獲得機(jī)械部件的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于獲得機(jī)械部件的工藝，該機(jī)械部件包括至少兩個(gè)不同的材料。該機(jī)械部件例如可為軸承部件，例如滾動(dòng)軸承的環(huán)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)知曉通過擴(kuò)散焊接來接合兩個(gè)材料。接合兩個(gè)材料的一個(gè)目的可能是對(duì)任何類型的機(jī)械部件利用材料的不同特性，機(jī)械部件例如為滾動(dòng)軸承。對(duì)于滾動(dòng)軸承的環(huán)，可能有利的是為其上滾動(dòng)元件滾動(dòng)的滾道表面采用一種材料，且對(duì)環(huán)的核心采用另一種材料。一個(gè)這樣的合成軸承環(huán)表示在EP1882109B1中，EP1882109B1包括用于航空動(dòng)力裝置的滾動(dòng)軸承合成環(huán)，其環(huán)已經(jīng)經(jīng)受了擴(kuò)散焊接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目標(biāo)是為獲得機(jī)械部件提供一種改進(jìn)的工藝，這導(dǎo)致改進(jìn)機(jī)械部件的特性。
[0004]該目標(biāo)通過接合第一金屬材料和第二金屬材料獲得機(jī)械部件的工藝來實(shí)現(xiàn)。
[0005]該工藝包括如下的步驟:
[0006]使第一材料和第二材料彼此接觸，
[0007]將金屬板材單元固定到第一材料以至少部分地密閉第二材料，并且因此金屬板材單元至少部分地與第二材料接觸，其中金屬板材單元包括碳，
[0008]通過擴(kuò)散焊接接合第一材料和第二材料，并且其中在接合的溫度上第二材料Ca2的碳活性和金屬板材單元Ca^的碳活性滿足關(guān)系式Ca各Ca ?。發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，通過使如上在擴(kuò)散焊接工藝中限定的金屬板材單元和第二材料滿足上述關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的擴(kuò)散焊接工藝以及第一材料和第二材料的接合。當(dāng)金屬板材單元和第二材料的碳活性滿足關(guān)系式Ca2^ CaJ#，沒有或基本上沒有碳從第二材料擴(kuò)散到金屬板材單元。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，在關(guān)系式為Ca2< CaJ#，碳將從金屬板材單元擴(kuò)散到第二材料，導(dǎo)致第二材料的碳表面富集。如果不滿足關(guān)系式Ca2< Ca^，則有碳從第二材料擴(kuò)散到金屬板材單元的明顯風(fēng)險(xiǎn)，這是不希望的，并且可能導(dǎo)致第二材料最終表面的性能降低，例如降低表面硬度，并且也降低耐磨性。
[0009]碳活性是用于描述本發(fā)明的中心術(shù)語。碳勢(shì)可解釋為包含活性碳的環(huán)境在規(guī)定的條件下改變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如溫度、時(shí)間和鋼成分的因素。碳勢(shì)因此是例如兩個(gè)材料之間的碳活性的差別。因此，如果在碳活性上有差別，即在碳勢(shì)不為零時(shí)，碳從一個(gè)材料擴(kuò)散到另一個(gè)材料。
[0010]在表面富集工藝中，例如類似于鋼部件的碳化工藝，爐氣中的碳勢(shì)將驅(qū)動(dòng)碳進(jìn)入部件的鋼表面。當(dāng)爐氣中的碳活性大于鋼中的碳活性時(shí)，碳被碳勢(shì)驅(qū)動(dòng)，碳勢(shì)=爐氣和鋼之間的碳活性差。在鋼部件中，也可能存在鋼部件的表面和本體部分(或內(nèi)部區(qū)域)之間的碳濃度差。如果鋼在開始表面富集工藝前是同質(zhì)的，則碳濃度差可能是擴(kuò)散工藝的驅(qū)動(dòng)力。在此情況下，碳勢(shì)或表面和本體部分之間的碳活性差與表面和本體部分之間的碳濃度差成比例。擴(kuò)散工藝將繼續(xù)，只要在爐氣和表面之間以及在表面和本體部分之間存在勢(shì)差。材料中的碳擴(kuò)散，其中微型結(jié)構(gòu)或合金成分變化為距表面深度的函數(shù)，用碳活性差來描述。擴(kuò)散將一直發(fā)生，直到碳活性相等。碳擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)勢(shì)用碳活性差決定，而不是由材料的碳濃度差決定。如果由兩個(gè)材料組成的系統(tǒng)沒有碳擴(kuò)散，則這意味著該系統(tǒng)沒有碳勢(shì)。兩個(gè)材料具有相同的碳活性而沒有驅(qū)動(dòng)碳轉(zhuǎn)移的勢(shì)能。通過本發(fā)明人所知的知識(shí)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可理解，如果第一材料和第二材料在特定的溫度下在碳活性上存在差值，則因此對(duì)于該兩個(gè)材料在該特定的溫度下具有碳勢(shì)。
