軸承部件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及軸承部件，例如滾子軸承的外環(huán)、內(nèi)環(huán)或滾子。
[0002]根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及形成根據(jù)本發(fā)明第一方面的軸承部件的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]通過擴散焊接和高溫等靜壓接合兩個材料形成軸承部件是已知的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目標是提供改進的軸承部件及其形成方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，該目標通過提供一種軸承部件來實現(xiàn)，該軸承部件具有第一金屬材料和第二金屬材料，其中第一材料具有第一碳含量，并且第二材料具有第二碳含量。第一材料和第二材料通過擴散焊接工藝接合，其中擴散焊接工藝導致在第一材料和第二材料之間具有變化的碳含量的過渡區(qū)域。過渡區(qū)域中的變化的碳含量基本上在一個區(qū)間內(nèi)，其端點由第一材料和第二材料的碳含量限定。在過渡區(qū)域的邊緣可能容易產(chǎn)生碳含量的小量增加/減小，但是不應從區(qū)間端點延伸超過總區(qū)間的5%。當碳含量實質(zhì)上不在第一材料和第二材料的含量之上或之下時，表明碳不再起作用來形成硬且脆的滲碳體或其它復合金屬碳化物或碳化鐵。因此保證了過渡區(qū)域的強度。
[0006]本發(fā)明人認識到，通過擴散焊接或高溫等靜壓接合兩個材料以形成軸承部件的已知方法，容易在材料彼此接合的過渡區(qū)域中產(chǎn)生弱區(qū)，尤其是在接合不同質(zhì)量的材料時，例如便宜的鑄鋼與高質(zhì)量的工具鋼。兩個接合材料之一可在接合工藝中獲得碳，而另一個材料可能損失碳。兩個材料中的碳梯度可能導致在隨后熱處理期間的弱脆狀態(tài)。具有大片弱脆微結(jié)構(gòu)狀態(tài)的過渡區(qū)域，例如滲碳體網(wǎng)絡(luò)或其它復合金屬碳化物，可能顯著降低兩個接合材料任何一個或二者的強度。通過選擇兩個接合材料的合金成分和/或選擇工藝溫度，可減小材料之間的碳擴散率。兩個合金的硬化特性于是達到所需的很大限度，并且圍繞過渡區(qū)域的體積沒有很大體積的弱或脆狀態(tài)。兩個材料總是保持對其過渡區(qū)域的能力和微型結(jié)構(gòu)。過渡區(qū)域的尺寸得到減小，并且材料脆性等潛在的問題得到減少。實際的界面的強度可能仍小于兩個接合材料。原始表面氧化物和表面污染物可能仍作用于接合焊接的強度降低。這給工藝開始前的工藝技術(shù)和表面準備造成附加的要求在。表面污染物的問題例如可通過對表面在接合之前對其進行小心的表面清洗和表面活化而得到減輕，例如通過蝕刻或諸如機械加工、研磨或噴砂的其它方法。
[0007]碳活性是用于描述本發(fā)明的中心術(shù)語。碳勢解釋為在給定的條件下包含活性碳的環(huán)境更改或保持鋼的碳水平的能力。在任何特定的環(huán)境下，所獲得的碳水平取決于諸如溫度、時間和鋼成分的因素。因此，碳勢是例如兩個材料之間碳活性差。因此，如果存在碳活性差，即當碳勢不為零時，碳將從一個材料擴散到另一個材料。
