CN109790591A - 一种用于机器履带链组件的氮化履带销 - Google Patents

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Abstract

一种用于履带链组件(16)的履带销(80、180)包括由钢合金制成的主体(120、220)。钢合金的成分包括铁、氮化物形成元素和硅。钢合金的成分包括至少0.5wt％的硅。主体(120、220)包括外部氮化表面(125、225)。

Description

一种用于机器履带链组件的氮化履带销
技术领域
本专利公开大体涉及一种用于履带式机器的履带链组件，更具体地，涉及一种用于该机器的履带链组件的履带销。
背景技术
履带式机械广泛应用于建筑、采矿、林业和其他类似行业。这种履带式机器的底架利用履带组件而非轮子来提供地面接合推进力。这种履带组件在不能产生足够牵引力的环境中可能是优选的，例如经常在上述行业中发现的那些环境。具体地，履带型机器不是在车轮上的工作表面上滚动，而是利用一个或多个履带组件，该履带组件包括限定外表面和内表面的联接履带链节的环形圈，该外表面支撑地面接合履带板，该内表面围绕一个或多个可旋转的履带接合元件行进，例如驱动链轮、惰轮、张紧器和滚轮。
典型的履带链组件设计包括固定地或可旋转地连接到一对链节的履带销和可旋转地定位在链节之间并围绕履带销的衬套。这种履带链组件可以在极其恶劣的环境中工作，在这种环境中，履带接头可能暴露于水、灰尘、沙子、岩石或其他矿物或化学元素的各种研磨混合物中。履带销和衬套之间的轴承界面可能会遇到导致磨损失效的高接触应力。磨损是履带链组件的主要失效模式，在许多应用中会限制履带链组件的寿命。
履带衬套通常由直接硬化或渗碳硬化的碳钢或低合金钢制成。当与这种类型的履带衬套结合使用时，任何裸钢或渗碳销的硬度都受到钢中碳的硬化能力的限制。直接硬化或渗碳履带销的表面微观结构可以类似于钢衬套；人们认为这种相似性限制了性能。
为了解决磨损故障，已知例如通过物理气相沉积或化学气相沉积，利用几种类型的硬涂层中的一种来涂覆销。这些涂层沉积在基底材料的表面上，它们可以产生一种与衬套完全不同的新结构。这些涂层可以提高抗磨损性。遗憾的是，这些涂层的沉积费用高，而且粘附可能是一个问题。
解决磨损故障的另一种方法是增加接触部件之间的表面接触面积，从而降低接触应力和磨损倾向性。但这种选择是不可取的，因为增加了履带销尺寸，所有其他相关部件也必须遵循比例并且相应地增加尺寸，所以会导致系统成本不成比例地增加。
氮化是一种现有的热处理方法，可以在氮化合金表面产生非常坚硬的薄壳。然而，氮化需要高加工温度(超过500℃)，这致使大多数钢失去其强度。这导致在柔软得多的基底上有硬外壳，该硬外壳的强度可能不能支撑履带链组件的预期工作负载，包括大型履带型机器，特别是大型履带式拖拉机中的剪切负载和疲劳负载。
美国专利第7,604,304号公开了“履带、履带销、履带衬套和履带制造方法”，并涉及一种履带，其具有履带销和履带衬套，履带销和履带衬套之间具有润滑作用，而不会降低履带在运行时的强度，从而防止在运行时可能导致的咯吱声或卡住。在履带衬套和履带销之间的间隙中可以设置具有优异耐磨性的金属滑动构件。金属滑动构件能够保持润滑油和/或润滑剂。此外，芯衬套和履带销之间的间隙可以变窄，使得所得结构保持履带衬套和履带销上的不平衡负载。
本领域一直需要为履带链组件提供额外的解决方案。例如，一直需要一种履带链组件的履带销，该履带销不仅足够坚固以支撑其预期的使用载荷，而且非常耐用，从而延长履带链组件的使用寿命。
应当理解，本背景技术是发明人为了帮助读者而创建的，不应该被认为是任何所指出的问题本身在本领域中被理解的指示。虽然在一些方面和实施例中，所描述的原理可以减轻其他系统中固有的问题，但是应当理解，受保护的创新的范围由所附权利要求来限定，而不是由任何公开的特征解决本文中提到的任何特定问题的能力来限定。
发明内容
在一个实施例中，本发明描述了一种用于履带链组件的履带销。履带销包括由钢合金制成的主体。钢合金的成分包括铁、氮化物形成元素和硅。钢合金的成分包括至少0.5wt.％的硅。主体包括外部氮化表面。
在另一实施例中，用于履带链组件的履带销包括由钢合金制成的主体。钢合金的成分包括铁和氮化物形成元素。主体是圆柱形的，具有实心内部，并包括外部氮化表面。
在又一实施例中，描述了一种履带链组件，其包括履带销和衬套。履带销限定了纵向轴线。履带销包括具有外部氮化表面的主体。主体由钢合金制成。钢合金的成分包括铁和氮化物形成元素。
