CN1516745A - 履带轴套及其制造方法和制造装置 - Google Patents
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Abstract
一种履带轴套及其制造方法和制造装置,为了导入冷却履带轴套内圆周面的冷却介质,将具有比履带轴套内径小的外径的导入管配置在内圆周面侧,并用以球面或与其类似曲面构成的方向变换部件将流入该导入管的冷却介质变换方向并使其沿与履带轴套(1)的轴线方向平行地流动于由该导入管外圆周面和履带轴套内圆周面围成的空间内而进行层流冷却。其目的是在进行内径小的履带轴套或两个以上重叠淬火的履带轴套的内圆周面上形成无不均匀淬火层。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于如推土机等建筑机械的履带轴套及其制造方法和制造装置,更详细的是涉及具有显著耐磨性、耐冲击疲劳性的履带轴套及用更简便的装置以低成本生产该履带轴套的履带轴套制造方法和制造装置。
背景技术
以往,建筑机械的履带51由图23所示的各种部件组构成,特别是履带轴套52,由于其与传递来自最终减速装置的旋转运动的链轮齿噛合并具有使履带51转动的功能,所以在要求其内外圆周面有耐磨性的同时,作为轴套要求具有严格的强度及韧性。另外,作为高速行走的履带,为了防止履带销53与履带轴套52烧熔,而使用在其间隙中封入润滑油的油封履带,此时,由于不仅要求与链轮直接接触的外圆周面的耐磨性,如图24所示,还要求履带轴套端面的密封平坦部61与防尘密封垫(法兰密封垫)62用润滑油密封,所以要求至少在上述平坦部61上碰到防尘密封垫62位置的范围(从外周面到壁厚t的约1/2处为磨损后的位置)通过淬火而充分地硬化。
为了满足这些必要的特性,以往,在制造该履带轴套时,实施如下所示的方法。
①对表面淬火钢实施渗碳处理,在内外表面层形成高硬度马氏体,以实现其确保耐磨性及强度(参照特公昭52-34806号公报)。
②使用中碳钢,将原料调质的轴套毛坯的内外圆周部分别用高频淬火在其内外表面层形成高硬度的马氏体,并通过从外圆周面的高频淬火进行深度淬火以后,从内圆周面高频淬火并在外·内圆周面硬化层之间回火形成V字形的由马氏体构成的硬化层,以实现确保耐磨性及强度(参照特公昭63-16314号公报)。
③提供一种能制造耐磨性显著的履带轴套并且廉价的制造方法,这种方法,将中碳钢的轴套毛坯加热到能一次淬火处理的温度以上,将内圆周面先进行冷却规定的时间以后停止从外圆周面的冷却,或一边用高频加热将外圆周面加热一边进行内圆周面冷却,在规定时间以后停止外圆周面加热并进行外圆周面的冷却的一系列的淬火操作,以此从轴套外圆周面及内圆周面向壁厚中心部形成淬火硬化层,并在两淬火硬化层之间持有残留有软质未淬火层的呈U字形的圆滑硬度分布、且形成比从内圆周面开始的硬化层深度更深的从外圆周面开始的硬化层深度(参照特开平11-61264号公报、特开平11-236619号公报)。
但是,在上述①的渗碳法中,由于履带轴套的端部也被均匀地渗碳硬化,所以虽然作为油封轴套的功能良好,但为了提高外圆周面上的耐磨性必须加深渗碳硬化层,所以需要加长渗碳时间,并且有因使用大量渗碳气体等的成本问题。另外,例如在轴套的壁厚较厚的大型履带轴套上,由于从强度、耐磨性的观点出发需加深硬化层深度,所以会引起降低生产率及成本上升的问题。并且,因在内外圆周面上渗碳加热时间所需长时间而形成数十μm晶面氧化层或不完全淬火层,所以容易引起疲劳强度和耐冲击特性恶化的问题。
另一方面,在上述②的高频淬火法中,虽然与①的渗碳法相比成本得到改善,但必须进行从外圆周面及内圆周面的两次淬火处理,而不获得能充分的生产率的改善及降低成本的热处理。并且,该高频淬火法不可避免在油封履带轴套的端面部有淬火部分的不均匀或遗漏,确保作为防止向轴套内圆周部浸入沙土的防尘密封垫的耐磨性上有问题。
