專利名稱：：用于感應加熱淬火和軸的硼鋼種的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種依據(jù)所附權利要求1的前序部分的硼鋼種。本發(fā)明還涉及一種依據(jù)所附權利要求6的前序部分的由硼鋼制備的軸。
背景技術：
：低合金硼鋼尤其用于軸，該軸通過表面區(qū)的感應加熱淬火而具有增加的疲勞和靜態(tài)強度，還具有耐磨損表面層。這種感應加熱淬火在表面區(qū)內(nèi)導致壓縮應力，該壓縮應力抵消疲勞裂紋的發(fā)生，從而對疲勞強度具有正面影響。壓縮應力的大小與疲勞強度之間的關系是明確的。壓縮應力越大，疲勞強度越高。表面區(qū)內(nèi)的壓縮應力通過中間部位(芯核)內(nèi)的拉伸應力來平衡。芯核內(nèi)的拉伸應力通常不影響強度，因為施加負荷引起的應力水平尤其在芯核內(nèi)是低的。在靜態(tài)感應加熱淬火(也稱作同一位置淬火)中，即淬火操作中，其中待淬火的總體積首先加熱到淬火溫度，然后立即或在一定耽擱后冷卻，表面區(qū)內(nèi)的壓縮應力變得特別高，疲勞強度變得比通過順序感應加熱淬火得到的更好，所述順序感應加熱淬火中加熱和隨后冷卻在感應器/冷卻噴淋器和待淬火工件間連續(xù)相互運動期間進行。然而，應力，不只是芯核內(nèi)的拉伸應力，在靜態(tài)感應加熱淬火的情況下，可以在實際淬火過程中變得如此大，以致于在芯核出現(xiàn)裂紋(中心裂紋)。然而，如果中心裂紋可以避免，那么軸的靜態(tài)感應加熱淬火導致非常好的疲勞強度。典型的代表性比例對于順序感應加熱淬火在20kNm扭轉疲勞為約20000負荷循環(huán)，而對于靜態(tài)感應加熱淬火則在20kNm扭轉疲勞為80000負荷循環(huán)。低合金硼鋼已經(jīng)證實對上述現(xiàn)象是非常敏感的，其在某些條件下產(chǎn)生中心裂紋，這在經(jīng)淬火的產(chǎn)物中當然是不可接受的。這種裂紋當它們沒有到達相關產(chǎn)物的表面時通常是難以檢測的。不過已經(jīng)證實通過用超聲波檢査可以檢測它們。本發(fā)明的目的是提供可以靜態(tài)感應加熱淬火且無中心裂紋產(chǎn)生的低合金硼鋼。
發(fā)明內(nèi)容上述目的是通過根據(jù)所附權利要求1和6的硼鋼和軸來實現(xiàn)的。其他優(yōu)勢通過從屬權利要求中所規(guī)定的內(nèi)容來實現(xiàn)的。本發(fā)明參考具體實施方式中的實施例和附圖來更詳細地描述，其中圖1所示為關于裂紋的發(fā)生作為組成的函數(shù)的表格形式的匯編，其中主要是鉬和鎳含量明顯地改變。圖2所示為裂紋的發(fā)生作為鉬和鎳含量的函數(shù)的圖表。圖3所示為使用本發(fā)明的鋼種進行實驗的傳動軸的軸向截面。具體實施方式在本說明書中，在所示鋼種中元素的所有百分數(shù)據(jù)都是重量比。本發(fā)明的鋼種是低合金硼鋼，具有本發(fā)明組成范圍的本發(fā)明的鋼種與相應的已知鋼種一起顯示在表1中。對感應加熱淬火特性具有相當大影響的碳的含量為0.30—0.50%，從而在淬火后得到所希望的強度。優(yōu)選碳含量總計為0.38—0.45。％。硅的存在量為0.15—0.40%，優(yōu)選大于0.15%—0.40%，主要作為其他合金元素的載體加入，但也具有一些增強作用。錳的存在量為1.10_1.50%，優(yōu)選大于1.10%—1.50%，并且部分通過增加可淬火性而具有增強作用，當有很大的淬火深度時，其可影響感應加熱淬火中的淬火深度。加入錳也是為了結合硫，否則所述硫?qū)_擊強度具有副作用。磷含量小于0.035%，必須保持低含量以防止由于晶界弱化而導致的脆性和淬火裂紋。硫通過形成硫化錳(MnS)而改進了可加工性，但是同時降低了強度，因為MnS構成了可作為裂紋凹口的鋼基體弱區(qū)域。硫含量需要保持在0.020—0.050%的范圍內(nèi)。鉻的存在量小于0.5%，優(yōu)選大于0.2%且小于0.5%。鉻增加了可淬火性，并且降低了脫碳的危險。本發(fā)明已經(jīng)證實含量為0.030%—0.15。％的鉬和以下描述的一定含量的鎳一起能夠防止中心裂紋的發(fā)生，尤其是在靜態(tài)感應加熱淬火中。對于此類硼鋼，鉬含量通常沒有具體說明?？赡苓@樣添加的鉬與鎳組合也降低了其他鋼種中的淬火裂紋。鉬含量優(yōu)選為0.05—0.15%。本發(fā)明己經(jīng)證實含量為0.15%—0.40%的鎳與上述鉬一起能夠防止中心裂紋的發(fā)生，尤其是在靜態(tài)感應加熱淬火中。鎳含量同樣通常不具體說明。鎳被認為是雜質(zhì)。也可能這樣添加的鉬與鎳組合也降低了其他鋼種中的淬火裂紋的危險。鎳含量優(yōu)選為0.20—0.40%。需要一定含量的鈦來保持硼在鋼的固溶體中的一定含量，從而改進淬火特性。因此鈦的存在量應為0.020—0.050%。鋁是脫氧劑，因此以低含量存在。鋁通過形成氧化鋁而損害了疲勞強度，鋁含量應保持<0.050%。