CN114423876A - 高碳钢履带衬套 - Google Patents

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Abstract

示例性衬套(204)具有沿着其径向方向的三个部分，包括最靠近衬套(204)的中心孔的内部部分(410)、最远离中心孔的外部部分(404)以及在内部部分(410)与外部部分(404)之间的芯部分(406)。芯部分(406)具有的硬度小于衬套(204)的内部部分(410)或外部部分(404)的硬度。衬套(204)可以使用高碳钢形成，高碳钢在一些情况下可以是球状渗碳体晶体结构。可以使用高碳钢形成粗制衬套，随后是直接硬化过程，以及在最靠近衬套(204)的中心孔的内表面(412)上的感应硬化过程。内表面(412)上的感应硬化可以在使衬套(204)的芯部分(406)回火的同时使外部部分(404)硬化。

Description

高碳钢履带衬套
技术领域
本公开涉及高碳钢履带衬套。更确切地说，本公开涉及由高碳钢制成的履带衬套，所述履带衬套被硬化以实现改善的磨损寿命。
背景技术
履带型机器广泛用于建筑、采矿、林业和其它类似行业。此类履带型机器的底盘利用履带组件而不是轮来提供地面接合推进。在产生足够的牵引力存在问题的环境中，如在上文提到的行业中经常碰到的那些情况下，此类履带组件可能是优选的。确切地说，履带型机器不是依靠轮来滚动通过工作表面，而是利用一个或多个履带组件，所述一个或多个履带组件包括联接的履带连杆的环形环，其限定支承地面接合履带板的外表面，以及围绕一个或多个可旋转履带接合元件(例如，如驱动链轮、惰轮、张紧器和滚子)行进的内表面。
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连杆的履带销，以及在连杆之间并且围绕履带销可旋转地定位的衬套。此类履带链组件可在极其不利的环境中操作，其中履带接头可能暴露于水、污垢、沙子、岩石或其它矿物或化学元素的各种磨蚀混合物。履带销与衬套之间的轴承界面可能会遇到高接触应力，这导致咬粘故障。咬粘是履带链组件的主要故障模式，并且可以在许多应用中限制履带链组件的寿命。另外，履带链组件的操作可以磨损履带链的部件，如衬套。
在操作期间，履带衬套可能经历过度加载。履带衬套的不同表面(例如内径、端环表面等)可能需要具有增大强度的耐磨性和韧性来承受可施加于履带衬套上的负载。履带衬套大体上由低或中碳钢制成。另外，履带衬套可被回火以产生具有所需硬度的履带衬套。然而，履带衬套的生产可能是耗时、费力并且昂贵的过程。此外，当通过传统方法产生时，最终的衬套可能无法提供足够的耐磨性和韧性。
生产衬套的实例描述于美国专利号9,616,951(下文称为‘951参考文献)，其中硬金属合金浆料设置在表面上或进入底切或通道中，并且然后熔合以与铁基合金形成冶金粘结。然而，这需要额外处理步骤，如进行底切和金属合金浆料的施加。另外，如‘951参考文献中所述，此浆料施加和熔合过程可将硬外层的厚度限制为如约1mm至2mm。
本公开的示例性实施例涉及克服上述缺陷。
发明内容
在本公开的示例性实施例中，一种用于制造衬套的方法包括执行粗制衬套的直接硬化。粗制衬套由碳含量按重量计大于0.8％的高碳钢形成。此外，高碳钢包括渗碳体晶体结构。该方法进一步包括在粗制衬套的内表面上执行感应硬化，以形成衬套的硬化内部部分和衬套的软芯部分。
在本公开的另一示例性实施例中，衬套包括外表面和与外表面相对的内表面，内表面限定具有基本上恒定的直径的通道，通道从衬套的第一端基本上居中地穿过衬套延伸到衬套的与第一端相对的第二端。衬套进一步具有：包括内表面的内部部分、包括外表面的外部部分以及设置于内部部分与外部部分之间的芯部分。在此衬套中，芯部分比内部部分更柔软，并且芯部分比外部部分更柔软。
在本公开的又一示例性实施例中，一种履带链组件包括多个部件，所述多个部件包括多个履带板、多个连杆和多个衬套。至少一个衬套包括内部部分、外部部分和在内部部分与外部部分之间的芯部分。芯部分比内部部分更柔软，并且芯部分比外部部分更柔软。此外，外部部分的厚度为至少5mm，并且具有大于55HRC的硬度，并且芯部分具有小于52HRC的硬度。
附图说明
图1是包括具有根据本公开的示例性实施例形成的一个或多个部件的履带型机器的示例性系统的示意图。