衬套包括限定圆柱形孔的内表面。衬套围绕履带销同轴定位，使得履带销延伸穿过衬套的圆柱形孔。衬套可相对于履带销绕纵向轴线旋转。衬套的内表面由衬套材料制成。衬套材料不同于制造履带销主体的钢合金。
从下面的详细描述和附图中，将理解所公开的原理的进一步的和替代的方面和特征。应当理解，本文所公开的与履带销和履带链组件相关的原理能够在其他不同的实施例中实施，并且能够在各个方面进行修改。因此，应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都仅仅是示例性和解释性的，并不限制所附权利要求的范围。
附图说明
图1是履带式机器的一个实施例的示意性侧正视图，该履带式机器包括根据本发明的原理构造的底架。
图2是根据本发明的原理构造的履带链组件的一个实施例的一部分的局部透视图。
图3是图2的履带链组件的履带销接头组件的一个实施例的截面透视图。
图4是根据本发明的原理构造的销盒组件的一个实施例的纵向剖视图。
应当理解，附图不一定按比例绘制，并且所公开的实施例有时以图解和局部视图的形式示出。在某些情况下，可能已经省略了对于理解本发明来说并非必要或致使其他细节难以察觉的细节。当然，应该理解，本发明不限于本文所示的特定实施例。
具体实施方式
本发明提供了一种用于履带式机器履带链组件的履带销。履带式机器的例子包括用于建筑、采矿、林业和其他类似行业的机器。在一些实施例中，机器可以是推土机、装载机、挖掘机或具有履带式底架的任何其他公路或非公路用车。底架可以包括履带链组件，该履带链组件适于接合地面或其他表面以推进履带式机器。
根据本发明的原理构造的履带销的实施例可以包括由钢合金制成的主体，该主体包括耐回火氮化合金，即使在高温回火之后，该合金也可以保持足够的芯部强度用于其预期应用。合适的合金的例子包括美国专利第5,131,965号号和美国专利申请第14/933,467号中描述的那些，这两个专利申请的全部内容以引用方式并入本文中。通过对履带销的主体进行氮化，主体的外表面变成非常硬的氮化外壳，并且主体的芯部充分保持其强度。氮化过程产生了一个带有陶瓷“白色层”的硬化金属基体外壳。该“白色层”的结构与氮化履带销与之配对的履带衬套的表面微结构可能有明显不同。在实施例中，氮化履带销的芯强度、表面硬度和不同微观结构(相对于与之配对的衬套)的组合可以有助于使坚固的履带链组件具有优异的抗磨损性和足够的强度，从而相对于未氮化的相同的履带销延长了使用寿命。
现在参考附图，在图1中示出了具有履带式底架12的机器10的示例性实施例。机器10在此也可以被称为履带式机器。在其他实施例中，机器10可以是具有履带式底架的任何合适的机器，例如推土机、装载机、挖掘机或任何其他公路或非公路用车。
机器10包括框架14，其具有设置在其第一侧18上的第一履带链组件16和设置在其第二侧19上的第二履带链组件(未示出)。第二侧19与第一侧18成对置关系。履带组件一起适于接合地面或其他表面以推进机器10。
应当理解，机器10的履带组件可以类似，并且还可以代表彼此的镜像。因此，这里仅描述第一履带链组件16。应当理解，第一履带链组件16的描述也适用于第二履带链组件。
第一履带链组件16围绕多个滚动元件延伸，例如驱动链轮20、前惰轮22、后惰轮24和多个履带滚轮26。履带链组件16包括用于接合地面或其他表面并推进机器10的多个地面接合履带板28。
在底架12的典型操作期间，驱动链轮20在向前旋转方向FR上被驱动以驱动履带链组件16，从而驱动机器10沿向前方向F，驱动链轮20在反向旋转方向RR上被驱动以驱动履带链组件16，从而驱动机器10沿反向方向R。底架12的驱动链轮20可以独立操作以转动机器10。
虽然机器10是在履带式机器的背景下示出的，但是应当理解，本发明并不因此受到限制，并且在本背景下也可以设想具有履带的各种其他机器。例如，在其他实施例中，履带链组件16可以被包括在传送系统中，作为用于在旋转元件之间传递扭矩的履带，或者被包括在本领域技术人员已知的任何其他应用中。
现在参见图2，第一履带链组件16(仅示出了其一部分)包括多个履带销接头组件42。每个履带销接头组件42包括销组件44、内侧链节46、外侧链节48和履带板28(见图3)，履带板28通过本领域技术人员已知的任何合适的技术连接到内侧链节46和外侧链节48，例如通过如图3所示的多个紧固件49。