另外,在上述③的先进行冷却内圆周面以后再冷却外圆周面的方法中,具有能以一次的淬火操作并以极低的成本制造耐磨性显著的履带轴套的优点,但当在用喷射冷却进行内圆周面的冷却时,通常,在该喷射冷却中,大多为了提高其热传导率而将被冷却面设在距喷嘴孔径的约10倍的距离,另外,因喷水的排出性不好,所以在用于更小孔径的圆筒管内圆周面的冷却时,有得不到均匀冷却和充分冷却的问题。特别在用于内径小的履带轴套时,或在以为了提高生产率为目的而对两个以上的履带轴套在将其端面部重叠的状态下实施内圆周面的淬火时,具有不能避免内圆周面的淬火不均匀并难于提高生产率及降低成本的问题。
另外,如特开平11-236619号公报所述,通过从外圆周面的高频加热将轴套毛坯整体暂时加热到能淬火的温度以后,一边继续外圆周面的加热一边先行实施内圆周面的冷却,在规定的时间以后停止外圆周面的加热并冷却其外圆周面,用这种方法,与冷却时间相比其加热时间长,且越提高加热速度则履带轴套的外圆周面与内圆周面相比就越被过加热,在淬火时有容易发生淬裂的问题,这是阻碍实现充分的生产率及稳定质量的重要原因。并且在过加热时,由于对装卡履带轴套的装具也进行在加热后反复被淬火介质冷却的循环,所以也有装具的耐久性的问题。
另外,如上所述,对于两个以上的履带轴套,在将其端面部重叠的状态下实施内圆周面的淬火时,因重叠而在履带轴套两端面的密封平坦部不能确保稳定的淬火硬化层,有不能用于油封轴套的问题。
并且,在用于对内圆周面喷射冷却时,难于完全隔断从与履带轴套两端面部接触且分离内圆周面侧与外圆周面侧的水流的隔板和轴套端面部之间的内圆周面的冷却介质的泄漏,并不能完全避免在上述油封履带轴套的端面部分的淬火部分产生不均匀或遗漏,必须要进行作为用于防止向轴套内圆周部浸入沙土的防尘密封垫的确保耐磨性的检查。
另外,即使用高频淬火法能以良好生产率形成淬火硬化层,但在淬火后实施的低温回火处理中需要大规模的回火炉,所以有其生产线也变得规模大的问题。另外,即使进行高频回火,也必须要进行内、外圆周面的回火加热,有生产率不高的问题。
本发明鉴于上述问题点,其目的在于提供一种履带轴套及其制造方法以及制造装置,通过由冷却介质的管内层流实施内圆周面冷却,能在内径小的履带轴套或两个以上重叠进行淬火的履带轴套内圆周面上形成均匀淬火层,可以实现比渗碳处理或高频淬火处理更能改善生产率及成本。
另外,本发明的目的在于提供一种履带轴套制造方法以及制造装置,通过将内圆周面进行管内层流冷却,能够完全隔断从与履带轴套端面部接触的分离水流用隔离装具的间隙向内圆周面泄漏冷却介质,并且通过隔离装具以减缓从轴套两端面附近的内圆周面的冷却速度,可以将其端面的密封平坦部淬火硬化,因此也可以适用于油封履带轴套。
并且,本发明的目的在于提供一种不需要从内圆周面的加热且能对小内径的长的圆筒状钢管的内圆周面可靠地淬火、所以可以廉价地制造具有必要的耐磨性及强度的圆筒状通用部件的方法及装置。
并且,本发明的目的还在于提供一种制造履带轴套的方法及装置,在为了废除或简化对淬火后的履带轴套实施回火处理的工序而在边实施从外圆周面的高频加热边先行实施从内圆周面的冷却、且在规定的时间以后进行从外圆周面的冷却的一系列的淬火操作中,进行直至从外圆周面的高频随后加热中或停止高频加热并开始外圆周面冷却期间,将从内圆周面的冷却停止规定时间,因从外圆周面向内圆周面的热扩散而在短时间内将内圆周面回火,并实施内圆周面的再冷却,且在规定的时间后进行从外圆周面的冷却的一系列的淬火操作,以此使内圆周面淬火硬化层回火形成马氏体组织,从而废除外圆周面的淬火硬化层的回火处理,用实施从外圆周面的短时间的高频回火能廉价制造具有充分韧性及耐磨性的履带轴套。
