CN106061636A - 接近最终外形的导轨热轧 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造用于直线滚动轴承的导轨(11)的方法，其中提供钢质条坯(12)，它具有恒定的初始横截面形状(13)并具有至少10米的长度，其中它至少在局部是可硬化的，并且该条坯(12)以恒定的输送速度被先后引导经过加热装置(15)和轧制设备(16)，其中该条坯(12)在该加热装置(15)中被加热到奥氏体化温度，在该奥氏体化温度在钢中存在奥氏体组织，其中该条坯在该轧制设备中被塑性变形，直至轧制设备(16)终点处的该条坯(12)的温度很高，从而存在奥氏体组织。按照本发明该条坯(12)直接在它已穿过该轧制设备(16)之后被冷却，从而在其可硬化区域内生成马氏体组织，其中该条坯(12)接着被磨削(20)以获得成品导轨(12)，其中在所述塑性变形(16)和所述磨削(20)之间在该导轨(12)的磨削表面上不发生进一步的改变形状的加工。

Description

接近最终外形的导轨热轧
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的导轨制造方法。
背景技术
在DE102008008632A1中，作为现有技术描述了用于直线滚动轴承的导轨的制造方法。在此，坯料先被热轧，从而它通过塑性变形获得接近导轨最终横截面形状的横截面形状。一般，该坯料由可硬化的钢构成，从而成品导轨的工作面具有足够高的硬度。坯料在热轧之后被热处理，从而它未被硬化以便能进行进一步的制造步骤。所述制造步骤包含冷拔加工，此时坯料横截面形状通过室温塑性变形被改变，从而它接近导轨的最终横截面形状，除了经济的磨削余量外。经过冷拔的坯料一般被边缘层硬化，做法是其边缘区借助感应加热装置被加热到奥氏体化温度，在这里，它们随后被淬火而生成马氏体组织。被硬化的坯料随后被磨削以获得成品导轨。
发明内容
本发明的优点在于所提出的制造方法的成本比较低。
根据本发明，提出一种制造用于直线滚动轴承的导轨的方法，在此，提供具有恒定的初始横截面状的钢质条坯，其中它具有至少10米长度，它至少在局部可被硬化，其中该条坯以恒定的输送速度被先后引导经过加热装置和轧制设备，该条坯在该加热装置中被加热到奥氏体化温度，在奥氏体化温度在钢中存在奥氏体组织，其中该条坯在该轧制设备中被塑性变形，直到轧制设备末尾的条坯温度高到存在奥氏体组织的程度，其中该条坯直接在已穿过轧制设备之后被冷却，从而在其可硬化区域内出现马氏体组织，其中该条坯随后被磨削以获得成品导轨，其中在所述塑性变形和磨削之间在导轨的磨削表面上不发生进一步的改变形状的加工。就是说，不同于现有技术，该条坯已经直接在热轧之后被硬化，在此，热轧所需的热被充分利用。完全省掉冷拔加工步骤。
作为钢，优选采用可硬化的钢例如C45E或56NiCrMoV7。但也可以想到采用渗碳钢，其只能在渗碳表面区内被硬化。所述钢种是优选的，从而在热处理之后存在纯相的马氏体组织。所述组织应该最好是细针状的，没有粗大晶粒形成且还没有裂纹网。
只要提到长度至少为10米的条坯，其应该尤其是指这样的条坯，它在之前的方法步骤中未被断开地制造。人们也说是连续条坯，在此显然条坯长度由所述在前方法步骤的有限运行时间限定。
所提出的冷却可以根据所用的钢种通过在环境空气中的不可控冷却或者通过尤其在采用冷却装置的情况下的可控冷却来完成。在此，可以通过优选的可控冷却来如此调节冷却时的温度变化过程，从而在马氏体生成时出现尽量小的条坯翘曲。
在从属权利要求中给出了本发明的有利改进和改善方案。
