CN107530778B - 形成轴承部件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种形成部件的方法包括：将部件加热至在500华氏度之上的抛光温度，并且当部件处于抛光温度时抛光部件的表面以使表面致密化。处于经提升的温度的抛光工艺可集成至诸如烧结或热处理工艺的其他工艺中。

Description

形成轴承部件的方法
相关申请
本申请要求享有2015年4月23日提交的美国临时专利申请No. 62/151,705的优先权，该临时申请的全部内容在此通过引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及轴承，并且更具体地涉及用于轴承部件的表面强化技术。
背景技术
金属中的内含物和孔隙对于诸如轴承部件（例如，轴承滚道）的高应力机械部件的性能是有害的。在粉末冶金的情形中，粉末金属（“PM”）部件固有地包括导致强度减小的孔隙，使得它们不适用于各种高应力应用。PM材料的强度随着孔隙的减少而增大。诸如二重挤压、二重烧结、粉末锻造、以及其他的技术已经用于减少孔隙并改进PM部件的强度。另外地，在部件的表面处的以及在部件的表面附近的选择性致密化改进了经压实并经烧结的材料的滚动接触和滑动接触疲劳行为。
使用粉末冶金工艺形成机械部件具有许多优点，诸如能够采用非常少的机械加工操作或不采用机械加工操作来制造具有接近最终净形状（net shape）的具有复杂几何结构的部件。典型的粉末冶金制造工艺通常包括在高压下将所选择的粉末混合物压实成为已知为预制体（pre-form）的形状。随后由已知为烧结的工艺热处理该预制体，这导致粉末颗粒熔合在一起。PM部件的强度与其密度直接地相关。经挤压和经烧结的产品的密度取决于它们被压实所处的压力。因为压实压力受限于压实工具的强度，有时在经烧结部件上执行多次挤压操作（例如二重挤压）以提高其密度。为了实现100％密度，还热锻造经烧结的PM部件。为了执行所有这些操作显著增加了制造的成本，这使得PM在轴承部件的情形中没有吸引力。
如上面简述的，可经由通过施加机械压力的致密化而选择性地强化小于100％的经致密化的部件的表面。这可以通过例如在表面之上滚动硬辊子（hard roller）（即,抛光）和/或局部锤击（即,冷作硬化）来实现。抛光和冷作硬化帮助在循环疲劳条件下延长部件的操作寿命。先前，这些工艺通常仅能够实现对于小于0.5 mm深度的致密化，采用一些工艺能够仅最多对于表面下方1 mm进行致密化。此外，孔隙中的一些在采用典型的抛光和冷作硬化技术的情况下可能并未有效地闭合，这导致在滚动接触疲劳条件下的较低的性能。
发明内容
因此，极为期望一种经改进的方法，所述经改进的方法用于经由到达大于1.0 mm深度的表面致密化来强化PM和非PM轴承部件。本发明提供了该方法。本创造性方法也可以用于期望进行表面致密化的其他非轴承相关的部件。
在一个方面中，本发明提供了一种形成部件的方法，所述方法包括将部件加热至在500华氏度之上的抛光温度，并且当部件处于抛光温度时抛光部件的表面以使表面致密化。
在另一方面中，本发明提供了一种由粉末金属形成轴承部件的方法。所述方法包括：挤压粉末金属，以烧结温度来烧结粉末金属以形成轴承部件，将轴承部件从烧结温度冷却至在900至1300华氏度范围内的抛光温度，以及当轴承部件处于抛光温度时抛光轴承部件的表面以使表面致密化。在一些实施例中，使表面致密化至1至2 mm的深度。在另外的其他方面中，可以随后将轴承部件加热至热处理温度以便对轴承部件进行硬化、对轴承部件进行回火、将轴承部件冷却至室温、以及使用研磨或超精加工操作中的一者来精加工轴承部件。在另外的方面中，还可以包括渗碳。
在另一方面中，本发明提供了一种由粉末金属形成轴承部件的方法。所述方法包括：挤压粉末金属，以烧结温度来烧结粉末金属以形成轴承部件，以及允许轴承部件冷却至在抛光温度之下的温度。所述方法还包括将轴承部件重新加热至在900至1300华氏度范围内的抛光温度，当轴承部件处于抛光温度时抛光轴承部件的表面以使表面致密化。在一些实施例中，将表面致密化至1至2 mm的深度。在另外的其他方面中，所述方法还可以包括：将轴承部件加热至热处理温度以便对轴承部件进行硬化、对轴承部件进行回火，将轴承部件冷却至室温，以及使用研磨或超精加工操作中的一者来精加工轴承部件。在另外的方面中，还可以包括渗碳。
通过考虑详细说明书和附图，本发明的其他方面将会变得明显。
附图说明
图1A是使用依照本发明的方面的方法所形成的圆锥滚子轴承组件的部分剖开透视图。
图1B是使用依照本发明的方面的方法所形成的圆柱滚子轴承组件的部分剖开透视图。
图1C是使用依照本发明的方面的方法所形成的调心滚子轴承组件的部分剖开透视图。