发明内容
本发明中的第1的特征为:使用分隔装具,在冷却履带轴套内圆周面时减缓其两端面附近的内圆周面的冷却,并通过从外圆周面的高频追加加热有效地将两端面部加热而使用将内圆周面冷却介质与外圆周面冷却介质隔开,以此,将两端面的密封平坦部的表面层淬火硬化到从外圆周面的壁厚的1/2以上的宽度。并且,通过将相同原理的分隔装具配置在两个履带轴套之间,能将必须具有端面部硬化层的油封用履带轴套淬火,能显著提高生产率。
在此,上述从外圆周面的高频追加加热,是在将履带轴套毛坯整体加热到能进行淬火处理的温度的操作以后,
①将一边先行冷却履带轴套的内圆周面、一边维持外圆周面能被淬火处理温度的加热称为追加加热,另外如后所述,在将用另外设置的炉内加热或高频加热的装置加热的履带轴套转移到淬火装置上并进行一系列淬火操作时,不仅进行上述追加加热,
②消除在向淬火装置的手工操作时容易发生的外圆周面上的局部温度不均匀。
③即使更高设定炉内加热的履带轴套的外圆周面温度并用更长的内圆周面先行冷却时间,外圆周面温度不会过冷却,能使轴套壁厚内部稳定地形成软质的未淬火层并且容易形成外圆周面淬火硬化层。
④将履带轴套的外圆周面的淬火硬化层回火。
等为目的的操作。在本发明中,将上述①的加热称为追加加热。
根据本发明的履带轴套的制造方法,第1要点,其特征在于:
从履带轴套外圆周面进行高频加热、并且在履带轴套的两端面部压装分隔装具以便使内圆周面冷却介质与外圆周面冷却介质互不干涉、同时使用单独进行内圆周面冷却与外圆周面冷却的淬火装置,在从外圆周面用高频加热将履带轴套毛坯整体加热到能进行淬火处理的温度、或将在其他工序整体加热到能进行淬火处理的温度的履带轴套毛坯装到能从外圆周面进行高频追加加热的淬火装置上以后,先行实施从该履带轴套毛坯的内圆周面的冷却,经过规定的时间以后实施从外圆周面的冷却,或一边实施从外圆周面的高频加热一边先行实施从内圆周面的冷却,经过规定的时间以后实施停止从外圆周面的高频加热并进行冷却的一系列淬火操作,在该操作中,通过使用具有延迟履带轴套两端面附近的内圆周面的冷却、及/或由从外圆周面的高频追加加热而有效地加热两端面部的形状的分隔装具,从外圆周面及内圆周面朝向壁厚中心部形成淬火硬化层,并在该外圆周面侧及内圆周面侧的两淬火硬化层之间残留软质的未淬火层,而且使从外圆周面侧的硬化层深度形成得比从内圆周面侧的硬化层深度深,且将上述未淬火层的组织形成为含有在从淬火温度的冷却过程中析出的铁素体、珠光体及贝氏体中的一种以上的组织,将两端面的密封平坦部的表面层淬火硬化到使其宽度超过从外圆周面起的壁厚的1/2以上。
其次,本发明的第2个特征为:在一边实施上述的从外圆周面的高频追加加热,或结束其高频追加加热,一边在将内圆周面先行冷却的途中、短时间地终止该先行冷却且使外圆周面侧的热向内圆周面侧扩散移动以后,实施外圆周面的冷却和内圆周面的再冷却,以此形成因在内圆周面的短时间的高温回火的马氏体组织的硬化层,并在外圆周面上形成更硬质的马氏体组织的硬化层。
本发明的履带轴套的制造方法,第2要点,其特征在于:
从履带轴套外圆周面进行高频加热、并且在履带轴套的两端面部压装分隔装具以便使内圆周面冷却介质与外圆周面冷却介质互不干涉、同时使用单独进行内圆周面冷却与外圆周面冷却的淬火装置,在从外圆周面用高频加热将履带轴套毛坯整体加热到能进行淬火处理的温度、或将在其他工序整体加热到能进行淬火处理的温度的履带轴套毛坯装到能从外圆周面进行高频追加加热的淬火装置上以后,先行实施从该履带轴套毛坯的内圆周面的冷却,或一边实施从外圆周面的高频加热一边实施从内圆周面的冷却,经过规定的时间以后实施从外圆周面的冷却,或停止从外圆周面的高频加热并实施冷却的一系列的淬火操作,在该操作中,包括在从外圆周面的高频加热中或在停止该高频加热到结束外圆周面冷却的期间,停止从内圆周面的冷却,并通过从外圆周面向内圆周面的热扩散在短时间将内圆周面回火的工序,以此形成从外圆周面及内圆周面朝向壁厚中心部的淬火硬化层,同时在该外圆周面侧及内圆周面侧的两淬火硬化层之间残留软质的未淬火层,并且使从外圆周面侧的硬化层深度形成得比从内圆周面侧的硬化层深度深,且将上述未淬火层的组织形成为含有在从淬火温度的冷却过程中析出的铁素体、珠光体及贝氏体中的一种以上的组织,使内圆周面淬火硬化层回火并形成马氏体组织。