图2是根据本公开的示例性实施例的用于如图1中所描绘的示例性履带型机器的底盘的履带链组件的示例性部分的示意图。
图3是根据本公开的示例性实施例的图2中所描绘的履带链的一部分的示例性衬套的示意图。
图4是根据本公开的示例性实施例的示例性衬套的截面图。
图5是根据本公开的示例性实施例的特定衬套的另一截面图。
图6是描绘根据本公开的示例性实施例的用于形成图4的示例性衬套的示例性方法的流程图。
图7是描绘根据本公开的示例性实施例的用于形成图4的示例性衬套的另一示例性方法的流程图。
具体实施方式
在所有附图中，将尽可能使用相同的附图标记表示相同或相似的部件。
图1是包括具有根据本公开的示例性实施例形成的一个或多个部件的履带型机器100的示例性系统的示意图。机器100的示例性实施例包括履带型底盘120。机器100在本文中也可以可互换地称为履带型机器100和/或机器100。在其它实施例中，机器100可以是具有履带型底盘120的任何合适的机器，如推土机、装载机、挖掘机、坦克、反铲挖土机、钻孔机、挖沟机或任何其它公路或非公路载具。
机器100包括框架140，所述框架具有设置在其第一侧110上的第一履带链组件160，以及设置在其第二侧(未示出)上的第二履带链组件(未示出)。第二侧与第一侧110呈相对关系。履带组件一起适于接合地面或其它表面，以在向后和/或向前方向上推进机器100。
应当认识到，机器100的履带组件可以相似，并且另外可以表示彼此的镜像。因而，本文将仅描述第一履带链组件160。应理解，第一履带链组件160的描述也可适用于第二履带链组件。根据本公开的其它实施例可包括两个以上履带链组件。因此，如本文所公开的设备、系统和方法适用于任何合适的履带型机器或其变型。另外，如本文中所论述，履带型机器100的所公开的部件及其形成机构还可应用于其它系统，如非履带型机器和/或其它机械系统。
继续参考图1，第一履带链组件160围绕多个滚动元件延伸，如驱动链轮162、前惰轮164、后惰轮166和多个履带支重轮168。履带链组件160包括多个地面接合履带板170，以用于接合地面或其它表面，并且推进机器100。
在底盘120的典型操作期间，驱动链轮162在前向旋转方向FR上如由发动机驱动，以在向前方向F上驱动履带链组件160并且因此驱动机器100，并且在反向旋转方向RR上被驱动，以在反向方向R上驱动履带链组件160并且因此驱动机器100。底盘120的驱动链轮162可独立地操作以转动机器100。
如本文所述，底盘120和履带链组件160可包括多种其它部件。由于恶劣的操作环境和对履带链组件的各种部件施加的负载，期望改进履带链组件的各种部件的材料特性以改进那些部件的使用寿命。
尽管机器100在履带型机器的背景下示出，但应当认识到，本公开不因此受到限制，并且在本背景下还设想了具有履带的多种其它机器。例如，在其它实施例中，履带链组件160可以包括在传送器系统中，作为用于在旋转元件之间传输扭矩的履带，或包括在本领域技术人员已知的任何其它应用中。另外，无履带的机器可包括如本文所公开的部件。
根据本公开的示例性实施例，机器100及其履带链组件160的各种部件可以改进其耐磨性的方式形成，同时维持和/或改善其整体韧性。如本文所公开的机构可以应用于本文公开的任何各种履带链组件部件，以增加那些部件的表面硬度，同时在这些部件中维持较软的芯部分，以提供改进的表面耐磨性、减少的零件之间的咬粘和高韧性。
图2是根据本公开的示例性实施例的用于如图1中所描绘的示例性履带型机器100的底盘的履带链组件160的示例性部分200的示意图。如上文所论述，当操作时，履带型机器100的驱动链轮162可使履带组件160围绕一个或多个惰轮或其它引导部件(如前惰轮164、后惰轮166和多个履带支重轮168)旋转，以便于机器100的移动。
履带组件160可进一步包括可由横向设置的履带衬套204彼此连结的一系列连杆202。如图所示，连杆202可以是偏移连杆。即，每个连杆202可以具有向内偏移端206和向外偏移端208。每个连杆202的向内偏移端206连结到每个相邻连杆的相应向外偏移端208。另外，每个连杆202的向内偏移端206可以连结到相对连杆的向内偏移端206，并且每个连杆202的向外偏移端208可以由履带衬套204连结到相对连杆的向外偏移端208。然而，应理解，连杆202不必是偏移连杆。更确切地说，在一些实施例中，连杆202可包括内连杆和外连杆。如所属领域中已知，在此类实施例中，每一对相对的内连杆的两端定位在相对的外连杆的端部之间。