所提供的条坯可以具有圆形的初始横截面形状，其直径在20毫米至90毫米之间。最好想到采用热轧线材作为条坯。最优选的是切削加工所述线材的表面，尤其借助去荒皮和/或磨削。由此去除所提供的条坯的以下区域，其能在热轧后具有表面瑕疵或者其碳含量不希望地改变，尤其是减小。
可以提供连续的条坯，做法是连续有限的条坯段在末端被焊接在一起。最好想到所述有限段以卷绕成卷或盘卷形式提供，在此，它们在焊接之前被退卷并被弯成笔直形状。此时出现的材料应力通过随后进行的加热至奥氏体化温度与随之而来的再结晶过程被消除。
相应的焊点可以在磨削前从条坯上被切除，在这里，它们未被用来制造导轨。在焊点区域内必须考虑成品导轨质量降低，因为这些段在一开始就被抛弃，在此，钢材料最好被再用。最好想到如此选择焊点间距，即其略微大于在所提出的方法末尾时在一个工序被磨削的条坯段的长度的整数倍。
在加热装置中可以发生条坯的磁加热和/或感应加热和/或传导加热。感应加热最好以调频方式发生。在一个优选实施方式中，磁加热与随后的低频感应加热相组合。所提出的所有加热形式的共同点是加热很迅速地发生。此时要注意，条坯从加热装置起点被送至轧制设备终点的时间依据原理是很短的。就是说，条坯只经过很短的时间具有高的奥氏体化温度。与此相应，在条坯的近表面层内的碳能与环境空气化学反应的时间很短。因此肯定出现很弱的冷却。通过在加热设备和/或轧制设备区域内使用保护气氛，可以将条坯表面的不希望有的改变减至最低程度。
该加热装置可以在条坯的整个横截面范围内将条坯加热到至少等于所述奥氏体化温度的温度。与此相应，在轧制设备中在条坯内出现低的材料应力。不用担心条坯翘曲。要注意的是，条坯在传统制造方法范围内的感应加热中只在表面被加热到奥氏体化温度。
条坯在加热装置中优选最多被加热到其熔化温度的2/3。由此，可以在轧制设备内制造条坯的很精确的横截面形状。要注意的是，当在条坯的最终磨削范围内只进行很轻微的材料去除时，本发明方法的经济性被提高。与此相应优选的是在轧制设备中制造很精确的且非常接近所期望的导轨最终形状的导轨横截面形状。
轧制设备可具有多架轧机机架。全部所需的塑性变形最好被均匀划分给多架轧机机架，以便在每架轧机机架中只进行很小的塑性变形，上述塑性变形反而能很精确进行。最好在输送方向上排最后的轧机机架中发生比在输送方向上排第一的轧机机架上的塑性变形小、优选小许多的塑性变形。各个轧机机架最好分别具有单独的转速可控的驱动装置。该驱动装置最优选地包括电动机且尤其是同步电动机。在驱动装置的转速控制中优选作为被调参量最好考虑在输送方向上作用于条坯上的力。最好使条坯处于拉应力。所述力最好在考虑驱动装置的驱动转矩和/或电动机驱动电流的情况下被考虑进来。
在条坯磨削时被除去的磨削余量最好最大等于0.5mm。
所提供的条坯可以在表面具有比在内部更高的碳含量。最好达到所述材料状态，做法是该条坯被渗碳。即，它最好被封在含碳环境中尤其在碳粉末中并在那里被热处理。
显然，前述的和以后还要说明的特征不仅可按照各自所指出的组合方式来使用，也可按照其它组合方式或单独来使用，而没有脱离本发明范围。
附图说明
以下将结合附图来详述本发明，其中：
图1是本发明的方法过程的极其示意性的视图，
图2示出轧制条坯的横截面，
图3是钢56NiCRMoV7的连续的时间-温度-转变曲线图。
具体实施方式
图1示出本发明的方法过程的极其示意性的视图。该方法如此开始，提供最好具有圆形的初始横截面形状13的条坯12，其直径在20毫米至90毫米之间。条坯12首先被引导经过例如感应工作的加热装置15。相应的电线圈像螺纹那样围绕条坯12。线圈被馈给交流电流，交流电流在条坯12内感生涡电流。与所述涡电流相关的条坯12的欧姆电组导致条坯快速变热。涡电流的分布和进而温度分布可以借助所馈给的交变电流的频率和感应线圈形状被影响。在高频情况下，主要在条坯12的表面发生加热。条坯12最好在其整个横截面范围内被加热到奥氏体化温度，从而在整个横截面存在可良好塑性变形的奥氏体组织。