图1D是使用依照本发明的方面的方法所形成的锥形调心滚子轴承组件的部分拆解透视图。
图1E是使用依照本发明的方面的方法所形成的滚珠轴承组件的部分剖开透视图。
图2是示出了经改进的轴承制造工艺的一部分的示意图。
图3是示出了经改进的轴承制造工艺的一部分的示意图。
图4是也示出了经改进的轴承制造工艺的示意图。
图5是也示出了经改进的轴承制造工艺的示意图。
图6是示出了抛光深度的机械部件的截面图。
图7是示出了各种性能测试结果的表格。
图8-16示出了用于图2-5中以图表方式示出的方法中的各种抛光工具。
在详细说明本发明的任何实施例之前，要理解的是，本发明在其应用中不限于以下说明书中阐述的或以下附图中示出的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式来实施或实践。
具体实施方式
图1A示出了典型的轴承组件10，轴承组件10能够被用于在各种轴承应用中支撑轴，使得轴能够被操作成旋转并传输力。轴承组件10包括内座圈环14，外座圈环18，以及定位在内座圈环14和外座圈环18之间的多个滚动元件或滚珠22。多个滚动元件22可以相互间隔开或者由保持器或保持架26来保持在所期望的取向中。在其他实施例中，无需使用保持架以提供满装滚动体轴承（full complement bearing）。尽管图1A的轴承元件10被示出为圆锥滚子轴承，其具有圆锥滚子来作为滚动元件22，要理解的是，也可使用具有各种其他滚动元件（例如，圆柱滚子（图1B），调心滚子（图1C），锥形调心滚子（图1D），滚珠（图1E）等）的不同类型的轴承。
内座圈环14限定了内滚道30并且外座圈环18限定了外滚道32，多个滚动元件22在内滚道、外滚道上滚动。轴承组件10可使用粉末冶金工艺或使用常规轴承制造工艺来形成。滚道30、32随后使用经改进的表面致密化工艺来被致密化，如下面详细所描述的那样，以提供具有更好性能特性的经强化的轴承表面。关于使粉末金属（“PM”）轴承滚道致密化来提供以下描述；然而，要理解的是，也可在诸如齿轮、凸轮、轴、轴衬等的其他机械部件上使用所述经改进的表面致密化工艺。
图2-5示出了用于形成上面所描述的PM轴承10的以及使滚道30、32致密化的工艺。所述工艺开始于选择粉末金属混合物（S1）并且随后在高压下将粉末金属混合物压实成为轴承预制体（S2）。随后以近似1900-2100华氏度的烧结温度来烧结预制体（S3），这导致粉末颗粒熔合在一起以形成粉末金属部件（S4），诸如轴承10的内座圈环14或外座圈环18。随后使得PM部件处于在500华氏度之上的抛光温度（S5）。在一些实施例中，抛光温度在800华氏度之上。在其他实施例中，抛光温度在900-1300华氏度的范围内。
在一个实施例中，通过将部件从烧结温度冷却至抛光温度来在烧结工艺之后立即使得PM轴承部件处于抛光温度。在另一实施例中，允许轴承部件在烧结工艺之后完全冷却。随后使用例如感应加热或炉加热（furnace heating）技术来将部件重新加热至抛光温度。因此，轴承制造者可将未处理的粉末金属部件的制造（S1-S4）外包并且随后在稍后时刻以经提升的温度来执行抛光的经改进的方法（S5-S6），如图3中所示出的那样。在处于经提升的抛光温度时，例如钢的屈服强度大致是处于室温时的0.5至3倍，这使其更容易塑性变形。以大于1300华氏度的温度来抛光仍然已经显示出经改进的致密化，然而，这增大了工艺的复杂性并且增大了在PM轴承部件的孔隙中形成氧化物的风险。
一旦使得轴承部件处于抛光温度，则由待在下面详细描述的抛光工具50来抛光轴承表面（例如，滚道30、32中的一者）（S6）。通过以经提升的抛光温度来抛光，则使轴承10的表面致密化至大于0.5 mm的抛光深度D（图6）。在其他实施例中，抛光深度D大于1 mm、在1至2 mm的范围内、或甚至大于2 mm。
参照图4和图5，在抛光步骤（S6）之后，在并未在抛光步骤之后使PM轴承部件冷却回到室温的情况下，也可使用标准热处理工艺来对该部件进行热处理（S7）。如果PM轴承部件包括碳，则热处理工艺（S7）可包括常规硬化工艺和回火工艺（图4）。如果PM座圈环14、18并未具有足够的碳，热处理工艺（S7）可包括渗碳、硬化和回火（图5）。在热处理之后，可随后将轴承部件冷却并使用例如研磨或超精加工操作来精加工（S8）。类似地，要理解的是，最终的精加工操作（S8）也可由其他合适的机械、电、光/激光辅助、或化学工艺来执行。作为示例，最终的精加工操作可以是由机械滚揉（tumbling）工艺来以化学方法辅助的。如上面所描述的形成并热处理轴承部件的方法可被执行为连续的流线工艺（in-line process），这比分批次式工艺更高效。