在一些方面，本公开的至少部分涉及履带衬套204和其中使用履带衬套的部件和系统(如履带链组件160和/或机器100)的形成、生产和/或制造。另外，用于形成履带衬套204的机构可以应用到其它部件，如履带链组件160和/或机器100的其它部件。
图3是根据本公开的示例性实施例的示例性衬套204的示意图。履带衬套204可具有大体中空的圆柱形形状，所述圆柱形形状包括在其间限定履带衬套204的厚度“TT”的内表面302和外表面304。如图所示，内表面302和外表面304可以具有一定曲率以限定履带衬套204的圆形形状。履带衬套204还具有限定履带衬套204的长度“L”的第一端环306和第二端环308。
履带衬套204的形状和尺寸可基于应用而变化。例如，较大的履带链组件160可包括尺寸大于较小尺寸的履带链组件160的履带衬套204。履带衬套204的各个部分(例如，硬化表面层、较软芯部分等)的厚度也可以根据履带衬套204的应用而变化。
根据本公开的示例性实施例，履带衬套204可由具有如本文所公开的额外处理的高碳钢制成。如本文所用，高碳钢包括具有高碳含量的合金钢。如此形成并且在任何硬化和/或回火处理之前的履带衬套204的碳含量可以是按重量计大于大约0.8％的碳。在其它示例性实施例中，如此形成并且在任何硬化和/或回火处理之前的履带衬套204可以是按重量计大于大约0.9％的碳。例如，履带衬套可以由52100钢形成，其中碳含量按重量计大于0.9％，如按重量计在大约0.95％与1.1％的碳之间。在一些示例性实施例中，如此形成并且在任何硬化和/或回火处理之前的履带衬套204的碳含量可以按重量计大于大约1.1％的碳，并且在一些情况下按重量计高达2％的碳。钢中存在的其它元素可包括但不限于钴(Co)、钼(Mo)、镍(Ni)、钛(Ti)、钨(W)、铌(Nb)、钒(V)、其组合等。
在备选实施例中，履带衬套204可由具有如本文所公开的额外处理的高碳钢(如高碳合金钢)制成。在这些实施例中，履带衬套204的碳含量可按重量计大约为0.4至0.8％的碳之间。在一些情况下，如此形成并且在任何硬化和/或回火处理之前的履带衬套204可按重量计在大约0.6％与0.8％的碳之间。
履带衬套204钢可进一步包括其中的其它元素，如锰(Mn)、磷(P)、硫(S)、硅(Si)、铬和/或其它材料。例如，在任何硬化和/或回火处理之前，钢可以包括按重量计大约0.1％至0.6％之间的Mn、按重量计大约0％至0.1％之间的P、按重量计大约0％至0.1％之间的S、按重量计大约0.1％至0.5％之间的Si和/或按重量计大约0.6％至3％之间的Cr。
在粗制衬套形成期间，履带衬套204钢可以是球化渗碳体晶体结构。球化渗碳体结构可以是柔软的和延展性的，允许更容易形成履带衬套204。在示例性实施例中，如果起始高碳钢不是球化渗碳体结构，则可以执行球化过程。在示例性实施例中，球化过程可以在低于碳钢共晶温度下进行数小时退火。例如，在粗形成履带衬套204之前，钢可以在700℃下保持30小时以使钢球化。此处和整个本公开中的温度和/或时间范围是实例，并且可以根据本公开的示例性实施例使用更短或更长的温度和时间段。
根据本公开的示例性实施例，在形成之后，履带衬套204可经受各种热处理，如直接硬化过程，随后在履带衬套204的内表面302或内径(ID)上经受感应硬化过程。此直接硬化过程后接感应硬化过程可导致在履带衬套204的外表面304和内表面302两者附近的区域处形成硬化钢，而芯部分可更柔软并且更具延展性，导致耐磨性和韧性的改善。因此，如本文所述，履带衬套204的外部部分(如接近内表面302的进入衬套204中的某个深度和接近外表面304的进入衬套中的某个深度)可具有大部分马氏体和/或奥氏体结构，而更远离内表面302和外表面304的履带衬套204的内部部分可具有大部分铁素体和/或渗碳体晶体结构。
图4是根据本公开的示例性实施例的示例性衬套400的截面图。此示例性衬套400横截面可以是穿过履带衬套204的直径的示范性截面，其中示出了截面的暴露面区段，而未示出弯曲内表面302。