在本发明中,所谓的停止从上述内圆周面的冷却,是指在从外圆周面的高频加热中或停止该高频加热并到开始外圆周面冷却期间,停止从该内圆周面的冷却,通过从外圆周面向内圆周面的热扩散,在短时间内将内圆周面进行回火以后,实施内圆周面的再冷却。
上述各发明中,通过高频加热将上述外圆周面短时间回火。
另外,在上述各发明中,分隔上述内圆周面冷却介质与外圆周面冷却介质的分隔装具,被压装在履带轴套两端面的密封平坦部及/或内圆周面倒角部,其接触部的介质泄漏极其微小。
在上述的一边实施从外圆周面的高频追加加热,或在结束其高频追加加热、一边在对内圆周面先行冷却的途中短时间终止该先行冷却时,外圆周面侧的热向内圆周面侧扩散移动且内圆周面侧的温度上升。此时,在内圆周面的先行冷却中,在内圆周面侧已经形成马氏体时,在该马氏体上被急速地回火并赋予其韧性。例如在将壁厚为8mm的履带轴套以6kHz的高频加热电源整体加热到950℃以后,一边实施从外圆周面的高频追加加热以将外圆周面温度保持在950℃、一边对内圆周面实施5秒钟的层流水冷却,在将该高频加热与内圆周面冷却中断1秒钟期间,内圆周面温度因从外圆周面侧的热流入从150℃被再加热·回火到500~600℃。然后,通过同时实施外圆周面的冷却及内圆周面的再冷却,在内圆周面上形成被短时间高温回火的马氏体组织的硬化层,并且在外圆周面上形成更硬质的马氏体组织的硬化层。通过利用该方法,可以制造不需在其他工序的将内圆周面的低温回火处理的履带轴套。并且,在需要于外圆周面的更硬质马氏体韧性时,为了达到只将外圆周面高频回火处理的目的,不需要以往的大规模的低温回火设备,特别是,若进行由本淬火装置的高频加热的短时间回火处理,则可以实现极低的低成本化,并且也可以显著地提高其生产率。
在用上述的从外圆周面的高频加热的履带轴套的整体加热之后,一边将内圆周面先行冷却一边实施从外圆周面的高频追加加热时的电力接入,是通过从内圆周面的冷却、外圆周面温度至少为A3线温度以上作为在外圆周面形成淬火硬化层的条件,通常设定为保持在800℃以上的温度。为了实现该目的,最好一边自动地测量外圆周面温度一边确保用外圆周面冷却的外圆周面淬火硬化层的质量,具有在生产线设备上的该功能,在质量管理上是极其有效的。另外,作为外圆周面温度的测量方法,使用光温度计的非接触测定或用热电偶的接触式中的任意一种都有效。
另外,在实施上述从外圆周面的高频追加加热时,当履带轴套为薄壁时,例如为10mm的壁厚时,由于在实施1kHz的高频加热时高频加热的加热浸透深度达到内圆周面,所以最好选择3kHz以上的频率。因此,由于既希望在整体加热时用加热浸透深度深的低频率的加热,又希望在上述高频追加加热时用高频率的加热,所以作为淬火装置的加热电源,最好使用可以振荡2种频率的电源或2种以上频率的电源。因此,在其他工序实施用低频率的整体加热以后,将被加热的履带轴套配置在淬火装置上,并实施用高频率的追加加热,从省电及生产率、质量的观点出发是理想的。但是,从生产率与设备投资的观点出发,用1种频率的高频电源有效地实施整体加热及追加加热的两方是理想的,作为此时的电源,从频率及加热浸透深度的观点出发,根据履带轴套壁厚(约6~30mm),最好使用1~20kHz的电源。
