專利名稱：用于制造滾動軸承的一部分的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制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(jié)構(gòu)開始，由該鋼制造成形零件，且對該零件進(jìn)行熱處理，以提高其表面的硬度，可能繼之以機械加工后處理。
其中使用3M鋼的滾動軸承被用于承受嚴(yán)酷應(yīng)力的齒輪箱、車床等中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是延長嚴(yán)酷應(yīng)力下的壽命，滾動軸承部分地決定了相關(guān)零件的壽命。此類零件的例子是汽車?yán)锏慕涣靼l(fā)電機。增加汽車中電的使用的結(jié)果是此發(fā)電機變得日益笨重，且施加于傳動帶上的張力一直在變高，借助于該傳動帶，此發(fā)電機由內(nèi)燃機的曲軸驅(qū)動。另一目的是在軸承壽命不重要的應(yīng)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(jié)構(gòu)。
使用上述的方法能夠?qū)崿F(xiàn)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(jù)本發(fā)明，例如，可用上述的一些方法或其他方法制造滾動軸承如深槽滾珠軸承的環(huán)。之后，其進(jìn)一步塑性變形。
已經(jīng)驚奇地發(fā)現(xiàn)在淬火與回火后，此等級的鋼的特性明顯的改進(jìn)了，特別是接近表面處。與以常規(guī)方法處理的3M鋼的壽命比較，使用以此方法獲得的鋼制造的軸承的壽命明顯地延長，即常規(guī)方法中沒有發(fā)生塑性變形。與現(xiàn)有技術(shù)慣用的等級的滾珠軸承鋼如52100比較，其壽命進(jìn)一步延長。
下面將做一些嘗試，以提供對這些改進(jìn)的機械性能的解釋，但必須理解此解釋絕不是限制本發(fā)明。相反，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由所附的權(quán)利要求確定。
本發(fā)明已發(fā)現(xiàn)由于熱處理如硬化前的塑性變形，一方面精制了最終產(chǎn)物的晶粒結(jié)構(gòu)，并且另一方面提高了其表面硬度。
另外，驚奇地發(fā)現(xiàn)，3M等級的鋼的塑性變形比常規(guī)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(fā)現(xiàn)30-70％的變形是可能的。上述百分比表現(xiàn)為由依據(jù)本發(fā)明的鋼制得的物品的截面表面積的減少。優(yōu)選采用50-60％的變形。
使用常規(guī)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(chǎn)生不可恢復(fù)的斷裂，結(jié)果是最終產(chǎn)物的強度只是下降。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與由沒有經(jīng)受塑性變形的3M鋼制造的產(chǎn)品相比較，由于如此明顯的塑性變形，其機械性能提高了，導(dǎo)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，必須不高于Ac1溫度。對于隨后發(fā)生滲碳的等級的鋼，這里所描述的3M鋼是所謂的全硬化鋼。
如上所述，用本發(fā)明的方法制造用于滾動軸承的環(huán)是可能的。由相對的小環(huán)開始，該環(huán)能通過軋至達(dá)到預(yù)期的最終尺寸。該軋制處理構(gòu)成了所述的塑性變形。
本發(fā)明可特別應(yīng)用于內(nèi)燃機所用的交流發(fā)電機的軸承。這些軸承承受振動和高應(yīng)力。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，其壽命能明顯地延長，因此，只要與軸承有關(guān)，相關(guān)的發(fā)電機就具有至少和內(nèi)燃機其他部分一樣長的壽命。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，依據(jù)本發(fā)明的鋼具有精細(xì)結(jié)構(gòu)，也就是由微細(xì)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(huán)放置于環(huán)2與3之間，并且在高溫下，由鐵素體基體開始(任選在球化之前退火)，該環(huán)經(jīng)受明顯的塑性變形。在所示的說明性實施方案中，發(fā)生了約55％的變形，由環(huán)1的截面的表面積的減少測得。
環(huán)1必須借助于此塑性變形而加工至其最終尺寸。與現(xiàn)有技術(shù)相反，沒有實施機械處理。然后，在約860℃淬火，并在約160℃回火1.5小時。由此得到的環(huán)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。
以此方法制造的環(huán)結(jié)合以制造滾動軸承，更具體而言是制造深槽滾珠軸承。之后，在由沒有經(jīng)受塑性變形的3M鋼制得的零件制造的滾動軸承與由依據(jù)本發(fā)明的3M鋼制得的零件制造的滾動軸承之間作對比試驗。該試驗的結(jié)果見圖2。
由此圖可看出，當(dāng)為依據(jù)本發(fā)明的3M鋼時，內(nèi)環(huán)接觸應(yīng)力明顯更低。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)上述鋼的組成是關(guān)鍵的。改變組成將降低塑性可變形性及由此相關(guān)零件的機械性能。例如，在塑性變形期間，可能產(chǎn)生更多的粗碳化物或產(chǎn)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，用于變形所需的能量會明顯增加。
雖然參考了優(yōu)選的實施方案而對本發(fā)明加以描述，但必須理解在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以作出各種改變。
權(quán)利要求
1.一種用于制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(jié)構(gòu)開始，由該鋼制造成形零件，且對該零件進(jìn)行熱處理，以提高其表面的硬度，任選繼之以機械加工后處理，其特征為在熱處理之前使該成形零件塑性變形。
2.如權(quán)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(quán)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(quán)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(quán)利要求4的方法，其中所述溫度為至多720℃。
6.如前述權(quán)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(quán)利要求之一的方法，其中所述部分是由小環(huán)起始通過軋制達(dá)到預(yù)期直徑的環(huán)。
8.如權(quán)利要求7的方法，其中所述零件是滾珠軸承的軸承環(huán)。
9.一種由含有以下組成(以重量％計)的等級的鋼制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(quán)利要求9的零件，其具有800-850HV的硬度。
全文摘要
一種制造滾動軸承的一部分如用于滾珠軸承的環(huán)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(tài)下塑性變形。結(jié)果,其機械性能、特別是在嚴(yán)酷應(yīng)力下的預(yù)期壽命得到了改進(jìn)。
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(yōu)先權(quán)日2000年4月13日
發(fā)明者約翰·麥克爾·貝斯威克, 米歇爾·克里斯蒂安·格雷內(nèi), 安托南·巴萊 申請人:Skf工程研究中心公司