如图所示，衬套400可具有总厚度TT，具有开孔直径TH。开孔可以是具有基本上恒定的直径的通道，其基本上居中地延伸穿过衬套400。衬套可具有类似于外表面304的外表面402和类似于衬套204的内表面302的内表面412。衬套400可具有从界面408到外表面402带有厚度TO的外部部分404和从界面414到内表面412带有厚度TI的内部部分410。在内部部分410与外部部分404之间，可以设置具有厚度TC的芯部分406。芯部分406和外部部分404可以在界面408处相接，并且芯部分406和内部部分410可以在界面414处相接。尽管出于说明的目的，界面408、414被描绘为骤变界面，但应理解，外部部分404与芯部分406之间的过渡和/或内部部分410与芯部分之间的过渡可以是逐渐的和/或缓变的。如本文中所论述，厚度尺寸在径向方向上从基本上居中地延伸穿过衬套400的通道算起。
在一些示例性实施例中，TT可以在约7mm到约20mm的范围内，TO可以在约2mm到约11mm的范围内，TC可以在约1mm到约10mm的范围内，TI可以在约1mm到约6mm的范围内，并且TH可以在约30mm到约80mm的范围内。在其它示例性实施例中，TT可以在约10mm到约15mm的范围内，TO可以在约5mm到约9mm的范围内，TC可以在约2mm到约5mm的范围内，TI可以在约2mm到约4mm的范围内，并且TH可以在约40mm到约60mm的范围内。衬套的总厚度TT、开孔直径TH、外部部分厚度TO、内部部分厚度TI和芯部分厚度TC的尺寸的实例在本文中的图5示出。
在一些示例性实施例中，外部部分厚度与总厚度的比率(TO∶TT)可以在约1∶10至约2∶3的范围内。内部部分厚度与总厚度的比率(TI∶TT)可以在约1∶20至约1∶2的范围内。芯部分厚度与总厚度的比率(TC∶TT)可在约1∶20至约2∶3的范围内。
根据示例性实施例，衬套400的内部部分410和外部部分404在晶体结构中可以是基本上马氏体和/或奥氏体。另一方面，芯部分406在晶体结构中可以是渗碳体、铁素体和/或珠光体。芯部分406还可包括马氏体晶体结构。如本文所公开的，衬套400的内部部分410和外部部分404可以比衬套400的芯部分406更硬。
在一些示例性实施例中，内部部分410和外部部分404的硬度可以在约55洛氏硬度级C(HRC)至约64HRC的范围内，并且芯部分406的硬度可以在约39HRC至约52HRC的范围内。在其它示例性实施例中，内部部分410和外部部分404的硬度可以在约58HRC到约62HRC的范围内，并且芯部分406的硬度可以在约40HRC到约45HRC的范围内。
衬套400可以通过使用球化渗碳体钢(如52100钢)形成粗制衬套来制造。如本文所用，粗制衬套是指在任何后续热处理、硬化、回火等之前，利用高碳钢起始材料(如高碳合金钢)形成衬套。具有渗碳体结构的高碳钢(包括高碳合金钢)可以比硬化碳钢更容易机械加工。粗制衬套可以经受硬化过程，如直接硬化。这种直接硬化可以在任何合适的炉中执行，如感应炉或燃气炉。在一些情况下，这种直接硬化过程可以是分批过程，其中机器100的一个以上的粗制衬套和/或其它部件可以同时硬化。粗制衬套可以进行淬火(如在油中)。可以执行可选的回火过程，如在硬化过程之后。整个粗制衬套可以具有硬化的马氏体、奥氏体和/或贝氏体结构。换句话说，在硬化过程之后，粗制衬套可以是基本上均匀地硬化的。
感应硬化过程可以在硬化衬套的内表面412(例如，内径(ID))上执行。可以通过从靠近衬套400的内表面412的交变磁场和/或电场感生电流来执行表面加热。感应硬化过程可以通过表面加热使接近内表面412的区域硬化。表面硬化可以形成衬套400的内部部分410。同时，感应加热可以引起衬套400的芯部分406的回火。因此，表面硬化可以引起内部部分410重新加热并且淬火，以引起硬马氏体和/或奥氏体结构，同时，芯部分406可以回火以从硬马氏体和/或奥氏体结构过渡到较软的渗碳体结构。以此方式，在实现硬内部部分410和外部部分404的同时实现了软芯部分406。
图5是根据本公开的示例性实施例的特定衬套500的另一截面图。此衬套500横截面可以是穿过履带衬套204的直径的示范性截面，其中示出了截面的暴露面区段，而未示出弯曲内表面302。本文讨论的尺寸和参数范围是实例，并且并不意味着以任何方式限制。
衬套500可以具有12.8mm的总厚度，其中开孔直径为49mm。衬套500可具有厚度为7mm的外部部分502和厚度为3mm的内部部分508。在内部部分508与外部部分502之间，可以设置芯部分506，其在衬套500的边缘上具有2.8mm的厚度，并且在衬套500的中间附近具有5.3mm的厚度。在示例性实施例中，内部部分508和外部部分502的硬度可以在约58HRC到约62HRC的范围内，并且芯部分506的硬度可以在约40HRC到约45HRC的范围内。衬套500的各个区域502、506、508的厚度及其相对比率处于参考图4的衬套400所公开的范围内。