参照图7，用于使表面致密化的经改进方法显著地提高了轴承的性能寿命。在若干测试情形中，未采用上面所描述的创造性致密化工艺所制造的标准轴承外圈和已经使用上面所描述的创造性工艺来致密化的PM轴承外圈经受性能测试以确定它们的操作寿命。在测试期间，轴承外圈经受在恒定径向负载下的相等的旋转速度，具有固定的润滑和温度条件。测试显示出根据本发明被致密化的PM轴承外圈在失效之前平均持续了近似5.48亿转。该平均值甚至包括如下的单一测试（single test）情形，其中，轴承外圈在220万转时失效，这可能是在发展阶段（development phase）早期中有缺陷的制造工艺的结果。另外地，使PM轴承外圈中的两个运转至少7.5亿转。对一个外圈的测试在7.56亿转时暂停以便进行金相评估（metallurgical evaluation），而另一个外圈当滚动元件中的一个由于疲劳而失效时运转超过十亿转。注意到，表面经致密化的轴承环并未在该轴承中失效。但另一方面，由非PM材料制成的标准轴承外圈平均在近似1.54亿转时失效。从这些结果，清楚的是，PM轴承外圈以显著的余量（即，近似高于3.5倍）胜过标准情形的渗碳外圈。另外，所发现的是，PM外圈的动态承载能力至少等同于标准情形的渗碳外圈的动态承载能力。这些强有力的结果对于知晓使用已知的冷抛光技术（即，以室温执行抛光技术）将不会实现此类结果的本发明人而言当然是意想不到的。通过使用在本文中所描述的方法，粉末金属现在可被高效地使用以形成强度更高、持续性更长、且更可靠的轴承部件，在所述方法中，以经提升的抛光温度来实施抛光。
进一步地，该结果看上去指示出，在非PM轴承部件上执行类似的致密化工艺也将会显著提高其性能。例如，由低等级钢制成的轴承部件可使用上面所描述的创造性工艺来被致密化以实现先前仅采用高等级轴承钢才见到的结果。另外地，高等级轴承钢可以被致密化以实现比先前不采用创造性致密化工艺所见到的甚至更好的结果。
另外地，未受致密化影响的PM轴承部件的核心区段是相对多孔的，具有完全致密锻造材料（wrought material）的大致60％至85％的弹性模量。因此，滚道30、32被预期为在应用负载下偏转更多。这导致沿着滚道轮廓的两个边缘的应力增大。为了补偿该较低的模量，可以通过如下方式来修改滚道轮廓：当与采用完全致密锻造材料的情况下所使用的典型的滚道冠高度相比时使冠高度增大50％-100％。
当以经提升的抛光温度来执行机械抛光操作时，大量热量从温暖的PM轴承部件传导至抛光工具50上，并且尤其是传导至任何抛光辊子54上（图8）。因此，抛光工具50可包括冷却机构和/或绝缘件以便使至抛光工具50的热量传导最小化。例如，如图8中所示，冷却管道或淬火转轴58可以能够被容纳在抛光工具50的空腔62内以便在工具50上喷洒冷却物质（例如，水等）以实现冷却目的。另外地，高温、高强度钢（例如，H13、M50）或陶瓷（例如，氮化硅）可以用于形成抛光辊子54。这也帮助改进各种冷却部件的寿命。
在抛光工具50的操作中，使得抛光辊子54与对应的轴承部件（图9-16中标示为110）接触。辊子54绕辊子轴线114旋转，而轴承部件110被固定亦或是沿与工具50相反的方向绕轴承部件轴线118来旋转。工具50、辊子54、与轴承部件110之间的旋转速度被设定为速度S，而当轴承表面处于抛光温度T时通过相对于轴承表面将工具50移动至位置P来施加力F。控制和/或监控参数（即，速度S、力F、位置P、以及抛光温度T）以提供所期望的表面致密化D。完整的抛光周期可以具有三个实施例，周期1包括工具50和辊子54在步骤1中以顺时针旋转的方式来操作，接下来是步骤2以逆时针旋转的方式来操作。周期2仅包括顺时针旋转。周期3仅包括逆时针旋转。取决于对于给定应用所期望的材料性质来选择完整的抛光周期。
在抛光工具50的各个实施例中（图9-16），工具50和/或辊子54的构造被改变成使得工具50可用于致密化其他类型的轴承的滚道，诸如圆锥滚子轴承（图9和图10）、圆柱滚子轴承（图11和图12）、滚珠轴承（图13-14）、推力调心滚子轴承（图15），推力圆锥滚子轴承（图16）等。
在所附权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (18)

1.一种由粉末金属形成轴承部件的方法，所述方法包括：
挤压所述粉末金属；
烧结所述粉末金属以形成所述部件；
将所述部件加热至在900至1300华氏度的范围内的抛光温度；
当所述部件处于所述抛光温度时抛光所述部件的表面，以通过减少所烧结的粉末金属中固有地包含的孔隙来使所述表面致密化，并且防止在所述孔隙中形成氧化物；以及