参见图2，多个履带销接头组件42机械连接到相邻的履带销接头组件42，使得当适当数量的这些履带销接头组件42连接在一起时，形成履带链组件16。对于给定的应用，第一履带链组件16具有预定长度，其相对端能够连接在一起以形成闭环。闭环通过将相对端机械连接在一起以分别提供一系列内侧链节46的内侧链56和一系列外侧链节48的外侧链58来形成，所述内侧链56和外侧链58通过多个销组件44连接在一起。在各实施例中，如本领域技术人员已知的，合适的主链节组件可用于促进连接履带销接头组件42以形成闭环。内侧链节46和外侧链节48可以由任何合适的材料制成，例如金属。
应该认识到，在该示例中，关于每个履带销接头组件42的链节46、链节48的术语“内”和“外”仅用作图中所示方位的描述符。其他术语，如“左”和“右”或“第一”和“第二”，也可以互换使用。应该理解，这些术语仅仅是应用于不同视图的方便标签，并不意味着以任何方式进行限制。
内侧链节46和外侧链节48是彼此的镜像。因此，应该理解，对一个链节46的描述通常也适用于另一个链节。内侧链节46和外侧链节48各自包括具有第一端62、第二端64、外侧壁66和内侧壁68的主体60。外侧壁66和内侧壁68沿着主体轴线BA在第一端62和第二端64之间延伸。第一端62和第二端64分别限定第一销通道70和第二销通道72。第一销通道70和第二销通道72中的每一个在外侧壁66和内侧壁68之间横向延伸。
所示的内侧链节46和外侧链节48包括偏移链节。内侧链节46和外侧链节48的第一端62包括向内偏移端，内侧链节46和外侧链节48的第二端64包括向外偏移端。在所示实施例中，主体60的外侧壁66在主体60的第一端62处限定第一偏移凹槽74，并且主体60的内侧壁68在主体60的第二端64处限定第二偏移凹槽76。每个履带销接头组件42的内侧链节46和外侧链节48的向内偏移端62可以相对于其销组件44的履带销80可旋转地安装。每个履带销接头组件42’的内侧链节46’和外侧链节48’的向外偏移端64可以与相邻履带销接头组件42的销组件44的履带销80固定连接。在其他实施例中，如本领域技术人员将认识到的，履带链组件16的链节46、链节48可具有不同的构造。
参见图3，示出了根据本发明的几个可能实施例之一的销组件44。所示的销组件44包括履带销80、衬套82、一对止推环86、87和一对密封组件89、90。
履带销80限定了纵向轴线LA。履带销80延伸穿过履带销接头组件42的内侧链节46和外侧链节48的第一销通道70，并且至少部分地位于相邻履带销接头组件42’的内侧链节46’和外侧链节48’的第二销通道72中。衬套82围绕履带销80同轴定位，并可相对于履带销80绕纵向轴线LA旋转。如图所示，内侧链节46和外侧链节48的向内偏移端62固定地连接到衬套82，衬套82可以至少部分地定位在内侧链节46和外侧链节48的向内偏移端62的第一销通道70内。同样地，相邻履带销接头组件42’的内侧链节46’和外侧链节48’的向外偏移端64固定到履带销80，履带销80可以至少部分地位于相邻履带销接头组件42’的内侧链节46’和外侧链节48’的第二销通道72内。
例如，衬套82和履带销80可以固定到相应的内侧链节46和外侧链节48；衬套82和履带销80可以通过压装的方式固定到相应的内侧链节46’和外侧链节48’。具体地，衬套82可以压装到内侧链节46和外侧链节48的向内偏移端62的第一销通道70中，并且履带销80可以压装到相邻履带销接头组件42’的内侧链节46’和外侧链节48’的向外偏移端64的第二销通道72中。在其他实施例中，可以使用用于将部件固定在一起的任何合适的技术，例如通过使用焊接、卡环或本领域已知的其他机构。
因此，当履带销接头组件42旋转时，安装到衬套82上的向内偏移端62可以相对于安装到履带销80上的向外偏移端64枢转。为了有利于这种旋转，在实施例中，可以在衬套82和履带销80之间沉积润滑剂。
在图示的实施例中，履带销80包括外表面101和内表面102，该内表面102限定了沿着纵向轴线LA延伸穿过其中并围绕纵向轴线LA同心设置的圆柱形孔104。履带销80限定了横向孔106，该横向孔106在垂直于中心纵向轴线LA的方向上从其外表面101向内延伸到孔104，用于分配储存在销的中心孔中的润滑剂。