另外,关于上述浸透深度,在一边对内圆周面进行先行冷却、一边对外圆周面加热时,马氏体被形成达到内圆周面的规定深度,并且为了在其壁厚内部进行珠光体变态,在该范围内实行强磁性体化且上述加热浸透深度减少到在常磁性的奥氏体状态的加热浸透深度的约1/30(αFe的浸透深度p(mm)的近似式;p=16/(√f),γFe的浸透深度p(mm)的近似式;p=500/(√f),其中f为频率(Hz)),可以认为上述的操作受频率的影响不很明显。但是,最好近似地参考上述频率的选定。
并且,如上述的第1特征及第2特征所述,是对履带轴套的内圆周面进行先行冷却,且在规定时间以后进行外圆周面冷却的淬火操作(TimeShift Quench(TSQ)),是通过内圆周面先行冷却而在内圆周面侧形成淬火硬化层,并且,在靠近中央部形成了铁素体、珠光体、贝氏体以后,通过外圆周面冷却在外圆周面侧形成淬火硬化层的技术,但由于当履带轴套的壁厚较薄时,在形成铁素体、珠光体、贝氏体之前或充分形成之前,外圆周面容易被冷却,所以最好尽量将履带轴套整体加热温度设定得高(例如900~1000℃)。在将上述履带轴套毛坯整体在其他工序用加热炉加热时,最好用淬火装置所具有的高频加热装置,以短时间从外圆周面进行再加热。
另外,如上述的第1特征及第2特征所述,实施从履带轴套的外圆周面的高频追加加热,同时实施内圆周面的先行冷却,并在规定的时间以后停止从外圆周面的高频追加加热且冷却外圆周面的淬火操作(TimeShift Induction Quench(TSIQ)),是以通过上述TSQ的内圆周面的先行冷却而不冷却外圆周面的方式而由从外圆周面的高频感应给予追加加热,即使在履带轴套的壁厚薄时,或用于履带轴套毛坯的钢其淬火性高时也能在履带轴套壁厚内部充分形成铁素体、珠光体、贝氏体,并且最好在外圆周面侧更深地形成淬火硬化层。
其次,本发明的第3特征为,为了在内径更小的履带轴套上,形成在内圆周面上无不均匀、且更均匀的淬火硬化层,或以提高生产率为目的,为了在将两个以上的履带轴套的端面部彼此重合成的小内径长圆筒体上,形成在内圆周面上无不均匀、且更均匀的淬火硬化层,而停止向内圆周面的喷射冷却,将导入冷却介质的管配置在轴套内径部,并使该冷却介质在具有小于履带轴套内径的外径的冷却介质导入管的外圆周面与轴套内圆周面所夹持的空间内,实行沿履带轴套的长度方向、且与热传导面平行流动的管内冷却法(以下,将被与热传导面平行的冷却介质的层流的冷却,简单地称为「层流冷却」)。
本发明的履带轴套的制造方法,第3要点,其特征在于:
使用在将履带轴套毛坯加热到能淬火处理的温度以后、可从内圆周面冷却及外圆周面冷却和/或从外圆周面进行高频加热的淬火装置,先行实施从该履带轴套毛坯的内圆周面的冷却,或实施从外圆周面的高频追加加热、同时先行实施从内圆周面的冷却、经过规定的时间以后实施从外圆周面的冷却,或停止从外圆周面的高频加热并实施外圆周面的冷却的一系列淬火操作,在该操作中,至少履带轴套的内圆周面,通过使平行于其内圆周面且与履带轴套的轴心方向平行的冷却介质流动进行的冷却,在更小内径的长履带轴套或多个履带轴套的内圆周面上形成无不均匀的淬火硬化层,并通过从外圆周面的冷却在外圆周面上形成淬火硬化层,且在该外圆周面侧及内圆周面侧的两淬火硬化层之间残留软质的未淬火层,而且将从外圆周面侧的硬化层深度形成得比从内圆周面侧的硬化层深度深,且将上述未淬火层的组织形成为含有在从淬火温度的冷却过程中析出的铁素体、珠光体及贝氏体中的一种以上的组织。
在上述各发明中,最好通过使冷却介质沿与履带轴套的轴心方向平行流动而对上述内圆周面及外圆周面的至少一方进行冷却。另外,最好用螺旋形线圈进行上述高频加热或高频追加加热,并同时对多个履带轴套淬火。另外,最好用鞍型电感线圈进行上述高频加热或高频追加加热,且在相互邻接的履带轴套之间夹持绝缘体,进行由该鞍型电感线圈的加热。