[0008]要接合的兩個材料具有不同的碳含量。這些碳含量限定了其之間的碳區(qū)間的端點。碳含量是指材料中的中間值。碳含量可自然變化，并且在材料中都具有局部變化，例如特別是在軸承部件的圓周表面周圍，但這是指材料的總平均值。作為示例，當接合3重量百分比(wt% )碳的材料與lwt%碳的材料時，區(qū)間為2*1:%碳，并且區(qū)間端點為3wt%碳和因此與第一材料和第二材料的碳中間值相同。過渡區(qū)域是碳含量變化的區(qū)域，這是由于接合工藝可在材料中觀察到。
[0009]現(xiàn)在描述根據(jù)本發(fā)明第一方面的軸承部件的示范性和有利的實施例。
[0010]根據(jù)軸承部件的一個實施例，第一材料和第二材料之間的過渡區(qū)域中的變化的碳含量基本上是線性的。碳含量的線性變化是指過渡區(qū)域中測得的碳含量因具有很小的碳含量而不變化，然后突然增加碳含量，即繪制的碳含量圖在正負導數(shù)之間不應變化到很大程度。因此，線性也是指碳含量從一個材料到另一個材料的突然變化，這是優(yōu)選的圖形，只要它沿途變化不大。碳含量應沿著軸承部件的橫截面測量，橫截面垂直于兩個材料接合的面。這樣，要接合的表面不需要是平面，因為圓形表面也具有垂直方向。變化的碳含量的線性過渡更加清楚地表明，碳對形成硬且脆的滲碳體或其它復合金屬碳化物或碳化鐵已經(jīng)不起作用?？梢杂泻苄〉淖兓?，但是過渡區(qū)域中碳含量的任何非線性變化，即在其中所繪制的碳含量曲線從正到負到再一次正或者相反，應小于碳含量區(qū)間的50%，優(yōu)選小于兩個材料的碳含量限定的總區(qū)間的25%。這產(chǎn)生勢能很強的過渡區(qū)域。
[0011]在軸承部件的一個實施例中，第一材料和第二材料之間碳含量變化的至少80%發(fā)生在垂直于接合表面測量小于200 μπι的距離上。在軸承部件的另一個實施例中，碳含量上總變化的至少80%發(fā)生在垂直于接合表面測量為100 μπι的距離上。這描繪了碳含量從一個材料到另一個材料的突然變化，是優(yōu)選的圖形，因為接合工藝尚未影響材料的特性到很大程度，而是在全部部件上限制到很小的部分。這進一步加強了過渡區(qū)域和軸承部件的總質(zhì)量。
[0012]在軸承部件的一個實施例中，材料之一是軸承鋼。特別是耐腐蝕和/或耐磨損鋼。在一個實施例中，材料之一是Μ50鋼。在進一步的實施例中，材料之一是M50NIL鋼。在再一個實施例中，材料之一是如ISO 683-17:1999(E)9-10頁所示的傳統(tǒng)軸承鋼的任何一個?？刹捎脻M足軸承部件的鋼清潔度和硬度要求的任何其它鋼，例如不銹鋼工具鋼。在進一步的實施例中，所用的材料是馬氏體硬化不銹鋼N合金鋼，例如XD15NW或適合于表面富集且具有良好鋼清潔度的馬氏體硬化的不銹鋼。然而，本發(fā)明不限于這些材料。采用這些類型鋼的益處例如是由這些材料組成的部分非常耐磨和耐腐。因此高質(zhì)量軸承鋼優(yōu)選設(shè)置在軸承部件的高應力區(qū)域周圍，例如在軸承環(huán)的滾道或滾子的滾動表面周圍，例如，也可以設(shè)置在軸承部件的凸緣或任何其它部分或區(qū)域，或者凸緣、滾道和滾動表面的組合。
[0013]在一個實施例中，軸承部件是滾子軸承的內(nèi)環(huán)、外環(huán)或滾子。部件可屬于任何軸承類型，例如球形滾子軸承、圓柱滾子軸承或圓錐滾子軸承或深槽球形軸承。它可為徑向軸承和軸向推力型軸承，并且軸承具有單排或幾排滾動元件。它可為具有單排或幾排球的軸向和徑向球軸承。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，該目標通過提供形成根據(jù)本發(fā)明第一方面的軸承部件的方法實現(xiàn)。形成軸承部件的方法包括如下步驟:加熱第一材料和第二材料，在特定的壓力、時間周期和溫度下將它們彼此抵靠壓緊，因此允許材料彼此擴散。