CN1486401A - 包含粉末冶金部件的滚动轴承 - Google Patents
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Abstract
一种滚动轴承,包括一内圈、滚动元件和一外圈。根据本发明的一个方面,所述内圈利用M62钢通过粉末冶金技术制成,而外圈为传统的钢圈。根据另一个方面,具有至少一个通过粉末冶金技术制成的部件的滚动轴承处于有效润滑条件下。
Description
本发明涉及一种滚动轴承,它包含有内圈、滚动元件和外圈,所述外圈由通过铸造、锻造和机加工制成的滚珠轴承钢构成。这种滚动轴承是已知的。在没有润滑剂的高温作业下(例如伦琴射线设备)工作滚动轴承的存在也是已知的。为了承受高温,这种滚动轴承的所有部件均采用高合金粉末冶金技术制造而成。
用于承受高负载且在较低温度条件下工作的滚动轴承是在有效润滑的条件下进行的。例如,齿轮箱中的油借助泵或者齿轮的运动而循环。如果这种滚动轴承未进行密封,则润滑剂仅可以到达滚动元件和内、外圈之间的表面。
为提高使用寿命,许多应用是在密封条件下进行的,即未考虑对可能被污染的油进行更换。
然而,已经发现,尤其是在运行过程中,而且在随后的阶段中,润滑剂均可能被污染。不良的操作条件也可会使污染加剧。在造纸厂的齿轮传动中可以找到这样的例子。
由于在润滑剂中存在污染,所以滚动轴承的相对使用寿命显著降低。通常,故障是由于滚动接触疲劳机理造成的,这会加速磨损和相对表面疲劳损伤。硬质颗粒(例如润滑剂中的污染物)对轴承的部件造成损伤,并且这种硬质颗粒被嵌入到滚动轴承表面中。由于金属与金属之间在凹凸不平的突起处接触,因而所产生的环圈和滚动元件的高粗糙度将导致很差的润滑条件。在滚动运动过程中紧密、强烈的剪切会引发表面裂纹并加速裂纹扩展,从而与没有污染的润滑条件相比缩短了轴承的寿命。
在日本专利申请09 025 938中公开了一种轴承,该轴承具有一个普通的内圈和一个由两个外圈部件构成的外圈,所述两个外圈部件被烧结在一起,并通过烧结合金制成,随后用润滑油对其进行浸渍。
本发明的目的是提供一种滚动轴承,其可以抵御润滑剂中的(硬)污染物的不利影响,即,它可防止由于滚动接触疲劳造成的早期故障。
这意味着该滚动轴承应当至少满足下述要求:
用以防止高表面粗糙度及由此造成的金属紧密、强烈剪裂的高耐磨度;
高局部韧性和抗裂纹生长性。
根据该发明,这一目的是通过使所述内环通过由高合金粉末冶金技术制成的滚珠轴承钢构成而实现的。
该发明还涉及具有至少一个通过高合金粉末冶金技术制造的部件(例如环圈)以用于对一轴进行支承的滚动轴承的应用,其中,所述滚动轴承处于有效润滑条件下。
从EP 0875588 A2和EP 0076027 A2中可知,已知对于需要良好耐磨性、韧性、强度和耐热疲劳和振动性能的工具,需要采用含有高体积分数的硬质微细碳化物的材料。
现在,已经令人惊奇地发现,这种具有高体积分数的硬质微细碳化物的微结构/显微组织在被污染的润滑条件下可以更好地工作。这意味着,如果滚动轴承的部件是由这种材料制成的,则由于滚动接触疲劳引起故障的可能性将显著降低。
已经发现,特别是滚动轴承的内圈容易产生滚动接触疲劳故障。然而,对于轴承的其它部件来说,采用粉末冶金技术进行生产也是有益的。
根据本发明的一个优选实施例,该粉末冶金材料包括M62钢。这是一种以重量百分比计,具有1.3-1.4%的碳(C)、最多0.035%的硫(S)、3.50-4.25%的铬(Cr)、1.75-2.20%的钒(V)、5.75-6.50%的钨(W)和10.0-11.00%的钼(Mo)的钢。这种粉末钢可以通过真空感应、氮气雾化、混合、筛分、装填或装罐和去气来制备。可以通过在球化退火之后进行旋转热棒材锻造实现成型。
如果滚动元件或外圈由非PM钢(非粉末冶金钢)构成,则可以获得低成本的滚动轴承。这意味着仅有经受接触疲劳载荷最大的部件由具有最高耐受性的材料制成。