一个或多个塞子(未示出)可以位于履带销90的孔104中，以在其孔104中形成流体储存器110。在使用时，设置在流体储存器110内的流体与横向孔106流体连通，并通过横向孔106前进到履带销90的外表面101。设置在外表面101上后，流体就有利于衬套82相对于履带销80绕纵向轴线LA旋转。密封组件89和密封组件90帮助流体保留在流体储存器110，密封组件89与内侧链节46’和衬套82密封接合，密封组件90与外侧链节48’和衬套82密封接合，同时还有助于防止碎屑(例如沙子、灰尘等)进入衬套82和履带销80之间。
在根据本发明的原理构造的履带销的实施例中，履带销80包括由钢合金制成的主体120，该钢合金的成分包括铁和氮化物形成元素。主体120包括外部氮化表面125。在实施例中，履带销80的主体120由钢合金制成，该钢合金包括耐回火氮化合金，即使在高温回火之后，该合金也可以保持足够的芯部强度用于其预期应用。在实施例中，履带销80的主体120可以由钢合金制成，如美国专利第5,131,965号或美国专利申第请14/933,467号中所述，这两个专利的全部内容以引用方式并入本文中。
在实施例中，履带销80的主体120可以由任何合适的钢合金制成，该钢合金能够在经受氮化处理之后产生外部氮化表面125。例如，在实施例中，钢合金的成分包括铁、氮化物形成元素和硅。在实施例中，钢合金的成分包括至少0.5wt.％的硅。在实施例中，钢合金的成分包括介于0.5wt.％和4wt.％之间的硅，在其他实施例中包括介于0.5wt.％和2wt.％之间的硅，在其他实施例中包括介于1wt.％和3wt.％之间的硅。在实施例中，钢合金的成分包括至少一种氮化物形成元素和硅的组合，该组合足以为履带销80的主体120提供所需的芯部硬度，而不添加大量其他昂贵的合金元素，例如Ni、Mo和Ti。在实施例中，钢合金的成分包括铁、碳、氮化物形成元素和至少0.5wt.％硅。在实施例中，钢合金的成分包括介于0.2wt.％和0.4wt.％之间的碳。在实施例中，钢合金的成分包括介于0.5wt.％和1.6wt.％之间的锰。在实施例中，钢合金的成分包括高达2.5wt.％的铬、高达0.3wt.％的钒和高达0.3wt.％的铝。
在实施例中，制造主体120的钢合金可以具有表I中列出的范围内的化学成分：
制造履带销80的主体120的钢合金的成分中存在碳，可以有助于获得钢的硬度水平和硬化深度，并且可以有助于给氮化提供足够的响应。在实施例中，制造履带销80的主体120的钢合金的成分包括至少0.20wt.％或以上的碳。在实施例中，碳的量可以介于0.24wt.％和0.34wt.％之间。
制造履带销80的主体120的钢合金成分中存在锰，可以有助于提高深度淬透性，并且可以有助于提供足以用于履带销80的预期应用的芯部硬度。在实施例中，制造履带销80的主体120的钢合金的成分包括至少0.5wt.％或以上的锰。为了保持对热处理反应的均匀性，可以使用介于0.5wt.％和1.5wt.％之间的较低量的锰，并且在其他实施例中，锰的含量介于1.0wt.％和1.3wt.％之间。
制造履带销80的主体120的钢合金的成分中存在铬，可以有助于主体120的淬透性和氮化物的形成，从而增强氮化物响应。在实施例中，用于制造履带销80的主体120的钢合金的成分包括至少0.4wt.％或更高量的铬。在实施例中，可以使用从0.9wt.％到1.2wt.％的较窄范围的铬。
制造履带销80的主体120的钢合金的成分中存在铝，可以有助于淬透性和氮化物的形成。在实施例中，用于制造履带销80的主体120的钢合金的成分包括至少0.07wt.％或更高量的铝。为了有助于避免层脆性，制造履带销80的主体120的钢合金的成分在一些实施例中包括介于0.07wt.％和1.0wt.％之间的铝，在另一些实施例中包括介于0.07wt.％和0.3wt.％之间的铝。
在实施例中，用于制造履带销80的主体120的钢合金的成分包括至少0.03wt.％或更高量的钒，以帮助增强外壳和芯部硬度。为了降低成本，用于制造履带销80的主体120的钢合金的成分在一些实施例中包括介于0.03wt.％和0.3wt.％之间的钒，在另外一些实施例中包括介于0.05wt.％和0.1wt.％之间的钒，在还一些实施例中包括介于0.1wt.％和0.2wt.％之间的钒。因此，在实施例中，制造主体120的钢合金可以具有以下范围内的化学成分：介于0.2wt.％和0.4wt.％之间的碳、介于0.5wt.％和1.6wt.％之间的锰、介于0.5wt.％和2.0wt.％之间的硅、介于0.4wt.％和1.5wt.％之间的铬、介于0.03wt.％和0.3wt.％之间的钒、介于0.07wt.％和0.3wt.％之间的铝以及余量的铁。