在所述轴承部件上形成滚道，所述滚道的滚道轮廓具有的冠高度与采用完全致密锻造材料的情况下所使用的冠高度相比增大了50％-100％。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述部件加热包括以在所述抛光温度之上的烧结温度来烧结所述部件，并且在烧结所述部件之后将所述部件冷却至所述抛光温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，烧结所述部件包括将所述部件冷却至在所述抛光温度之下的温度，并且其中，在所述烧结工艺之后，在所述部件已经被冷却之后执行将所述部件加热。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，抛光包括使用具有冷却机构或绝缘件或者两者的抛光工具。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，抛光包括使用抛光工具，并且还包括沿第一方向以及与所述第一方向相反的第二方向来操作所述抛光工具，并且还包括沿每个方向控制速度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，抛光包括使用抛光工具，并且还包括控制由所述抛光工具施加至所述部件的力。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，抛光包括使用抛光工具，并且还包括控制所述抛光工具相对于所述部件的最终位置。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述轴承部件包括滚珠轴承滚道、圆锥滚子轴承滚道、调心滚子轴承滚道、锥形调心滚子轴承滚道、或者圆柱滚子轴承滚道中的一者。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
热处理所述部件；以及
精加工所述部件。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，热处理所述部件还包括在抛光所述部件的表面之后将所述部件继续加热至大于所述抛光温度的热处理温度。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，精加工所述部件包括使用研磨或超精加工操作或者使用两者。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述表面致密化至大于或等于1 mm的深度。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述表面致密化至大于1 mm且多达2 mm的深度。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述表面致密化至在0.5 mm至2 mm范围内的深度。
15.一种由粉末金属形成轴承部件的方法，所述方法包括：
挤压所述粉末金属；
以烧结温度来烧结所述粉末金属以形成所述轴承部件；
将所述轴承部件从所述烧结温度冷却至在900至1300华氏度范围内的抛光温度；
当所述轴承部件处于所述抛光温度时抛光所述轴承部件的表面，以通过减少所烧结的粉末金属中固有地包含的孔隙来使所述表面致密化至1至2 mm的深度，并且防止在所述孔隙中形成氧化物；以及
在所述轴承部件上形成滚道，所述滚道的滚道轮廓具有的冠高度与采用完全致密锻造材料的情况下所使用的冠高度相比增大了50％-100％。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
在抛光之后将所述轴承部件加热至热处理温度；
对所述轴承部件进行硬化；
对所述轴承部件进行回火；
将所述轴承部件冷却至室温；以及
使用研磨或超精加工操作中的一者来精加工所述轴承部件。
17.一种由粉末金属形成轴承部件的方法，所述方法包括：
挤压所述粉末金属；
以烧结温度来烧结所述粉末金属以形成所述轴承部件；
允许所述轴承部件冷却至在抛光温度之下的温度；
将所述轴承部件重新加热至所述抛光温度，所述抛光温度在900至1300华氏度的范围内；
当所述轴承部件处于所述抛光温度时抛光所述轴承部件的表面，以通过减少所烧结的粉末金属中固有地包含的孔隙来使所述表面致密化至1至2 mm的深度，并且防止在所述孔隙中形成氧化物；以及
在所述轴承部件上形成滚道，所述滚道的滚道轮廓具有的冠高度与采用完全致密锻造材料的情况下所使用的冠高度相比增大了50％-100％。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
在抛光之后将所述轴承部件加热至热处理温度；
对所述轴承部件进行硬化；
对所述轴承部件进行回火；
将所述轴承部件冷却至室温；以及