图6是描绘根据本公开的示例性实施例的用于形成图4的示例性衬套400的示例性方法600的流程图。方法600可以使用球化渗碳体结构(例如，球化渗碳体和铁素体)的如本文所论述的高碳钢执行。在示例性实施例中，起始钢可以是52100钢或其它类似的高碳钢。备选地，可以使用中碳钢。
如本文所用，高碳钢包括具有高碳含量的合金钢。高碳钢的碳含量可以按重量计大于大约0.8％的碳。在其它示例性实施例中，如此形成并且在任何硬化和/或回火处理之前的履带衬套可包括按重量计大于大约0.9％的碳。例如，履带衬套可以由52100钢形成，其中碳含量按重量计大于0.9％，如按重量计在大约0.95％与1.1％的碳之间。在一些示例性实施例中，如此形成并且在任何硬化和/或回火处理之前的履带衬套204的碳含量可以按重量计大于大约1.1％的碳，并且在一些情况下按重量计高达2％的碳。钢中存在的其它元素可包括但不限于钴(Co)、钼(Mo)、镍(Ni)、钛(Ti)、钨(W)、铌(Nb)、钒(V)、其组合等。
如本文所讨论的，形成粗制衬套的高碳钢(如高碳合金钢)可以是球化渗碳体晶体结构。球化渗碳体结构可以是柔软的和延展性的，允许更容易形成履带衬套204。在示例性实施例中，如果起始高碳钢不是球化渗碳体结构，则可选地，可以在开始方法600之前执行球化过程。在示例性实施例中，球化过程可以在低于碳钢共晶温度(例如，725℃)下进行数小时退火。例如，钢可以在650℃至720℃之间的温度范围下保持20至40小时，以在粗形成履带衬套204之前使钢球化。
在框602处，可由高碳钢形成衬套。如上文所论述，当形成衬套时，钢可以是球化渗碳体结构。例如，钢可包括大部分球化渗碳体、铁素体和/或珠光体。如果钢先前已硬化，则钢还可包括马氏体和/或奥氏体晶体结构。高碳钢的这种形式相对柔软并且具有延展性，并且因此易于机械加工。衬套(在此情况下，粗制衬套)的形成可包括适用于形成衬套的任何多种机械加工技术。例如，任何类型的成形、车削、铣削、钻孔、磨削和/或其它机械加工技术可用于形成粗制衬套。
在框604处，可以执行衬套的直接硬化。直接硬化处理可以通过将衬套加热到高于共晶温度来执行。这种直接硬化可以在任何合适的炉中执行，如感应炉或燃气炉。在一些情况下，这种直接硬化过程可以是分批过程，其中机器100的一个以上的粗制衬套和/或其它部件可以同时硬化。
炉过程可以在任何合适的温度和时间执行。例如，炉过程可以在高于800℃下执行预定时间。在一些示例性实施例中，炉过程可以在约800℃至约950℃的温度范围中执行约30分钟至约3小时的时间范围。例如，可以在850℃下执行直接硬化的炉加热过程60分钟。在执行炉过程之后，可使粗制衬套淬火(如在油中)。备选地，淬火过程可以在任何合适的介质中，如盐浴、空气和/或水中。在硬化过程之后，可以执行可选的回火过程。
在直接硬化过程之后，整个粗制衬套可以具有硬化的马氏体、奥氏体和/或贝氏体结构。换句话说，在此时，粗制衬套可以在其整个厚度TT上基本均匀地硬化。由于直接硬化过程，整个衬套的硬度可以在约55HRC到约62HRC的范围内。例如，在直接硬化过程之后，衬套可以是大约60HRC。
硬化的马氏体碳钢，虽然提供较高的耐磨性和减少的咬粘水平，但大体上是脆的并且缺乏延展性。因此，在此处理阶段，衬套中的均匀硬化可导致衬套韧性低于所需。
在框606处，可以执行在衬套的内表面上的感应硬化。根据法拉第定律，可以通过在内表面412附近提供交变磁场和/或电场以在内表面412附近感生电流来实施内表面412中的感应硬化。交变磁场和/或电场可通过将以期望的交变频率和功率水平供电的线圈插入通道内而在内表面412附近生成，通道基本上居中地延伸，由内表面412限定并且靠近内表面412。在一些情况下，用于执行感应硬化的线圈可以成形为使得可同时加热衬套的整个长度L。备选地，线圈可以沿着衬套的长度L移动(例如，光栅化)，以允许所有内表面412由感应电流加热。