另外,在同时淬火多个履带轴套时,相邻的履带轴套之间通过能使其端面露出的中间分隔装具而重叠,使与该中间分隔装具相接的履带轴套两端面的密封平坦部的表面层,超过从外圆周面壁厚的1/2以上的宽度被淬火硬化。
并且,为了导入上述内圆周面冷却用的冷却介质,将具有比履带轴套内径小的外径的导入管配置在内圆周面侧,且使流入该导入管的冷却介质在由该导入管的外圆周面与履带轴套内圆周面围成的空间内、与履带轴套内圆周面平行且与该履带轴套的轴心方向大致平行地流动,从而进行层流冷却。另外,上述内圆周面冷却用的冷却介质,在流入上述导入管以后,通过壁面而改变方向且流动于由该导入管外圆周面与履带轴套内圆周面所围成的空间内。
以此,当在上述淬火装置上的履带轴套的装载形态为纵置时,使冷却介质在上述导入管内从下向上流动,且在履带轴套的最上部位置的更上的位置,用由球面或与其类似曲面构成的改变方向部件改变流动方向以后,使其流动于导入管的外圆周面与轴套内圆周面围成的空间内,则内圆周面冷却介质的排出性变的良好。
另外,对于上述层流的发生方法,是从内径喷嘴将喷射状的冷却介质喷在履带轴套的内圆周面上,并填充内径喷嘴与履带轴套内圆周面之间的空间,并且通过将履带轴套的上端侧封闭以形成向履带轴套长度下方的层流的方法,或与其相反,也有通过将履带轴套的下端侧封闭以形成向履带轴套长度上方的层流的方法。另外,虽然用于将沿长度上方的层流层流化的冷却介质的流量可以较少,但为了淬火硬化而必须实现充分的冷却,对此无论如何要使必要的冷却介质量流动,或在排出冷却介质上下工夫,所以就设备而言最好利用朝向上述长度上方的层流。
另外,将多个履带轴套重叠的小内径圆筒体的内圆周面用上述层流冷却可以淬火硬化,可大大提高端面的表面不需要淬火硬化的履带轴套的生产率,且可以大大地抑制对淬火设备的投资。
上述的方向变换部件,是将分别冷却内外圆周面的冷却介质的流动分隔的部件,并且,从极力抑制因从冷却介质导入管流出的冷却介质冲突的冲击或因流动紊乱带入气体或气体滞留的观点出发,其方向变换部位的形状最好是凹形的球面或与其类似的曲面,并且,其曲面形状,在与履带轴套接触的位置最好与该履带轴套的轴向大致平行。根据这样的形状,可以在该接触部使冷却介质充分层流化,根据伯努利的流动原理,在履带轴套与方向变换部件的微小间隙上会产生负压,而不产生冷却介质的向外圆周侧的泄漏,能将在作为油封履带轴套而使用时所必须的轴套端面的表面无不均匀地淬火。
并且,在冷却上述内圆周面时,使用将上述内圆周面冷却介质与外圆周面冷却介质的分隔装具,以延迟履带轴套两端面部附近的内圆周面的冷却,且通过从外圆周面的高频追加加热有效地加热两端面部,以此可将履带轴套两端面密封平坦部的表面层形成从外圆周面起跨过轴套壁厚的1/2以上宽度的稳定的淬火硬化层。
此时,导入管外圆周面与履带轴套内圆周面所围成的空间,其直径差最好在1mm以上,20mm以下。其理由是,下限的1mm,是在考虑到轴套内圆周面的位置与导入管的位置及在高频追加加热时为加热均匀化而需要将轴套以同一轴心转动时的位置精度的要求,及考虑到通过冷却介质在冷却时从履带轴套带出的热量而不被加热过度的要求。另外,上限的20mm,是考虑超过该20mm则需要的水量过多而浪费。另外,在现实中只要为3~10mm则冷却上没问题。
并且,在将上述履带轴套内圆周面均匀淬火时,也应当对用于履带轴套的钢材与淬火性的关系进行讨论,但在使用通常的碳素钢时,冷却介质为水,且如上所述,在实施沿履带轴套的长度方向流动的层流冷却时,对从履带轴套内径与冷却介质的导入管的外径求出的截面面积的单位截面积的水量为9升/min·cm2以上,此时的流速为1.5m/sec以上。并且,为了获得形成无不均匀的淬火硬化层的充分冷却能量,最好对于履带轴套内圆周面、外圆周面的各面积的单位面积的水量为0.1升/min·cm2以上。另外,在利用添加了例如Cr、Mo、Mn、Ni等的各种合金元素且改善了淬火性的钢材时,可以考虑用更少量的冷却介质的淬火可能性,但相反地,通过用廉价的水作为冷却介质能有望在实现降低钢材价格方向的改善。