在实施例中，用于制造履带销80的主体120的钢合金的成分包括镍和钼，镍和钼各自的量为1.0wt.％或更少。可以添加足以提高钢合金的韧性和/或淬透性的量的镍和/或钼，作为履带销80的尺寸和几何形状的函数。在实施例中，用于制造履带销80的主体120的钢合金的成分包括镍和钼，镍和钼的组合量为1.0wt.％或更少。为了进一步降低成本，用于制造履带销80的主体120的钢合金的成分包括镍和钼，在一些实施例中，镍和钼各自的量为0.1wt.％或更少，在另一些实施例中，镍和钼各自的量为0.01wt.％或更少。在实施例中，制造履带销80的主体120的钢合金的成分除了微量杂质之外基本上不含镍和钼。
在实施例中，用于制造履带销80的主体120的钢合金的成分包括钛和铌，钛和铌各自的量足以帮助减少热加工期间的晶粒粗化。当添加钼和/或钒时，钛和铌与钢中的氮和碳形成碳氮化物，并且钛和铌在提高芯部硬度和表面硬度方面也是有效的。在实施例中，制造履带销80的主体120的钢合金的成分包括0.05wt.％的钛，在其他实施例中包括0.01wt.％或更少的钛，在另一些实施例中包括0.01wt.％或更少的钛和铌的组合量。
在实施例中，用于制造履带销80的主体120的钢合金的成分包括0.03wt.％或更少的磷，磷可以作为杂质存在于钢中。为了有助于避免降低韧性或耐腐蚀性，在另外一些实施例中，制造履带销80的主体120的钢合金的成分包括0.01wt.％或更少的磷。
在实施例中，制造履带销80的主体120的钢合金的成分包括余量的铁。应该理解，铁的“余量”的铁可以包括残余量的元素，例如杂质，可以存在商业认可的允许量内的少量的杂质。
在其他实施例中，制造履带销80的主体120的钢合金可以具有表II中列出的范围内的化学成分：
在一些这样的实施例中，制造履带销80的主体120的钢合金的组成包括：介于0.26wt.％和0.37wt.％之间的碳、介于0.5wt.％和1.0wt.％之间的锰、介于1.0wt.％和3.0wt.％之间的硅、介于1.5wt.％和2.5wt.％之间的铬、介于0.3wt.％和1.0wt.％之间的钼，介于0.05wt.％和0.2wt.％之间的钒、介于0.03wt.％和0.1wt.％之间的钛、介于0.01wt.％和0.03wt.％之间的铝、小于0.025wt.％的磷、小于0.025wt.％的硫、介于0.005wt.％和0.013wt.％之间的氮和余量的铁。
在实施例中，履带销80可以使用任何合适的技术制造，例如通过锻造或轧制形成所需的形状。所形成的履带销可以通过加热至约870℃(1600℉)的温度保持约1小时而硬化，然后在水中或油中淬火，以完成铁素体和珠光体微观组织向马氏体的转变。在回火以沉淀和聚集碳化物颗粒并由此提供提高的韧性之后，所形成的履带销可以被机加工(例如，提供圆柱形孔104和横向孔106)到期望的最终尺寸，然后被氮化。氮化是热化学过程，通过该过程，履带销80的外表面101的表面富含氮以形成合金氮化物并形成氮化物层130。在实施例中，履带销80可以在履带销80的制造过程中经受任何合适的氮化技术。
通过对履带销80的主体120进行氮化，履带销80的外表面101变成主体的外部氮化表面125，使得主体120具有非常硬的氮化外壳，并且主体的芯部充分保持其强度。氮化工艺产生氮化物层130形式的硬化金属基体外壳，通常称为陶瓷“白色层”。氮化物层130的结构可以与履带销80的主体120的核芯135的表面微结构显著不同(并且也不同于与氮化履带销80配对的衬套82的材料结构)。氮化物层130的硬度和不同的微结构可以提高抗磨损性。在实施例中，氮化物层130或白色层提供抗磨损性，而主体120的芯部在氮化履带销80之后保持足够的强度，使得履带销80在功能上表现得好像比其实际尺寸大。在实施例中，氮化物层130或白色层可以包括近单相，例如，具有很少(如果有的话)ε的γ素白色层。在实施例中，氮化物层130或白色层可以是至少5微米厚，并且在其他实施例中至少7微米厚。
对履带销80的外表面101进行氮化可形成合金氮化物，这些合金氮化物提高履带销80的耐磨性，并形成可提高履带销80的耐腐蚀性的氮化物层130。在实施例中，对履带销80进行氮化可以增加其表面硬度、耐磨性、对某些类型腐蚀的抵抗力以及压缩表面应力，这提高了履带销80的抗疲劳性。
在实施例中，在根据本发明的原理对钢合金钢进行合金化之后，钢可以通过锻造或热轧而热变形并且粗加工。钢合金淬火和回火到特定的芯部硬度，然后精加工形成履带销80。随后，履带销80被氮化。履带销80可在此后被研磨或轻微研磨，以符合履带销80的预定规格。