使用研磨或超精加工操作中的一者来精加工所述轴承部件。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5752351B2 (ja) * 2009-12-02 2015-07-22 Ntn株式会社 加工方法および軸受
DE102015201171A1 (de) * 2015-01-23 2016-07-28 Aktiebolaget Skf Antriebsstrang zwischen einem Rotor und einem Generator einer Windkraftanlage
US20180043434A1 (en) * 2015-04-23 2018-02-15 The Timken Company Method of forming a component
WO2019193772A1 (ja) * 2018-04-02 2019-10-10 日本精工株式会社 転がり軸受の軌道輪中間部材、軌道輪、転がり軸受及びそれらの製造方法
CN114888678B (zh) * 2022-06-08 2024-01-12 宁波新大地轴承有限公司 一种轴承及该轴承制造加工设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5826453A (en) * 1996-12-05 1998-10-27 Lambda Research, Inc. Burnishing method and apparatus for providing a layer of compressive residual stress in the surface of a workpiece
CN100444993C (zh) * 2001-08-31 2008-12-24 Gkn金属烧结有限公司 由烧结金属构成的整体式活节体及其制造方法和装置
CN101801567A (zh) * 2007-07-31 2010-08-11 费德罗-莫格尔公司 耐磨无铅合金轴衬及其制造方法
CN102458723A (zh) * 2009-06-17 2012-05-16 盖茨公司 制造粉末金属板的方法
WO2014053761A1 (fr) * 2012-10-05 2014-04-10 Snecma Procede de fabrication d'une piece couverte d'un revetement abradable

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS503749B1 (zh) * 1970-12-07 1975-02-08
US3782794A (en) 1972-12-08 1974-01-01 Textron Inc Antifriction bearing
US3874049A (en) 1973-04-13 1975-04-01 Burdsall & Ward Co Method of making a powdered metal part having a bearing surface
JPS5418897B2 (zh) * 1973-05-16 1979-07-11
JPS5641303A (en) * 1979-09-14 1981-04-18 Tsubakimoto Chain Co Manufacture of sintered oil containing bearing and chain using the said bearing
US4393563A (en) 1981-05-26 1983-07-19 Smith David T Cold forced sintered powder metal annular bearing ring blanks
US4627958A (en) 1983-12-27 1986-12-09 Gray Tool Company Densification of metal powder to produce cladding of valve interiors by isodynamic compression
US5174143A (en) 1991-11-05 1992-12-29 Mcdonnell Douglas Corporation Surface densification of porous materials
ES2149195T3 (es) 1992-12-21 2000-11-01 Stackpole Ltd Metodo y tratamiento para producir articulos sinterizados y productos de los mismos.