通过这种感应加热过程加热可以局部地靠近生成感应电流所在的内表面412。因此，当使用感应加热时，可能存在延伸到衬套中的温度梯度。在这种情况下，内表面412可以处于最高温度，随着在径向方向上远离内表面412延伸到衬套中而温度降低。因此，最接近内表面412的区域可以加热到碳钢Ac1温度以上，而更远离内表面412的区域可以加热到碳钢Ac1温度以下。Ac1温度可以是在加热碳钢时奥氏体开始形成之处的温度。以此方式，可硬化接近内表面412的区域，而更远离内表面412的区域可在感应硬化过程期间进行回火。
根据示例性实施例，可以选择用于感应硬化的功率和频率以控制衬套400的内部部分404的深度TI。在内部部分404的深度TI中，感应硬化期间的温度可升高到约800℃到约1000℃之间。在一些示例性实施例中，温度可以在内部部分404的深度TI内升高到约850℃与约950℃之间。例如，可以执行感应加热，使得接近内表面412的温度是大约900℃。
如上文所论述，当内部部分404的深度TI内的温度在约800℃至约1000℃的范围内时，芯部分406中的温度低于内部部分404处的温度。在示例性实施例中，在感应硬化过程期间，芯部分406内的温度可以在约500℃至约800℃的范围内。在一些示例性实施例中，在感应硬化期间芯部分406内的温度可以在约650℃至约750℃的范围内。因此，当内部部分404硬化时，芯部分406可以同时回火。
在示例性实施例中，用于感应硬化的时间范围可以在约3秒至约3小时的范围内。例如，感应加热过程可以在925℃下执行30秒。在执行感应加热过程之后，衬套可以在空气中淬火。备选地，淬火过程可以在任何合适的介质中，如盐浴、油和/或水中。
在感应加热过程之后，衬套400可以在内部部分404中硬化并且在芯部分406中软化。外部部分404可以与当该部分作为框604的直接硬化过程的一部分硬化时基本上不变。因此，在感应硬化过程之后，内部部分410和外部部分404的硬度可以在约55HRC到约64HRC的范围内，并且芯部分406的硬度可以在约39HRC到约52HRC的范围内。在其它示例性实施例中，内部部分410和外部部分404的硬度可以在约58HRC到约62HRC的范围内，并且芯部分406的硬度可以在约40HRC到约45HRC的范围内。
应注意，方法600的一些操作可以不按所展示的顺序执行，具有额外元件和/或不具有一些元件。方法600的一些操作还可基本上同时进行，并且因此，可以以与上文所示的操作顺序不同的顺序结束。
图7是描绘根据本公开的示例性实施例的用于形成图4的示例性衬套的另一示例性方法700的流程图。方法700可以使用球化渗碳体结构的如本文所论述的高碳钢执行。在示例性实施例中，起始钢可以是52100钢或其它类似的高碳钢。备选地，可以使用中碳钢。
如本文所论述，在任何加工之前，高碳钢(如高碳合金钢)可以处于球化渗碳体晶体结构，以及铁素体晶体结构。球化渗碳体结构可以是柔软的和延展性的，允许更容易形成履带衬套204。在示例性实施例中，如果起始高碳钢不是球化渗碳体结构，则可选地，可以在开始方法700之前执行球化过程。在示例性实施例中，球化过程可以在低于碳钢共晶温度(例如，725℃)下进行数小时退火。例如，钢可以在650℃至720℃之间的温度范围下保持20至40小时，以在粗形成履带衬套204之前使钢球化。
在框702处，可由高碳钢形成衬套。如上文所论述，当形成衬套时，钢可以是球化渗碳体结构。高碳钢的这种形式相对柔软并且具有延展性，并且因此易于机械加工。衬套(在此情况下，粗制衬套)的形成可包括适用于形成衬套的任何多种机械加工技术。例如，任何类型的成形、车削、铣削、钻孔、磨削和/或其它机械加工技术可用于形成粗制衬套。
在框704处，可将衬套均匀地硬化到第一硬度水平。如本文所论述，这可以通过直接硬化过程或其它类似过程来实现。直接硬化处理可以通过将衬套加热到高于Ac1温度来执行。这种直接硬化可以在任何合适的炉中执行，如感应炉或燃气炉。在一些情况下，这种直接硬化过程可以是分批过程，其中机器100的一个以上的粗制衬套和/或其它部件可以同时硬化。
炉过程可以在任何合适的温度和时间执行。例如，炉过程可以在高于800℃下执行预定时间。在一些示例性实施例中，炉过程可以在约800℃至约950℃的温度范围中执行约30分钟至约3小时的时间范围。例如，可以在850℃下执行直接硬化的炉加热过程60分钟。在执行炉过程之后，可使粗制衬套淬火(如在油中)。备选地，淬火过程可以在任何合适的介质中，如盐浴、空气和/或水中。在硬化过程之后，可以执行可选的回火过程。