[0011]在本發(fā)明的實(shí)施例中，金屬板材單元包圍第二材料且產(chǎn)生用于第二材料的密閉空間。在執(zhí)行擴(kuò)散焊接工藝時(shí)有必要密閉第二材料，并且因此產(chǎn)生用于第二材料的密閉空間。
[0012]在本發(fā)明的實(shí)施例中，擴(kuò)散焊接通過高溫等靜壓(HIP)進(jìn)行。高溫等靜壓是接合兩個(gè)材料的有效方法。在一個(gè)實(shí)施例中，高溫等靜壓實(shí)施在1000-1300攝氏度之間的溫度下。在另一個(gè)實(shí)施例中，高溫等靜壓實(shí)施的溫度在1050-1250攝氏度之間。在另一個(gè)實(shí)施例中，高溫等靜壓實(shí)施的溫度在1100-1200攝氏度。在另一個(gè)實(shí)施例中，高溫等靜壓實(shí)施的溫度為1150攝氏度。在另一個(gè)實(shí)施例中，高溫等靜壓實(shí)施1至6小時(shí)。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，高溫等靜壓實(shí)施2至4小時(shí)。在另一個(gè)實(shí)施例中，高溫等靜壓實(shí)施的壓力為80-130MPa。
[0013]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第二材料在其接合前為金屬粉末的形式。當(dāng)?shù)诙牧蠟榉勰┬问綍r(shí)，在其接合前，必須包封該材料且為該材料產(chǎn)生密閉空間。因此，本發(fā)明人認(rèn)識(shí)到產(chǎn)生密閉空間的金屬板材單元可在接合工藝期間用于執(zhí)行第二材料的碳表面富集。因此，在已經(jīng)執(zhí)行接合工藝后不需要任何隨后的表面富集步驟。此外，關(guān)系式Ca2< Ca^總是確定沒有從第二材料到金屬板材單元的實(shí)質(zhì)的擴(kuò)散發(fā)生。
[0014]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，金屬板材單元還包括氮。再者，氮可從金屬板材單元擴(kuò)散在第二材料中。在一個(gè)實(shí)施例中，第二材料的氮活性Ni2和金屬板材單元的氮活性Ni Μ足關(guān)系式NhSNi^。氮活性和氮?jiǎng)菖c上面描述的碳活性和碳勢(shì)具有相同的定義和關(guān)系。在某些情況下，將氮擴(kuò)散在第二材料中也可能是有利的。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)械部件是軸承部件。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，軸承部件可為軸承內(nèi)環(huán)、軸承外環(huán)或滾子軸承的滾子的任何一個(gè)。
[0016]在另一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)械部件是連鑄機(jī)的乳制線的輥套。
[0017]機(jī)械部件可為通過上述任何實(shí)施例中的擴(kuò)散焊接工藝接合的任何部件。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，第二材料是高性能軸承鋼。在進(jìn)一步實(shí)施例中，高性能軸承鋼是M50鋼。在進(jìn)一步實(shí)施例中，高性能軸承鋼是M50NIL鋼。在再一個(gè)實(shí)施例中，高性能軸承鋼是傳統(tǒng)軸承鋼的任何一種，如IS0683-17:1999(E) 9-10頁上所示。可采用滿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(jìn)一步實(shí)施例中，所用材料是適合于馬氏體硬化的N合金不銹鋼或具有良好鋼清潔度的XD15NW。此外，可采用適合于表面富集和馬氏體硬化的不銹鋼。然而，本發(fā)明不限于這些鋼。采用這些類型鋼的益處例如是由該材料組成的部分將非常耐磨和耐腐蝕。因此，高質(zhì)量軸承鋼優(yōu)選設(shè)置在軸承部件的高應(yīng)力區(qū)域上，例如，在環(huán)的滾道或滾子的滾動(dòng)表面周圍。例如，也可設(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(dòng)表面的組合。在機(jī)械部件是輥套的實(shí)施例中，第二材料優(yōu)選設(shè)置在外表面或輥套處，在其上容納板材鋼料。在輥套的進(jìn)一步實(shí)施例中，第二材料是在連鑄中適合于惡劣環(huán)境的高性能鋼。
[0019]在一個(gè)實(shí)施