接着，条坯12被引导经过轧制设备16。与视图不同地，实际上设有多架轧机机架，它们在输送方向10上前后布置，在这里，每架轧机架在条坯12上引起轻微的塑性变形。各个轧机机架的轧辊能从不同侧面加工该条坯12。例如可以想到一架轧机机架仅加工侧面21，在此，一架紧随其后的轧机机架仅加工轨顶面和轨底面22、23。尤其在就输送方向10而言排最后的轧机机架中可以想到，总共至少四个轧辊同时作用于条坯12，在这里，它们在对应的四个侧面21、22、23分别仅引起轻微的塑性变形。在轧制设备的末尾，条坯12具有用14标示的横截面形状，该横截面形状除了例如0.3毫米的小磨削余量外与磨削20之后的最终横截面形状一致。
在轧制设备16后，条坯12被引导经过冷却装置17。冷却装置17可以具有例如多个喷嘴18，它们呈环形围绕条坯12散布。条坯12可以通过喷嘴18例如被喷洒水或油以便冷却条坯。此时可以想到该条坯12在冷却装置17终点具有还是明显高于室温的温度，在这里，最终冷却到室温发生在截断的导轨12在磨削之前被暂时存放的时间内。
切割装置19与冷却装置相连，例如快速回转的切割砂轮，其转动轴线27平行于条坯12或输送方向10取向。利用切割装置19，有限的条坯12段被截断，它们能在磨削机中被良好加工。一般，这些块6米长。
在切断之后，这些条坯段在多台不同的砂轮机或磨削装置上被磨削。此时如此选择砂轮机数量，即该方法能连续进行，而没有集中在切割装置19后未被加工的条坯段且没有保持若干砂轮机未被使用。在图1中通过两个成形砂轮20简化示出所述砂轮机。
图2示出轧制条坯12的横截面14。横截面形状14关于对称平面25是镜像对称设计的。轨顶面22在轧制之后还是略微凸起，在这里，它在磨削中被磨平。在两个侧面21上各有两个用于滚子的滚道24。在成品导轨中尤其重要的是滚道24被硬化以便相应的直线滚动轴承具有长使用寿命。在此示出了用于球形滚子的凹弯形滚道24。但本发明的方法也可以被用于圆柱形滚子的平面滚道。利用本发明的方法，原则上可以任意制造许多滚道24。在最终磨削的范围内，尤其以很高的精度加工滚道24，以便成品的直线滚动轴承具有高的导向精度。
还要指出在导轨的轨底面23上的支承区26。导轨在安装状态下以支承区26贴靠上级部件。如所示，支承区26在轧制后不是完全平的。这种不平度在最后的磨削作业范围内被消除。
图3示出钢56NiCRMoV7的连续的时间-温度-转变曲线图，其单纯示例性地适用于执行本发明的方法。在横轴上以对数形式画出以秒计的冷却时间t。在竖轴上画出按照摄氏的度的条坯温度T。在所述曲线图中记录了典型的两条冷却曲线31、32，它们出现在当人们以不同的强度冷却条坯时。冷却曲线31、32分别以冷却时间t8/5为特点，它表示以秒计的温度从800℃降至500℃的持续时间。另外，画出了马氏体线30，它在此处于245℃。线30将用A表示的存在奥氏体组织的区域与用M表示的存在马氏体组织的区域分开。
在冷却过程的工艺控制中最好注意不进行低于马氏体线30的缓冷，以便尽量不形成碳化物析出。这种缓冷退火作用造成硬度降低并且在与组织中的微内应力相互作用中促成微裂纹的生成。
在马氏体线30上方的冷却没有什么重要意义，因为就像在例子58NiCrMoV7中示出地，碳在过冷马氏体中保持溶解。
在860℃奥氏体化后，通过t8/5=7.5秒获得具有770HV硬度的马氏体(第一冷却曲线31)。在略高于马氏体线30的400秒保温时间以及如根据第一冷却曲线31的进一步冷却之后，出现就像在第一冷却曲线31中那样的硬度。后述的冷却过程用第三冷却曲线33示出。在图3中的外表看起来不同的第一和第三冷却曲线31、33归结于对数的比例。根据第二冷却曲线32的具有t8/5=153秒的冷却导致较低的硬度。如果现在所述冷却从280℃起根据第三冷却曲线33被加速，则硬度又变高。