根据本发明的导致滚动接触疲劳使用寿命显著提高的微结构的一个例子为,以体积百分比计,包括有12-15%的0.5-3微米的M6C碳化物和大约8%、尺寸大约为1纳米的M23C6碳化物。该碳化物嵌入到基体中,所述基体是通过在高温下进行回火以产生微细M23C6析出物而制成的。高温回火导致韧性提高,并且因此降低了裂纹的成长速度,并且防止了表面疲劳剥落。
现在参照附图对本发明进行说明,其中:
图1表示根据本发明生产的滚动轴承的一部分的透射电子显微照片;
图2表示粉末冶金M62钢(PM M62钢)的硬度数据;
图3表示与其它钢的热硬度数据的比较;
图4是韧性数据;
图5是与其它材料的滚动接触疲劳强度的比较;
图6是轴承寿命/工作在润滑条件下;
图7是滚动轴承钢的特性概要。
在图1中,表示出了一个包含有M6C碳化物和M23C6碳化物的金属材料的一部分的透射电子显微照片。它是具有上面给出的成分的PM M62钢。
在图2中,表示出了在几个温度下的PM M62钢的硬度数据。很清楚,淬火温度从1150℃到1205℃的提高将导致硬度的充分提高。
图3表示几种材料的热硬度(高温硬度)。清楚地表明了PM M62的优异特性。
图4表示PM M62的韧性与马氏体3级(52100)材料的比较。
图5表示在污染的工作条件下并在深槽滚珠轴承中使用时,与VIM(真空感应熔融)-VAR(真空重熔)52100钢相比较,本发明的PM M62材料的L50的提高。很明显,PM材料具有优异的特性。
这也可以通过图6加以确定,其中示出了申请人提出的钢材、渗碳钢(carbonitrated steel)和PM M62材料;最后,图7示出了在滚动轴承中使用的几种钢的特性的概括情况。根据本发明的应用,将粉末冶金技术(特别是,PM M62钢技术)用于滚动轴承中(特别是,滚动轴承的内圈中),其接触载荷、温度、润滑污染水平接近由标准滚动轴承钢制造的滚动轴承的能力。如果说标准钢的问题是使用寿命短或者需要减小轴承的尺寸,则可以采用上述粉末冶金技术。其一些用途为用于无限变速传动的粉末滚子。然而,在存在污染问题的领域内的一些应用也在本发明的用途范围内。如上所述,本发明不限于用于内圈,也可以用于外圈和滚动轴承元件。
所附权利要求包括了上面没有描述但是对于本领域人员而言、在阅读了上面的说明之后可以显而易见地得出的实施例。
Claims (8)
1、一种滚动轴承,包括:一内圈、滚动元件和一外圈,其中,在滚动元件和其周围之间提供液体接触,所述外圈由通过铸造、锻造和机加工制成的滚珠轴承钢构成,其特征在于,所述内圈由通过粉末冶金技术制成的滚珠轴承钢构成。
2、一种滚动轴承的应用,所述滚动轴承包括一外圈、一内圈和位于它们之间的滚动元件,其中,至少该内圈由通过粉末冶金技术制成的材料构成,其特征在于,所述滚动轴承处于有效润滑条件下。
3、如权利要求1或2所述的滚动轴承或其应用,其特征在于,所述粉末冶金部件由M62钢构成。
4、如前述任一权利要求所述的滚动轴承或其应用,其特征在于,所述粉末冶金部件包括PM M62钢。
5、如前述任一权利要求所述的滚动轴承或其应用,其特征在于,所述滚动元件由非PM钢构成。
6、根据前述任一权利要求所述的滚动轴承或其应用,其特征在于,所述粉末冶金部件的表面结构包括以体积百分比计10-17%的M6C碳化物和约8%的M23C碳化物。
7、如权利要求6所述的滚动轴承或其应用,其特征在于,所述M6C碳化物具有0.5-3μm的颗粒尺寸。
8、如权利要求6或7所述的滚动轴承或其应用,其特征在于,所述M23C6碳化物具有大约1nm的颗粒尺寸。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20061108 |
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