但是,为了在开始内圆周面冷却之前或在冷却中实施从外圆周面的高频追加加热,当冷却介质的导入管过于接近履带轴套内圆周面时,该导入管本身也受到高频加热,既浪费了多余的能源,又有因加热冷却而使导入管变形老化的危险。因此,导入上述冷却介质的导入管,其在导入管的外圆周面上包覆上具有隔热功能或反射辐射热功能的材料,或套上套子,以此可以实现因缩短加热时间而提高生产率。
另外,如上所述,在冷却介质的导入管本身被高频加热时,通过提高频率可以使加热浸透深度变浅,所以最好用选择适当频率而降低加热的方法。
另外,最好使用由高频加热而几乎不发热的Si3N4、Al2O3、SiO2等的陶瓷材料或Fe-30~50at%Mn合金等的反铁磁性合金,或电阻极大的金属合金(例如镍铬、坎塔尔等)。同样,用于与履带轴套的上下端面接触的冷却介质的分隔装具或夹持于履带轴套之间使用的中间隔离装具的材料也是这样。
关于履带轴套的外圆周面冷却,通常,最好使用喷射淬火装置,但另一方面,有该喷射淬火装置与从外圆周面的高频加热用的感应元件(或线圈)位置关系的问题。即,虽然感应元件越接近履带轴套外圆周面越可以高效率地加热履带轴套,但在结束该加热后且开始外圆周面的喷射冷却时,感应元件成了冷却的障碍,可能产生淬火不均匀。另外,例如在将履带轴套两端面彼此重叠并进行淬火时,当履带轴套较长时,必然在上端部喷射水的落下量多,并干扰了下端部的喷射冷却,因水量过多而使冷却水滞留,因此发生下端部的淬火不均匀。为了解决该问题,如特开平11-236619号公报所述,用一边实施内圆周面冷却,一边移动履带轴套、加热线圈或外圆周面冷却水套中的任意一个,以便使加热线圈不进入外圆周面冷却水套并实施外圆周面冷却的方法,但用这样的方法就有淬火设备变的更复杂的问题。
对于该问题也考虑将高频线圈做成螺旋形,并通过线圈间隙将来自外圆周面冷却水套的喷射用于履带轴套外圆周面冷却,但在这样的情况下,有对线圈冲击引起的喷射的反射流问题,以及当履带轴套外圆周面与高频线圈内径之间的余隙过小时容易引起冷却不均匀的问题。
为了解决该问题,本发明的第4特征在于:在将大致均匀地加热到能进行淬火处理温度的履带轴套内圆周面淬火的装置上,将履带轴套配置在具有比轴套外径更大内径的外圆周用圆筒管内,并一边从外圆周用圆筒管的外侧冷却轴套内圆周面、一边将外圆周面进行高频追加加热,并在加热结束后使冷却介质流动于与轴套外圆周面之间的空间内,用层流冷却法实施其外圆周面冷却。该方法虽然是最简单的方法,但如上所述,由于在于外圆周面冷却水套内不进入追加加热线圈的状态下实施外圆周面冷却,所以不必一边实施内圆周面冷却一边移动轴套、追加加热线圈、外圆周面冷却水套中的任意一个,而使淬火设备更简单化。
本发明的履带轴套的制造方法,其第4要点:在具有上述第3特征的发明中,上述外圆周面的冷却,是将履带轴套配置在具有其内径比履带轴套外径大的外圆周用圆筒体内,并使冷却介质在该外圆周用圆筒体和履带轴套外圆周面之间、与履带轴套外圆周面平行且沿该履带轴套轴心方向流动,进行层流冷却。此时,上述外圆周用圆筒体,其一部分包含鞍型感应元件或螺旋形线圈,或者被配置在该鞍型感应元件或螺旋形线圈的内侧或外侧,并且用绝缘材料使该外圆周用圆筒体难于被感应加热。并且,从外圆周用圆筒体不被感应加热的观点出发,只要具有可以使外圆周用圆筒体在高频加热时不在线圈附近、在外圆周面冷却时能迅速移动到能达到其功能的上述位置的机构,或以将外圆周用圆筒体分割为两个以上的构造而在外圆周面冷却时对合并形成圆筒体的机构即可,并且最好利用廉价、且具有耐久性的金属制造外圆周用圆筒体。