此外，在接合溫度下第一材料的碳活性是第二材料的碳活性的80-120%。在軸承部件形成方法的另一個實施例中，要接合材料之一的碳活性是另一個材料的90-110%。在軸承部件形成方法的進一步實施例中，要接合材料之一的碳活性是另一個材料的95-105%。在再一個實施例中，碳活性在接合溫度下與另一個材料基本上相同，但是也可為另一個材料的99-101 %、98-102%、97-103%。碳活性可能受到如下二者的影響:在其它合金元素保持不變的情況下改變材料中的碳含量，和/或改變材料的溫度。這兩個尺度可以被改變以調(diào)整碳活性來優(yōu)化軸承部件的形成方法。
[0015]使材料具有相同或類似碳活性的益處是避免了兩個接合材料之一在接合工藝中獲得碳，而另一個材料可能損失碳。因此，在隨后的熱處理期間，在來自可能導致弱脆狀態(tài)的工藝的兩個材料中不存在碳梯度。因為具有諸如滲碳體網(wǎng)或其它復合金屬碳化物的弱脆微型結(jié)構(gòu)狀態(tài)的較大片段的過渡區(qū)域會顯著地降低兩個接合材料的任何一個或二者的強度，這保證了軸承部件堅固耐用。
[0016]本發(fā)明第一方面的所有方面可應用于本發(fā)明第二方面的所有方面，反之亦然?，F(xiàn)在描述根據(jù)本發(fā)明第二方面的軸承部件的示范性和有利的實施例。
[0017]在形成軸承部件的方法的實施例中，該形成方法通過高溫等靜壓進行。材料設(shè)置在一起且在如本發(fā)明其它實施例中更多描述的溫度、時間和壓力下。
[0018]在形成軸承部件的方法的實施例中，接合的溫度為1000-1300攝氏度。在形成軸承部件方法的另一個實施例中，接合的溫度是1100-1200攝氏度。在形成軸承部件的方法的進一步實施例中，接合的溫度是1140-1160攝氏度，優(yōu)選1150攝氏度。但是，例如也可為1145-1155攝氏度。在該方法的一個實施例中，高溫等靜壓實施1-6小時，優(yōu)選2_4小時。
[0019]在形成軸承部件的方法的實施例中，壓力為80_310MPa。
[0020]在形成軸承部件的方法的實施例中，第一材料和第二材料的至少一個在加熱前是粉末形式。在另一個實施例中，其為在加熱前為粉末形式的軸承鋼。在形成軸承部件的方法的進一步實施例中，金屬板用于在接合工藝期間包封粉末。金屬板然后被去除。該實施例中作為示例所用的金屬板可改變?yōu)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其它適當?shù)牟牧稀?br>[0021]在軸承部件形成方法的一個實施例中，軸承部件是滾子軸承的內(nèi)環(huán)、外環(huán)或滾子。該部件可屬于任何軸承類型，例如球形滾子軸承、圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承或深槽球形軸承。它可以是徑向軸承以及軸向推力型軸承，并且軸承具有單排或幾排滾動元件。它可為具有單排或幾排球的軸向和徑向球軸承。
[0022]在軸承部件形成方法的一個實施例中，軸承部件通過接合大工件而制作，該大工件隨后切割成較小的部件。為了形成環(huán)，材料之一的圓柱形狀元件可切割成環(huán)元件。為了形成滾子，材料之一的桿狀元件可與第二材料接合，然后切割成滾子元件。
【附圖說明】
[0023]現(xiàn)在將參考附圖以及本發(fā)明幫助防止的不希望特征的示例更加詳細地描述示范性實施例，其中:
[0024]圖la示出了根據(jù)本發(fā)明由兩個材料制作的軸承環(huán)的截面圖。
[0025]圖lb示出了根據(jù)本發(fā)明由兩個材料制造的軸承的滾子的截面圖。
[0026]圖2示出