CN106536692A - 用于处理材料的抗磨损方法 - Google Patents

Abstract

一种用于处理材料的抗磨损方法，其提供用于使由金属材料制造的以至少一个自由度相互耦接的至少两个部件中的至少一个经受热处理以增加表面硬度的第一初步步骤以及经受表面研磨的第二初步步骤，该方法包含：‑执行洗涤先前经受初步步骤的至少一个部件的表面的至少一部分的第一步骤；‑执行对先前经受洗涤的至少一个部件的表面的至少一部分进行喷丸(shot peening)的第二步骤；‑执行将二硫化钼层施加在先前经受喷丸的至少一个部件的至少一部分上的第三步骤。

Description

用于处理材料的抗磨损方法

本发明涉及用于处理材料的抗磨损方法。

在其正常操作期间相对于彼此滑动的两个机械主体可以经受被称为磨损的现象。

术语“磨损”通常是指由于过度滑动摩擦引起两个或多个互补运动机械构件发生锁定，这导致它们正常操作的随之临时或永久中断。

所述磨损可因为各种原因而导致单一的结果：推进单元过度过热。例如，磨损可由润滑不足、由在全功率下的过度应力导致且随时间延长(例如由高于机器的实际能力的操作速率引起)或由部件之间不正确的间隙(play)导致(例如在套管和相应枢轴过小间隙可以导致中断润滑膜；过大间隙不允许润滑剂的正确隔离(如果存在的话)，并可以在部件之间产生影响)。

在处于往复运动的耦接部件之间通常存在润滑剂(油脂、油或特殊乳液)，但是也提供数量众多的其中不使用润滑剂的机械耦接件。

原则上，本发明优选地涉及具有往复旋转运动的任何枢轴-套管组件，其部件由金属材料(例如钢、铝和另一个类型的合金)制造。

在这类组件中，磨损常常发生，其导致机器停机以及枢轴的明显损坏。

为了消除这些缺陷，常将润滑剂放置在枢轴和套管之间(在它们的间隙内)且通过特定密封元件将润滑剂隔离在其中。

然而，在一些情况下，润滑剂不足以使磨损避免，尤其是在操作很长时间以后。

因此，已知类型的组件具体地经受磨损现象，且为了避免磨损发生，提供周期性维护，维护的目的在于检查布置在枢轴和套管之间的间隙中的润滑剂的状态和恢复润滑剂的理想条件。

因此，已知类型的组件经受将导致机器停机的磨损现象，如果希望避免这种现象的发生，频繁和昂贵的周期性维护零件是必要的。

为了减少磨损的发生，已知的是对由淬火加回火钢制造的枢轴实施不同类型的热处理，在热处理结束时，所述枢轴的表面经受研磨。

即使在使它们经受这些处理之后，枢轴仍然在任何情况下经受磨损现象，因此同样不能确保长服务寿命。

本发明的目的在于解决上述问题，提出一种用于处理材料的抗磨损方法，该方法允许将磨损的发生最小化，甚至到可忽略的程度。

在该目的的范围内，本发明的目标在于提出用于处理材料的抗磨损方法，该方法使旨在相对于与其配合的套管转动的枢轴的磨损风险最小化。

本发明的另一个目标在于提出一种用于处理材料的抗磨损方法，该方法确保减少包括经受所述方法的部件的机械耦接件的周期性维护。

本发明的另一个目标在于提供一种用于处理材料的抗磨损方法，该方法低成本，在实践中提供起来相对简单且在应用中安全。

通过用于处理材料的抗磨损方法实现该目的和这些及其他目标，在下文中将变得更加明显，该方法提供使由金属材料制造的以至少一个自由度相互耦接的至少两个部件中的至少一个经受热处理以增加表面硬度的第一初步步骤以及经受表面研磨的第二初步步骤，该方法包含：

-执行洗涤先前经受初步步骤的至少一个部件的表面的至少一部分的第一步骤；

-执行对先前经受洗涤的至少一个部件的表面的至少一部分进行喷丸的第二步骤；

-执行将二硫化钼层施加在先前经受喷丸(shot peening)的至少一个部件的至少一部分上的第三步骤。

通过对根据本发明的用于处理材料的抗磨损方法的优选且非排他性实施例的描述，本发明的其他特性和优点将变得显而易见，所述实施例通过在附图中示出的非限制性示例进行阐释，其中图1是由应用根据本发明的抗磨损方法提供的可能的可旋转机械耦接件沿着横向平面的正视剖视图。