本领域技术人员已知的任何合适的氮化技术都可用于对履带销80进行氮化，例如气体氮化、盐浴氮化和等离子氮化。在气体氮化中，供体是氮气，通常是无水氨(NH3)，这就是为什么它有时被称为氨氮化。在实施例中，氮化履带销80可以在包含部分解离的氨气的气氛中在400℃至600℃的温度范围内进行。当氨气与加热的履带销接触时，它会分解成氮气和氢气。然后，氮气扩散到履带销的外表面101上，产生包括外部氮化表面125的氮化物层130。可以选择所得氮化物层130的厚度和相组成，并且可以针对履带销80的预期应用所需的特定性质来修改过程。应当注意，尽管氮化物层130在图3中示出为仅存在于履带销80的外表面101处，但是这仅仅是为了说明的目的。应该理解，氮化物层130可以存在于履带销80上进行氮化过程的任何位置。
在实施例中，履带销80的主体120的芯部硬度可以在外部氮化表面125下方0.5mm处测量。在实施例中，履带销80的主体120具有在外部氮化表面125下方0.5mm处测量的至少Rc40的芯部硬度，在其他实施例中至少Rc42的芯部硬度，以及在另一些实施例中至少Rc45的芯部硬度。在实施例中，履带销80的外部氮化物表面125具有至少Rc60的表面硬度，在其他实施例中至少Rc62的表面硬度，以及在另一些实施例中至少Rc65的表面硬度。应该理解，硬度测量可以包括至少三次测量的平均值。
参见图3，衬套82包括大致圆柱形的外表面141和内表面142，内表面142限定了以圆柱形孔144形式穿过其中的通道。衬套82围绕履带销80同轴定位，使得履带销80延伸穿过衬套82的圆柱形孔144。衬套82可相对于履带销80绕纵向轴线LA旋转。衬套82的第一轴向端面147和第二轴向端面148分别邻近相邻履带销接头组件42’的内侧链节46’和外侧链节48’的第二端64设置。
衬套82的外表面141能够接合推动第一履带链组件16的驱动链轮20。当衬套82接合驱动链轮20时，衬套82可以相对于履带销80绕纵向轴线LA旋转，从而减少衬套82上由衬套82和驱动链轮20之间的相互作用引起的磨损。
在实施例中，衬套82包括表面硬化表面150，其包括内表面142(以及在实施例中的外表面141)。在所示实施例中，表面硬化表面150与履带销80的外部氮化表面125接触。在实施例中，衬套82的表面硬化表面150可以通过任何合适的技术来制造，例如通过直接硬化和渗碳中的一种来制造。
在实施例中，衬套82的内表面142由衬套材料制成。在实施例中，衬套材料不同于制造履带销80主体120的钢合金。在所示实施例中，整个衬套82由衬套材料制成。在实施例中，衬套材料可以是任何合适的材料，例如合适的钢，包括例如SAE 15B21、SAE 15B26或SAE1060。履带销80的氮化层130可以在结构上不同于衬套82的内表面142的表面微观结构，使得相对于未氮化的相同的履带销，不同的微观结构(相对于与之配对的衬套82)可以有助于提供良好的抗磨损性，以延长履带销80的使用寿命。
在其他实施例中，一个或多个不同的衬套可用于履带销接头组件42中。例如，在实施例中，衬套82的外表面141可以限定一个凸边表面，如美国专利申请公开号2010/0139993中所示和描述的“用于履带组件的凸边衬套和使用该衬套的履带式机器”，该专利的全部内容以引用方式并入本文中。在其他实施例中，衬套82可以具有本领域已知的不同形状和构造。在另一些实施例中，履带销接头组件42可包括内衬套和外衬套，内衬套和外衬套具有本领域已知的构造。
履带销接头组件42的部件可以限定多个环形密封腔152、153，其围绕履带销80的纵向轴线LA同心设置。每个密封腔152、153可适于分别在其中容纳密封组件89、90中的一个，密封组件89、90适于密封地接合履带销接头组件42的相对可旋转的部件。在履带销接头组件的其他实施例中，其他部件(例如衬套82)可以限定合适的密封腔。
止推环86、87可适于分别限制施加在密封组件89、90上的轴向负载。密封组件89、90分别位于止推环86、87的径向外侧，并在外侧链节48和内侧链节46与衬套82之间提供运行密封，以将润滑剂保持在流体储存器110中。