在直接硬化过程之后，整个粗制衬套可以具有硬化的马氏体、奥氏体和/或贝氏体结构。换句话说，在此时，粗制衬套可以在其整个厚度TT上基本均匀地硬化。由于直接硬化过程，整个衬套的硬度可以在约55HRC到约62HRC的范围内。例如，在直接硬化过程之后，衬套可以是大约60HRC。
硬化的马氏体碳钢，虽然提供较高的耐磨性和减少的咬粘水平，但大体上是脆的并且缺乏延展性。因此，在此处理阶段，衬套中的均匀硬化可导致衬套韧性低于所需。
在框706处，可以可选地使衬套回火。这种回火过程可以尤其是为了减轻应力并且减少油淬火过程可能已经导致的微裂纹。在示例性实施例中，回火过程可以在约100℃至约200℃的范围内的温度下持续约30分钟至约3小时。在一个实例中，回火过程可以在150℃下持续60分钟。在某些情况下，此回火过程可以分批执行，如与机器100的其它部件(如其它衬套204)一起执行。可以在任何合适的炉或加热室(如感应炉和/或燃气炉)中执行回火过程。
在框708处，衬套的内表面可以在使衬套的芯回火的同时进行表面硬化，使得芯具有比外表面和内表面更低的硬度。如本文所论述，这可以使用感应硬化过程来执行。如本文所论述，根据法拉第定律，可以通过在内表面412附近提供交变磁场和/或电场以在内表面412附近感生电流来实施内表面412中的感应硬化。交变磁场和/或电场可通过将以期望的交变频率和功率水平供电的线圈插入轴承的孔内而在内表面412附近生成，轴承的孔由内表面412限定并且靠近内表面412。在一些情况下，用于执行感应硬化的线圈可以成形为使得可同时加热衬套的整个长度L。备选地，线圈可以沿着衬套的长度L移动(例如，光栅化)，以允许所有内表面412由感应电流加热。
通过这种感应加热过程加热可以局部地靠近生成感应电流所在的内表面412。因此，当使用感应加热时，可能存在延伸到衬套中的温度梯度。在这种情况下，内表面412可以处于最高温度，随着在径向方向上远离内表面412延伸到衬套中而温度降低。因此，最接近内表面412的区域可以加热到碳钢共晶温度以上，而更远离内表面412的区域可以加热到碳钢共晶温度以下。以此方式，可硬化接近内表面412的区域，而更远离内表面412的区域可在感应硬化过程期间进行回火。
根据示例性实施例，可以选择用于感应硬化的功率和频率以控制衬套400的内部部分404的深度TI。在内部部分404的深度TI中，感应硬化期间的温度可升高到约800℃到约1000℃之间。在一些示例性实施例中，温度可以在内部部分404的深度TI内升高到约850℃与约950℃之间。例如，可以执行感应加热，使得接近内表面412的温度是大约900℃。
如上文所论述，当内部部分404的深度TI内的温度在约800℃至约1000℃的范围内时，芯部分406中的温度低于内部部分404处的温度。在示例性实施例中，在感应硬化过程期间，芯部分406内的温度可以在约500℃至约800℃的范围内。在一些示例性实施例中，在感应硬化期间芯部分406内的温度可以在约650℃至约750℃的范围内。因此，当内部部分404硬化时，芯部分406可以同时回火。
在示例性实施例中，用于感应硬化的时间范围可以在约3秒至约3小时的范围内。例如，感应加热过程可以在925℃下执行15秒。在执行感应加热过程之后，衬套可以在空气中淬火。备选地，淬火过程可以在任何合适的介质中，如盐浴、油和/或水中。
在感应加热过程之后，衬套400可以在内部部分404中硬化并且在芯部分406中软化。外部部分404可以与当该部分作为框704的直接硬化过程的一部分硬化时基本上不变。因此，在感应硬化过程之后，内部部分410和外部部分404的硬度可以在约55HRC到约64HRC的范围内，并且芯部分406的硬度可以在约39HRC到约52HRC的范围内。在其它示例性实施例中，内部部分410和外部部分404的硬度可以在约58HRC到约62HRC的范围内，并且芯部分406的硬度可以在约40HRC到约45HRC的范围内。
应注意，方法700的一些操作可以不按所展示的顺序执行，具有额外元件和/或不具有一些元件。方法700的一些操作还可基本上同时进行，并且因此，可以以与上文所示的操作顺序不同的顺序结束。
工业适用性
本公开描述了用于改进部件(如用于履带型机器100的部件)的耐磨性和韧性的系统、结构和方法。这些改进的部件可包括在机器100的履带链组件160中使用的衬套204。如本文所公开的，衬套204可以具有硬的耐磨的外部部分和内部部分，以及软芯部分。软芯部分提供衬套204的高水平的韧性，而硬的外部部分和内部部分在操作期间提供高水平的耐磨性和减少的咬粘。尽管在履带型机器和这些履带型机器的底盘的背景下论述了衬套204和形成衬套204的程序，但应认识到，衬套204和形成其的机构适用于广泛的机械系统，如可受益于衬套和/或其它零件的改进耐磨性的任何机械系统。