具体参考附图，数字1通常指代通过应用根据本发明的用于处理材料的抗磨损方法而提供的可能的旋转机械耦接件。

根据本发明的方法可以应用至机械耦接件，在机械耦接件之间存在至少一个自由度。

所述部件优选由金属材料制造：例如，提及的是由金属合金诸如钢或基本上处于纯态的金属诸如铝制造。如果参考由钢制造的部件，通常使用淬火加回火钢。

根据本发明的抗磨损方法需要使至少两种部件中的至少一个经受热处理的第一初步步骤以增加表面硬度，和表面研磨的第二初步步骤。

两个初步步骤为在背景技术中通常应用的步骤。

根据本发明的方法提供执行在至少一个部件上的附加连续步骤。

实际上，有必要执行洗涤先前经受初步步骤的至少一个部件的表面的至少一部分的第一步骤。

然后有必要执行对先前经受洗涤的至少一个部件的表面的至少一部分进行喷丸的第二步骤。

最后该过程要求执行将二硫化钼层施加在先前经受喷丸的至少一个部件的至少一部分上的第三步骤。

有用的是，指出洗涤的第一步骤还包括对先前经受初步步骤的至少一个部件的表面的至少一部分的表面进行表面除油。

除油包括在使部件(通常由钢制造)的表面经受后续处理(机械、热等)或表面精加工之前从中去除任何痕迹的油脂或污垢。清除油脂和污垢的痕迹是重要的，因为主要由碳构成的有机分子的存在是危险的：实际上碳可以在热处理期间(如果执行的话)进入材料的基质(一些产生热的机械处理也可以引起包含在存在于正被加工的部件的外表面上的油脂中的碳的迁移)，从而导致对部件的美学损坏(美观破坏，aesthetic damage)及最要的其特性的局部劣化。碳富集可以通过硬化和脆化，甚至降低其耐腐蚀性而负面地影响部件的机械性质。

可以借助有机溶剂通过利用“相似相溶”的化学原理或者以碱性或酸性溶剂在水性碱中进行除油。在第二种情况下，试剂作用在化合物的亲水部分上。

将对先前经受洗涤的至少一个部件的表面的至少一部分进行喷丸的第二步骤延长，以在所述至少一部分中获得具有包含在200MPa和10000MPa之间的值的残余压缩状态：可以获得用于正确执行根据本发明的方法的残余压缩的理想值为大约1100MPa。

喷丸是一种操作，其包括通过球形丸(shot)的剧烈喷射流或通过经由切割线材(称为切线丸)获得的圆柱形丸的表面冷锤击。

执行这种处理的机器(即喷丸机)通过一个或多个快速旋转的叶轮(通常是离心式的)或者通过压缩空气将圆形丸或圆柱形丸朝向待加工的部件推进；在任何情况下，用于磨料(grit)的材料可为铸铁、钢、玻璃和更少见的陶瓷。

此外，喷丸改进已经通过机械处理和/或热处理干扰的表面张力的分布，并且减弱由凹口、螺纹、脱碳等产生的作用力(efforts)的集中。

关于喷丸的执行方式，类似于打磨，而对于其预期意图，它更相似于滚轧，因为它更多地作用于可塑性而非磨蚀。

其实际上使得表面压缩，因为其喷射流引起塑性变形(该塑性变形在所考虑的材料中扩展至几十分之一毫米的深度)并在技术上其用于改进表面张力的分布，增加经处理部件的疲劳强度。

这种效应是由于其在材料的表面中和在下面的层中引起的残余压缩张力，其在部件经受应力时能够减少内部张力。因此，材料对疲劳应力的抵抗力更强。

在处理结束时，由于所产生的微腔体并且微腔体相互有成理(superimposed)，部件还具有作为次要效应的在材料上反射的光量的减少，即，某种缎面光洁度(finish)。

喷丸的效应取决于(如果经喷丸的材料的属性保持恒定)丸的硬度和尺寸、流速、流的冲击速度和冲击角度、部分的离开投射系统的距离、强度和覆盖率。以Almen度为单位测量的喷丸强度通过由硬化并在44÷45HRC下回火的C 70 UNI 7845镇静钢(killedsteel)获得的层压测试件(76×19mm)的两个面中的一个在流的入射方向上经历的曲率来评估，层压测试片的厚度“s”可以呈现与喷丸的弱强度N、中等强度A和高强度C对应的三个不同值。由丸流产生的曲率借助象限比较器测量。

覆盖率通过以下过程确定：通过使经抛光的测试件经受一定时间的对应于相关强度的丸流，并通过以50X放大率测量位于具有常规设定的直径的圆周内的所有撞击区域的面积；覆盖率被定义为撞击区域的总面积和圆的面积之间的比率。

以具有包含在0.01mm和1.5mm之间的直径的S110钢球执行对先前经受洗涤的至少一个部件的表面的至少一部分进行喷丸的第二步骤：优选地，采用具有直径等于约0.3mm的球，该值为已观察到在根据本发明的方法中的处理的最佳结果的值。

应当注意，以具有包含在4Almen度和20Almen度之间的强度的A型(即，由字母A标识的中等强度喷丸)测试件执行对先前经受洗涤的至少一个部件的表面的至少一部分进行喷丸的第二步骤。

