會明顯增加。
雖然參考了優選的實施方案而對本發明加以描述，但必須理解在本發明權利要求的範圍內可以作出各種改變。
權利要求
1.一種用於製造滾動軸承的一部分的方法，其包括提供含有以下組成的等級的鋼(以重量％計)0.90-1.00C；至多0.15Si；0.25-0.45Mn；至多0.015P；至多0.010S；1.30-1.50Cr；至多0.15Ni；0.20-0.23Mo；至多0.20Cu；至多20Ti(ppm)；至多8O(ppm)，其中，由其鐵素體結構開始，由該鋼製造成形零件，且對該零件進行熱處理，以提高其表面的硬度，任選繼之以機械加工後處理，其特徵為在熱處理之前使該成形零件塑性變形。
2.如權利要求1的方法，其中所述塑性變形包括所述成形零件的截面中原始截面表面積減少了30-70％。
3.如權利要求2的方法，其中所述塑性變形包括截面減少50-60％。
4.如前述權利要求之一的方法，其中所述塑性變形是在高溫下實施。
5.如權利要求4的方法，其中所述溫度為至多720℃。
6.如前述權利要求之一的方法，其中所述塑性變形是在室溫下實施。
7.如前述權利要求之一的方法，其中所述部分是由小環起始通過軋制達到預期直徑的環。
8.如權利要求7的方法，其中所述零件是滾珠軸承的軸承環。
9.一種由含有以下組成(以重量％計)的等級的鋼製造的滾動軸承的零件0.90-1.00C；至多0.15Si；0.25-0.45Mn；至多0.015P；至多0.010S；1.30-1.50Cr；至多0.15Ni；0.20-0.23Mo；至多0.20Cu；至多20Ti(ppm)；至多8O(ppm)，其中所述鋼含有M23C6碳化物，且具有5-8μm的晶粒尺寸。
10.如權利要求9的零件，其具有800-850HV的硬度。
全文摘要
一種製造滾動軸承的一部分如用於滾珠軸承的環的方法。所用起始材料是含有以下組成的等級的鋼:0.90－1.00%C；至多0.15%Si；0.25－0.45%Mn；至多0.015%P；至多0.010%S；1.30－1.50%Cr；至多0.15%Ni；0.20－0.23%Mo；至多0.20%Cu；至多20ppmTi；至多8ppmO。在將此鋼淬火和回火處理前,成型零件在熱或冷狀態下塑性變形。結果,其機械性能、特別是在嚴酷應力下的預期壽命得到了改進。
文檔編號C22C38/22GK1423706SQ01808006
公開日2003年6月11日 申請日期2001年4月12日 優先權日2000年4月13日
發明者約翰·麥可·貝斯威克, 米歇爾·克裡斯蒂安·格雷內, 安託南·巴萊 申請人:Skf工程研究中心公司