由于本文所述的系统、设备和方法，诸如衬套的机器的消耗性零件可具有更长的使用寿命。例如，本文中所描述的履带衬套204可具有比并非由本文中所描述的机构形成的传统衬套204更长的使用寿命。在一些情况下，衬套204和/或其它部件可以允许履带型机器100的消耗性零件的磨损寿命的25％至400％的改进。这减少了现场停机时间，降低了维修和维护的频率，并且总体上降低了诸如履带型机器100的重型设备的成本。改进的可靠性和减少的现场级停机时间还改善了用户体验，使得机器100可以专用于其预期目的更长的时间和其寿命的整体更大的百分比。改进的机器100正常运行时间和减少的计划维护可以允许更有效的资源部署(例如，在施工现场更少但更可靠的机器100)。因此，本文公开的技术改善了项目资源(例如，建设资源、采矿资源等)的效率，提供了项目资源的更长的正常运行时间，并且改善了项目资源的财务绩效。
尽管参考以上实施例已经特别地示出并描述了本公开的各方面，但本领域技术人员将理解的是，在不脱离所公开的内容的精神和范围的情况下，可通过对所公开的机器、系统和方法的修改而设想到各个附加实施例。这样的实施例应当被理解为落入如根据权利要求书及其任何等同物所确定的本公开的范围之内。
除非本文另有指示，否则本文对值范围的叙述仅仅旨在用作分别提及落入所述范围内的每个独立值的速记方法，并且每个独立值并入到说明书中，如同在本文中分别叙述一样。本文描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行，除非本文另外指明。

Claims (10)

1.一种制造衬套(204)的方法，包括：
执行粗制衬套的直接硬化，所述粗制衬套由碳含量按重量计大于0.8％的高碳钢形成，其中所述高碳钢包括渗碳体晶体结构；以及
在所述粗制衬套的内表面(302)上执行感应硬化以形成所述衬套(204)的硬化内部部分(410)和所述衬套(204)的软芯部分(406)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述高碳钢包括52100钢。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述内部部分具有至少55HRC的硬度，并且外部部分具有至少55HRC的硬度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中执行所述直接硬化进一步包括：
将所述粗制衬套加热到至少800℃持续预定时间段；以及
使所述粗制衬套淬火。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述内部部分(410)的厚度与所述衬套(204)的厚度的比率在1∶20到1∶2的范围内。
6.一种衬套(204)，包括：
外表面(402)和与所述外表面(402)相对的内表面(412)，所述内表面(412)限定具有基本上恒定的直径的通道，所述通道从所述衬套的第一端(208)基本上居中地穿过所述衬套(204)延伸到所述衬套(204)的与所述第一端(208)相对的第二端(206)；
内部部分(410)，所述内部部分包括所述内表面(412)；
外部部分(404)，所述外部部分包括所述外表面(402)；以及
芯部分(406)，所述芯部分设置在所述内部部分(410)与所述外部部分(404)之间，其中：
所述芯部分(406)具有的HRC值低于所述内部部分(410)的HRC值和所述外部部分(404)的HRC值。
7.根据权利要求6所述的衬套，其中：
所述内部部分具有至少55HRC的硬度；
所述外部部分具有至少55HRC的硬度；并且
所述芯部分具有小于52HRC的硬度。
8.根据权利要求6所述的衬套，其中所述内部部分(410)和所述外部部分(404)具有基本上马氏体的晶体结构。
9.根据权利要求6所述的衬套，其中所述衬套包括碳含量按重量计大于0.8％的高碳钢。
10.根据权利要求6所述的衬套，其中所述外部部分具有至少5mm的厚度。
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