在这种情况下，确实合适的是，指出喷丸强度的理想值为约6到8，该理想值以Almen度为单位且指是由字母A标识的喷丸的中等强度。

在任何情况下，喷丸的所述第二步骤通过提供大于60％的覆盖率来执行，尽管最佳结果借助所述至少一部分的100％覆盖率而获得。

根据本发明的方法的第三步骤(其对应于在至少一个部件的至少一部分上施加二硫化钼层)需要提供厚度包含在1μm和50μm之间的层。

在这种情况下，方便的是，也指出在根据本发明的方法的范围内二硫化钼的理想厚度在5μm和15μm之间。

应当注意，将二硫化钼层施加在至少一个部件的至少一部分上的第三步骤提供在所述一部分上喷洒包含重量百分比计大于10％的二硫化钼并包含无机树脂，溶剂和推进剂((置于喷雾器中提供压力的)压缩气体，propellants)的气溶胶。

优选采用其中二硫化钼百分比高于20％的气溶胶，以便在部件的所处理部分上获得更好结果和更有效及稳定的层。

由根据本发明的方法指示和提供的步骤的结合是特别有效的，因为表面清洁限定用于二硫化钼层的粘附的理想条件。

同时，喷丸步骤在部件的外表面上产生多个连续的微凹陷部。

这种表面不规则性有利于二硫化钼的粘附，确保在局部产生更大厚度的沉积，这增加其结构强度。

此外，显而易见的是，对于相同平滑表面，受多个连续凹陷部影响的表面具有更大面积，因此延伸二硫化钼与表面本身之间的接触区域：二硫化钼的粘附的韧性与被涂覆的表面的面积成正比，因此不规则表面生成较高的成层稳定性。

最后，通过喷丸步骤生成的残余张力确保部件的表面的更高刚性。

较少经受变形的部件当然更适合于随后经受刚性材料层的沉积，因为变形可以导致层分离。

因此，步骤的结合需要所指出效果的叠加以及其协同结合，这确保二硫化钼层的强度以及在耐久性和机械性能方面令人吃惊的机械耦接的有效性。

应当注意，根据本发明的方法还提供可选地执行附加辅助步骤，该辅助步骤为去除在两个相互耦接的部件中的另一个部件中的材料，以便增加它们之间的间隙。

在这种情况下，材料的去除发生在另一个部件的至少一个区域处，该区域不面向经受第一步骤至第三步骤的至少一部分也不接近经受第一步骤至第三步骤的至少一部分。

材料的去除使得可以确保在两个(或更多个)部件之间的滑动排他地发生在经受本方法的部分处：其他部分实际上通过相当大间隙分离，这通过在前面引引述的辅助步骤中提供的进一步移除材料而获得。

此外，间隙的增加使得可以在所述间隙内包含更大量的润滑剂(油或油脂)。润滑剂通过传统类型的相应密封元件隔离在于部件之间存在的自由空间(间隙)内，对于这些密封元件，不需要提供任何具体描述(因为它们是已知的)。