低含量的硼改進了淬火特性，例如可淬火性，當有淬火深度時可影響感應加熱淬火的淬火深度。在固溶體中所希望的含量是至少0.0005%，而總含量應限制為小于0.004%。實施本發(fā)明在通常環(huán)境下，鉬和鎳構成甚至在標準組成中也沒有具體說明的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明對于導致裂紋消失作用的鉬和鎳的組成范圍仍然包括明顯超過優(yōu)勢雜質(zhì)水平的含量。然而，所述范圍對應相對少量的合金物質(zhì)鉬和鎳，并且對于這里的低合金硼鋼的鋼成本可能具有極大的邊界效應。另一方面，相當大增加的強度是通過能夠無中心裂紋發(fā)生來施加靜態(tài)感應加熱淬火來實現(xiàn)的，其在某些情況下在相關工件中可能意味材料可以被節(jié)省，而不會影響疲勞強度等方面的性能。實施例通過靜態(tài)感應加熱淬火而淬火的具有不同鉬和鎳含量的由硼鋼TB1639制備的傳動軸(圖3)如下1.在約40秒內(nèi)感應加熱到表面溫度為約IOO(TC。合物(聚亞垸基二醇)冷卻。3.通過感應靜態(tài)加熱到表面溫度為約30(TC來回火(再加熱，約90秒)。通過超聲波由軸端表面檢測裂紋的發(fā)生。由大量的具有相互改變的化學組成的進料，在圖1的表中顯示了裂紋在大量傳動軸上的發(fā)生。在該表中，"No."代表其中裂紋被檢測的軸的數(shù)，"Tot."代表用于每種鋼進料的檢測的軸的總數(shù)，而"Incid.y。"表示"No."和"Tot"之間的比值，即具有檢測裂紋的軸的比例。圖2顯示了裂紋的發(fā)生率，"裂紋發(fā)生率％"作為鉬含量和鎳含量的函數(shù)，但由于加工原因鉬含量和鎳含量不能被分開。由其中無裂紋被檢測(圖1"Indd.0%")的軸(測試件)的組成，可以求出用于防止裂紋的約0.030%的鉬和約0.15%的鎳的最小含量。上述最小含量已經(jīng)小幅度地調(diào)節(jié)到各含量組合為0.035%鉬/0.0167鎳和0.038鉬/0.188%鎳，這導致無裂紋。相對于所提出的最小含量，優(yōu)選的最小含量已經(jīng)具有了向上幅度。對于鉬和鎳已經(jīng)設置了含量上限。這是部分為了成本原因，并且為了防止增加鉬和鎳含量時發(fā)生的不利之處，例如受損的可加工性。在上述的實驗探討范圍內(nèi)，也可能通過測量和計算來核實靜態(tài)感應加熱淬火比軸的順序感應加熱淬火導致表面的更高的壓縮應力和芯核的更高的拉伸應力?；瘜W組成Scania硼鋼TB1639作為低合金材料在以下表1中列出。低合金組成通常無鉬和鎳的含量，這些物質(zhì)被認為是普通雜質(zhì)。也列出了實驗中導致無裂紋的本發(fā)明的通常組成、優(yōu)選組成和詳細組成。表1根據(jù)現(xiàn)有技術和本發(fā)明的硼鋼的組成<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權利要求1.一種硼鋼，優(yōu)選用于靜態(tài)感應加熱淬火，其以重量百分比計包括0.30-0.50％碳0.15-0.40％硅1.10-1.50％錳＜0.035％磷0.020-0.050％硫＜0.50％鉻0.030-0.15％鉬0.15-0.40％鎳0.020-0.050％鈦＜0.050％鋁＜0.0040％全部硼＞0.0005％可溶硼以及余量鐵和雜質(zhì)。2.權利要求l的硼鋼，其以重量％計包括0.30-0.50%碳高于0.15到0.40%硅高于1.10到1.50%錳<0.035%磷0.020-0.050%硫<0.50%鉻0.05-0.15%鉬0.20-0.40%鎳0.020-0.050%鈦<0.050%鋁<0.0040%全部硼>0.0005%可溶硼。3.權利要求1或2的硼鋼，其特征在于碳的比例為0.38-0.45%。4.權利要求l、2或3的硼鋼，其特征在于鎳的比例高于0.20%至0.40%。5.權利要求1、2、3或4的硼鋼，其特征在于鉻的比例為高于0.20至0.50%。6.—種軸，其特征在于其由權利要求l、2、3、4或5的硼鋼制造。7.權利要求6的軸，其特征在于通過靜態(tài)感應加熱淬火導致的淬火層。全文摘要低合金硼鋼，尤其用于軸的低合金硼鋼，該軸通過表面區(qū)的感應加熱淬火而具有增加的疲勞和靜強度。疲勞強度的最大改進是通過靜態(tài)(同一位置)感應加熱淬火而得到的，這歸因于相較與通過順序(掃描方法)得到的在表面內(nèi)具有較高的壓縮應力。然而，在軸芯核內(nèi)的高對應拉伸應力已經(jīng)證實能夠?qū)е逻@些鋼種的中心裂紋。本發(fā)明意味著，與通常在標準組成的硼鋼中作為雜質(zhì)出現(xiàn)而不列出鉬和鎳含量相比，通過使用略微增加的鉬和鎳含量而消除中心裂紋的的發(fā)生。文檔編號C22C38/54GK101155941SQ200680011618公開日2008年4月2日申請日期2006年4月6日優(yōu)先權日2005年4月12日發(fā)明者E·桑德奎斯特申請人:斯堪尼亞有限公司