对于也适于执行本发明方法的钢C45E，原则上也出现参照图3所示的情况。
为了简化从轧制热起的温度控制，此时也能以碳含量较低的钢为出发点。在热轧线材(表面瑕疵、直径、脱碳和/或渗碳)的相应预处理之后，例如又可以使线材处于卷状。经过表面处理的轧制线材的卷材可以通过简单方式被热处理，即接受近表面层的化学改性。最好可通过渗碳来提高钢的碳含量，从而在从轧制热起的相应冷却中存在边缘层硬化的构件，其可以被用作轨道型材的备料。碳含量以及渗碳硬度深度被如此调节，即，满足在承受滚动负荷的构件上的所说明的条件。这种经过热处理的卷材(表面经过化学改性)的工艺加工与所述过程相同。
在两种情况下，可以如此选择热轧硬化的导轨备料的加工余量，即根据需要可以使用简单的机械加工处理(铣削、刨削、剃削、磨削...)，以便有目的地调节在导轨型材上的未被热处理的区域。
附图标记列表
t冷却时间
T温度
10输送方向
11导轨
12条坯
13初始横截面形状
14轧制横截面形状
15加热装置
16轧制设备
17冷却装置
18喷嘴
19切割装置
20磨削装置
21导轨侧面
22导轨轨顶面
23导轨轨底面
24滚道
25对称平面
26支承区
27转动轴线
30马氏体线
31第一冷却曲线
32第二冷却曲线
33第三冷却曲线

Claims (10)

1.一种制造用于直线滚动轴承的导轨(11)的方法，其中提供钢质条坯(12)，它具有恒定的初始横截面形状(13)并具有至少10米的长度，其中它至少在局部是可硬化的，并且该条坯(12)以恒定的输送速度被先后引导经过加热装置(15)和轧制设备(16)，其中该条坯(12)在该加热装置(15)中被加热到奥氏体化温度，在该奥氏体化温度在钢中存在奥氏体组织，其中该条坯在该轧制设备中被塑性变形，其中直到轧制设备(16)终点处的该条坯(12)的温度很高，从而存在奥氏体组织，其中该条坯(12)直接在它已穿过该轧制设备(16)之后被冷却，从而在其可硬化区域内生成马氏体组织，其中该条坯(12)接着被磨削(20)以获得成品导轨(12)，其中在所述塑性变形(16)和所述磨削(20)之间在该导轨(12)的磨削表面上不发生进一步的改变形状的加工。
2.根据权利要求1的方法，其特征是，所提供的条坯具有圆形的初始横截面形状(13)，它的直径在20毫米至90毫米之间。
3.根据前述权利要求之一的方法，其特征是，提供不中断的条坯(12)，做法是连续有限的条坯段在末端被焊接在一起。
4.根据权利要求3的方法，其特征是，所述相应的焊点在磨削(20)前从该条坯被切掉，其中它们不会被用于制造导轨(12)。
5.根据前述权利要求之一的方法，其特征是，在该加热装置(15)内发生该条坯(12)的磁加热和/或感应加热和/或传导加热。
6.根据前述权利要求之一的方法，其特征是，该加热装置(15)在该条坯的整个横截面将该条坯加热到至少等于所述奥氏体化温度的温度。
7.根据前述权利要求之一的方法，其特征是，该条坯(12)在该加热装置(15)中最高被加热到其熔化温度的2/3。
8.根据前述权利要求之一的方法，其特征是，该轧制设备(16)有多架轧机机架。
9.根据前述权利要求之一的方法，其特征是，在条坯最终磨削(20)时被去除的磨削余量最大为0.5毫米。
10.根据前述权利要求之一的方法，其特征是，所提供的条坯(12)在表面具有比在内部更高的碳含量。
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