根据本发明的方法的具体应用(其使得可以简单且立即地标识其众多优点和相当大的潜力)，第一部件由枢轴2构成，而第二部件由套管3构成。

在用于使用的构造中，枢轴2可旋转地插入在套管3内，并且在至少一部分4处限定其的滑动，所述至少一部分经受第一步骤至第三步骤，在套管3的内表面的相应面积上的滑动。

继而，套管3被加工为去除其内表面的一部分上的材料，以便限定由其形成的具有较大直径的腔体的区域5。

以这种方式，可以标识在枢轴2和套管3的所述区域5之间的间隙6(其也可以具有相当大的尺寸)。

在间隙6内，可以隔离预定量的润滑剂，这有利于枢轴2和套管3的相互旋转。

附图特别提及相互铰接的链的链节的可能的耦接。

具体分析通过示例给出的结构解决方案，在这种情况下链的链节7和8以预定过盈键接在套管3上。

同样地，与套管3成一体的那些相对的两个其他链节9和10也通过采用预定过盈(interference)而键接在枢轴2上。

在实践中，根据先前限定的构造，枢轴2和链节9和10的组件构成第一接头部分，而套管3和链节7和8的零件构成第二接头部分。

这两个接头部分构成机械耦接，如果预期于套管3的内表面上滑动的枢轴2的部分4已经经受根据本发明的方法，则该机械耦接可为特别有效的。

最后，指出为了确保润滑剂在枢轴2和套管3内侧的腔体的具有较大直径的区域之间限定的间隙6中必要的隔离，在枢轴2和套管3之间使用密封元件11和12。

附图中所示类型的链通常用于移土机器和许多其他工业过程中。

根据本发明的方法可以在任何情况下应用于相当多的其他机械耦接件和接头中，它们由于所施加的机械张力和/或相互运动的速度和频率而通常经受磨损。

有利地，本发明解决了上述问题，提出了允许将磨损发生最小化到甚至使其可忽略程度的用于处理材料的抗磨损方法。

该结果通过经由喷丸步骤引起的残余压缩状态和经由二硫化钼层的存在的协同效应来实现。

有用地，根据本发明的抗磨损方法允许最小化预期相对于与其配合的套管3转动的枢轴2的磨损风险，因此在旋转耦接的情况下特别有效。

根据本发明的抗磨损方法有效地确保减少包括经受所述方法的部件的机械耦接件的周期性维护。

实际上，磨损现象的减少发生和更大间隙6(相对于传统类型的耦接件)的存在确保显著减少所要求的维护干预的数量。

根据本发明的抗磨损方法可以有利地以相当低的成本来执行，在实践中提供起来相对简单且在应用中是安全的。

因此，本发明构思的容许很多改型和变型，所有这些改型和变型都在所附权利要求的范围内：所有细节还可以由技术上等同的其他元件替代。

在所示实施例的示例中，关于具体示例给出的各个特性实际上可以与存在于实施例的其他示例中的其他不同特性互换。

在实践中，根据要求和现有技术状态，所使用的材料以及尺寸可为任一种。

在任何权利要求中提到的技术特征后面接着参考符号的情况下，包括这些参考符号仅为了增加权利要求的可理解性，且因而此类参考符号对由此类参考符号举例标识的每个元件的解释没有任何限制。

Claims (10)

1.一种用于处理材料的抗磨损方法，所述方法提供：用于使由金属材料制造的以至少一个自由度相互耦接的至少两个部件中的至少一个部件经受热处理以增加表面硬度的第一初步步骤；以及经受表面研磨的第二初步步骤，所述方法包含：

-执行洗涤先前经受所述初步步骤的所述至少一个部件的表面的至少一部分的第一步骤；

-执行对先前经受洗涤的所述至少一个部件的所述表面的所述至少一部分进行喷丸的第二步骤；

-执行将二硫化钼层施加在先前经受喷丸的所述至少一个部件的所述至少一部分上的第三步骤。

2.根据权利要求1所述的抗磨损方法，其特征在于，洗涤的所述第一步骤还包括对先前经受所述初步步骤的所述至少一个部件的所述表面的所述至少一部分进行表面除油。

3.根据权利要求1所述的抗磨损方法，其特征在于，将对先前经受洗涤的所述至少一个部件的所述表面的所述至少一部分进行喷丸的所述第二步骤延长，直到在所述至少一部分中获得包含在200MPa和10000MPa之间的值的残余压缩状态。

4.根据权利要求1所述的抗磨损方法，其特征在于，以具有包含在0.01mm和1.5mm之间的直径的S110钢球执行对先前经受洗涤的所述至少一个部件的所述表面的所述至少一部分进行喷丸的所述第二步骤。

5.根据权利要求1所述的抗磨损方法，其特征在于，以具有包含在4Almen度和20Almen度之间的值的强度的A型测试件执行对先前经受洗涤的所述至少一个部件的所述表面的所述至少一部分进行喷丸的所述第二步骤。

6.根据权利要求1所述的抗磨损方法，其特征在于，以所述至少一部分的大于60％的覆盖率执行对先前经受洗涤的所述至少一个部件的所述表面的所述至少一部分进行喷丸的所述第二步骤。

7.根据权利要求1所述的抗磨损方法，其特征在于，在所述至少一个部件的所述至少一部分上施加二硫化钼层的所述第三步骤使得形成具有包含在1μm和50μm之间的厚度的层。

8.根据权利要求1所述的抗磨损方法，其特征在于，在所述至少一个部件的所述至少一部分上施加二硫化钼层的所述第三步骤使得在所述至少一部分上喷洒这样的气溶胶，所述气溶胶包含以重量百分比计大于10％的二硫化钼并包含无机树脂、溶剂和推进剂。

9.根据权利要求1所述的抗磨损方法，其特征在于，所述方法包括去除在相互耦接的所述两个部件中的另一个部件中的材料以增加所述两个部件之间的间隙的辅助步骤，所述材料的去除发生在所述另一个部件的至少一个区域中，所述区域不面向经受所述第一步骤到所述第三步骤的所述至少一部分也不位于经受所述第一步骤到所述第三步骤的所述至少一部分附近。

10.根据权利要求1所述的抗磨损方法，其特征在于，第一部件是枢轴(2)，而第二部件是套管(3)，所述枢轴(2)在用于使用的构造中能旋转地插入所述套管(3)中并限定所述枢轴的至少一部分(4)在所述套管(3)的内表面的相应区域上的滑动，所述枢轴的该至少一部分经受所述第一步骤至所述第三步骤。