在其他实施例中，根据本发明原理的履带链组件可包括其他部件并具有不同的布置。例如，在其他实施例中，履带链组件可包括销盒组件，该销盒组件具有套筒轴承和其他部件，如美国专利申请公开号2006/0284485中所示和所述，该专利的全部内容以引用方式并入本文中。进一步地，可以设想，各种履带链节设计可与根据本发明的原理构造的履带销组件一起使用。例如，在实施例中，内侧链节和外侧链节可以包括具有S形的偏置链节，该偏置链节具有与图2和图3所示不同的构造，或者可以包括本领域技术人员已知的直链节。
参见图4，示出了根据遵循本发明原理的几个可能实施例之一的履带销盒组件175。所示履带销盒组件175包括履带销180；衬套182；第一止推环186和第二止推环187；多个密封组件189、190、191、192；第一支承构件194和第二支承构件195；以及第一套管197和第二套管198。履带销盒组件175设置有衬套182，衬套182设置在第一支承构件194和第二支承构件195之间，第一支承构件194和第二支承构件195又分别设置在第一套管197和衬套182之间以及第二套管198和衬套182之间。
履带销180限定了纵向轴线LA。衬套182以及第一支承构件194和第二支承构件195绕履带销180可旋转地定位，使得衬套182以及第一支承构件194和第二支承构件195可相对于履带销180绕纵向轴线LA独立地旋转。第一套管197和第二套管198分别位于履带销180的端部，并与履带销180压装配合，使得第一套管197和第二套管198与履带销180旋转连接。
第一止推环186设置在第一套管197和第一支承构件194之间，并适于在它们之间传递轴向负载。第二止推环187类似地设置在第二套管198和第二支承构件196之间，并适于在它们之间传递轴向负载。
履带销盒组件175的部件可以限定围绕履带销180的纵向轴线LA同心设置的多个环形密封槽或腔。每个密封腔可适于在其中容纳密封组件189、190、191、192中的一个，用于密封接合履带销盒组件175的相对可旋转的部件。
所示履带销盒组件175包括四个密封组件189、190、191、192。一对密封组件189、190分别设置在衬套182和第一支承构件194之间以及衬套182和第二支承构件195之间。另一对密封组件191、192分别设置在第一支承构件194和第二支承构件195之间以及第一套管197和第二套管198之间。第一套管197和第二套管198可以相对于履带销180的端部定位，使得履带销盒组件175的密封组件189、190、191、192被压缩地接合在相应的相邻部件之间，以密封地接触相邻构件的密封表面，从而在它们之间形成流动的流体密封。
提供抗磨损性和足够强度的其他方法包括增加履带销的尺寸。然而，履带销尺寸的增加导致销成本的增加和系统成本的不成比例的大幅度增加，因此不必要地增加部件尺寸是不可取的。
所示履带销180包括由钢合金制成的主体220。在实施例中，钢合金的成分包括铁和氮化物形成元素。主体220是圆柱形的，具有实心内部，并且包括外部氮化表面225，该外部氮化表面225是通过氮化履带销180形成的氮化物层230的一部分。在实施例中，主体220包括实心内部，使得主体220大致没有被设计成润滑剂的流体储存器的各内部通道。通过省略履带销180内的内部流体储存器，在一些实施例中，履带销的直径可以减小，使得相对于包括限定在其中的流体储存器的类似履带销，履带销180使用所需的体积可以减小。利用这些实施例可获得的节省的间距可用于减小履带销盒组件175的总尺寸(并有助于获得降低成本)和/或增加相关部件的尺寸。
在实施例中，履带销180的主体220可以由本文结合图3的履带销80讨论的任何合适的钢合金制成。例如，在实施例中，制造履带销180的主体220的钢合金的成分包括铁、碳和硅，钢合金包括介于0.5wt.％和4wt.％之间的硅。在实施例中，用于制造履带销180的主体220的钢合金的成分包括介于0.5wt.％和1.6wt.％之间的锰和介于0.2wt.％和0.4wt.％之间的碳。图4的履带销180在其他方面可以类似于图3的履带销80。
工业实用性
从前述讨论中，将容易理解本文描述的履带链组件和履带销的实施例的工业实用性。所公开的履带销的至少一个实施例可用于履带链组件。所公开的履带销的至少一个实施例可用于履带式机器的底架中。示例性实施例公开了具有氮化主体的履带销，其中该氮化主体由耐回火氮化合金制成。
与由类似材料制成但未经过氮化的履带销相比，根据本发明原理构造的履带销的实施例可显示出优异的剪切强度、疲劳强度和抗磨损性。在实施例中，根据本发明的原理构造的履带销可以比传统的履带销小，但提供相同的强度，从而释放空间和减小重量，以更好地优化履带系统或减小总体系统尺寸和成本。