JPH08143910A (ja) * 1994-11-18 1996-06-04 Mitsubishi Materials Corp 焼結鍛造品の製造方法
JP3298765B2 (ja) 1995-09-06 2002-07-08 トヨタ自動車株式会社 高精度歯車転造方法
SE9602376D0 (sv) 1996-06-14 1996-06-14 Hoeganaes Ab Compact body
US6013225A (en) 1996-10-15 2000-01-11 Zenith Sintered Products, Inc. Surface densification of machine components made by powder metallurgy
US6044555A (en) 1998-05-04 2000-04-04 Keystone Powered Metal Company Method for producing fully dense powdered metal helical gear
JP2002526271A (ja) * 1998-10-08 2002-08-20 ランブダ リサーチ、インコーポレイテッド 加工材の表面に圧縮残留応力層を設けるバニシ加工法及び装置
US6264768B1 (en) 1999-04-23 2001-07-24 The Penn State Research Foundation Method for strengthening of rolling element bearings by thermal-mechanical net shape finish forming technique
SE0002448D0 (sv) 2000-06-28 2000-06-28 Hoeganaes Ab method of producig powder metal components
US6592809B1 (en) 2000-10-03 2003-07-15 Keystone Investment Corporation Method for forming powder metal gears
DE60213225T2 (de) 2001-05-01 2007-06-21 Gkn Sinter Metals Inc., Germantown Oberflächenverdichtung von lagerdeckeln aus metallpulver
KR20050004843A (ko) 2002-05-14 2005-01-12 고요 세이코 가부시키가이샤 베어링 궤도 부재의 제조 방법
JP2004108407A (ja) * 2002-09-13 2004-04-08 Koyo Seiko Co Ltd 十字軸継手
US7160351B2 (en) 2002-10-01 2007-01-09 Pmg Ohio Corp. Powder metal clutch races for one-way clutches and method of manufacture
CN1791687A (zh) 2003-03-18 2006-06-21 宾夕法尼亚州研究基金会 通过奥氏体形变进行粉末金属齿轮强化的方法和设备
US7188398B2 (en) * 2004-01-17 2007-03-13 Surface Technology Holdings, Ltd. Method for improving the magnitude of compressive stress developed in the surface of a part
US20060126959A1 (en) * 2004-12-13 2006-06-15 Digitalglobe, Inc. Method and apparatus for enhancing a digital image
CA2594364A1 (en) * 2005-01-05 2006-07-13 Stackpole Limited Method of forming powder metal components having surface densification
US20070048169A1 (en) 2005-08-25 2007-03-01 Borgwarner Inc. Method of making powder metal parts by surface densification
US20060182648A1 (en) 2006-05-09 2006-08-17 Borgwarner Inc. Austempering/marquenching powder metal parts
WO2010041636A1 (ja) * 2008-10-06 2010-04-15 株式会社スリー・ディー・マトリックス 組織閉塞剤
WO2014019670A1 (en) 2012-07-30 2014-02-06 Aktiebolaget Skf Low temperature heat treatment for steel alloy

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5826453A (en) * 1996-12-05 1998-10-27 Lambda Research, Inc. Burnishing method and apparatus for providing a layer of compressive residual stress in the surface of a workpiece
CN100444993C (zh) * 2001-08-31 2008-12-24 Gkn金属烧结有限公司 由烧结金属构成的整体式活节体及其制造方法和装置
CN101801567A (zh) * 2007-07-31 2010-08-11 费德罗-莫格尔公司 耐磨无铅合金轴衬及其制造方法
CN102458723A (zh) * 2009-06-17 2012-05-16 盖茨公司 制造粉末金属板的方法
WO2014053761A1 (fr) * 2012-10-05 2014-04-10 Snecma Procede de fabrication d'une piece couverte d'un revetement abradable

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Publication number Publication date
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