根据本发明原理的履带销和履带链组件的实施例可以在任何机器中找到潜在的应用，例如使用履带式底架的履带式拖拉机。还进一步的，本发明可适用于其中部件被明显磨损的履带链组件。如本文所述，这种机器可包括但不限于推土机、装载机、挖掘机或任何其他使用履带组件的公路或非公路用车或固定机器。
应当理解，前述描述提供了所公开的系统和技术的示例。但可以设想，本发明的其他具体实施可以在细节上不同于前述示例。所有对本发明或其示例的引用都旨在提及在该点被讨论的特定示例，并不旨在暗示更一般的对本发明范围的任何限制。所有关于某些特征的区别性及贬意性的语言都意在指出那些特征不是优选的，而不是要将这些特征从本发明的范围中完全排除，除非另有说明。
这些列举的值的范围仅意图用作单独地提及落入该范围的每个单独的值的速记法，除非本文另外指出，并且每个单独值包含在说明书中，如同在这里被单独列举。除非本文另有说明或上下文明显矛盾，否则，本文所阐述的所有方法可以以任何适宜的顺序实施。

Claims (10)

1.一种用于履带链组件(16)的履带销(80、180)，所述履带销(80、180)包括：
主体(120、220)，所述主体(120、220)由钢合金制成，所述钢合金的成分包括铁、氮化物形成元素和硅，所述钢合金的成分包括至少0.5wt.％的硅；
其中主体(120、220)包括外部氮化表面(125、225)。
2.根据权利要求1所述的履带销(80、180)，其中所述钢合金的成分包括介于0.5wt.％至4wt.％之间的硅。
3.根据权利要求1或2所述的履带销(80、180)，其中所述钢合金的成分包括介于0.2wt.％至0.4wt.％之间的碳。
4.根据权利要求3所述的履带销(80、180)，其中所述钢合金的成分包括介于0.5wt.％至1.6wt.％之间的锰。
5.根据权利要求4所述的履带销(80、180)，其中所述钢合金的成分包括高达2.5wt.％的铬、高达0.3wt.％的钒和高达0.3wt.％的铝。
6.根据权利要求1或2所述的履带销(80、180)，其中所述履带销(80、180)的主体(120、220)具有在所述外部氮化表面(125、225)下方0.5mm处测量的至少Rc40的芯部硬度。
7.根据权利要求6所述的履带销(80、180)，其中所述履带销(80、180)的外部氮化表面(125、225)具有至少Rc60的表面硬度。
8.根据权利要求1所述的履带销(80、180)，其中所述钢合金的成分包括：
介于0.2wt.％和0.4wt.％之间的碳，
介于0.5wt.％和1.6wt.％之间的锰，
介于0.5wt.％和2.0wt.％之间的硅，
介于0.4wt.％和1.5wt.％之间的铬，
介于0.03wt.％和0.3wt.％之间的钒，
介于0.07wt.％和0.3wt.％之间的铝，和
余量的铁。
9.根据权利要求1所述的履带销(80、180)，其中所述钢合金的成分包括：
介于0.26wt.％和0.37wt.％之间的碳，
介于0.5wt.％和1.0wt.％之间的锰，
介于1.0wt.％和3.0wt.％之间的硅，
介于1.5wt.％和2.5wt.％之间的铬，
介于0.3wt.％和1.0wt.％之间的钼，
介于0.05wt.％和0.2wt.％之间的钒，
介于0.03wt.％和0.1wt.％之间的钛，
介于0.01wt.％和0.03wt.％之间的铝，
小于0.025wt.％的磷，
小于0.025wt.％的硫，
介于0.005wt.％和0.013wt.％之间的氮，和
余量的铁。
10.一种履带链组件(16)，包括：
根据权利要求1至9中任一项所述的履带销(80、180)，所述履带销(80、180)限定纵向轴线(LA)；
衬套(82、182)，所述衬套(82、182)包括内表面(142)，所述内表面(142)限定圆柱形孔(144)，所述衬套(82、182)围绕所述履带销(80、180)同轴定位以使得所述履带销(80、180)延伸穿过所述衬套(82、182)的圆柱形孔(144)，所述衬套(82、182)能够相对于所述履带销(80、180)围绕纵向轴线(LA)旋转，其中所述衬套(82、182)的内表面(142)由衬套材料制成，所述衬套材料不同于制造履带销(80、180)的主体(120、220)的钢合金。
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