此时,以满足下述条件中的一个以上的条件进行上述内圆周面及外圆周面的层流冷却,即,对于从履带轴套与冷却介质的导入管的外径求出的截面积、以9升/min·cm2以上的冷却介质量,冷却介质的流速为1.5m/sec以上及/或对于从履带轴套的内圆周面、外圆周面的各面积、以0.1升/min·cm2以上的冷却介质量。另外,在上述高频加热时,为了提高均热性,最好能使履带轴套以其圆筒中心轴为大致中心而转动。并且,也可以在停止追加加热后的外圆周面的层流冷却时停止转动。另外,在上述各发明中,用于上述冷却的冷却介质,是水或水溶性淬火液。从上述外圆周面的冷却,也可以利用使其外圆周面均匀冷却的喷射等的射流冷却。另外,在上述淬火处理后实施100℃以上350℃以下的低温回火处理。
其次,用具有上述第1特征的履带轴套制造方法获得的本发明的履带轴套,第1要点,其特征在于:
在将履带轴套毛坯整体加热到能进行淬火处理的温度以后,先行实施从该履带轴套毛坯的内圆周面的冷却,或实施从外圆周面的高频加热,同时先行实施从内圆周面的冷却,经过规定时间以后实施从外圆周面的冷却的一系列淬火操作,从而自外圆周面及内圆周面朝向壁厚中心形成淬火硬化层,并且在该外圆周面侧及内圆周面侧的两淬火硬化层之间残留软质的未淬火层,且使从外圆周面侧的硬化层深度形成得比从内圆周面侧的硬化层深度深,且上述未淬火层的组织为含有在从淬火温度的冷却过程中析出的铁素体、珠光体及贝氏体中的一种以上的组织,并将两端面的密封平坦部的表面层淬火硬化到其宽度超过从外圆周面起的壁厚的1/2以上。
在本发明的履带轴套上,以跨过约全区域来淬火硬化两端面的密封平坦部表面,上述软质的未淬火层,被形成于从壁厚中心起的内圆周面侧,并且避开两端面的密封平坦部而与两端面附近的内圆周面连续。另外,上述淬火硬化层,被实施低温回火处理,并且至少外圆周面及密封平坦部的硬化层的硬度为HV=500以上。
另外,用具有上述第2特征的履带轴套制造方法获得的本发明的履带轴套,其第2要点,其特征在于:
在将履带轴套毛坯整体加热到能进行淬火处理的温度以后,实施从外圆周面的高频加热,同时先行实施从内圆周面的冷却,经过规定时间以后实施从外圆周面的冷却的一系列淬火操作,在该操作中,包括在从外圆周面的高频加热中或停止该高频加热到结束外圆周面的冷却期间、停止从内圆周面的冷却并通过从外圆周面向内圆周面的热扩散在短时间对内圆周面进行回火的工序,以此从外圆周面及内圆周面朝向壁厚中心形成淬火硬化层,并且在该外圆周面侧及内圆周面侧的两淬火硬化层之间残留软质的未淬火层,且将从外圆周面侧的硬化层深度形成得比从内圆周面侧的硬化层深度深,上述未淬火层的组织由含有在从淬火温度的冷却过程中析出的铁素体、珠光体及贝氏体中的一种以上的组织构成,并且内圆周面淬火硬化层由回火马氏体组织构成。
在本发明的履带轴套上,停止从上述内圆周面的冷却,是指在从外圆周面的高频加热中或停止该高频加热并到开始外圆周面的冷却期间,停止从该内圆周面的冷却,通过从外圆周面向内圆周面的热扩散在短时间将内圆周面进行回火以后,实施内圆周面的再冷却。
另外,将两端面的密封平坦部的表面层淬火硬化到其宽度超过从外圆周面起的壁厚的1/2以上。并且,外圆周面淬火硬化层,被实施用高频加热的短时间回火处理,并且至少外圆周面的硬度为HV=500以上。
其次,用于更具体地实现上述的履带轴套制造方法的履带轴套的制造装置,第1要点,
具有:将履带轴套毛坯整体加热到能进行淬火处理温度的加热装置及/或可将履带轴套毛坯从外圆周面高频加热的淬火装置,其特征在于:
上述淬火装置,具有内圆周面冷却装置,该装置是将具有外径比履带轴套的内径小的圆柱体或圆筒体配置在履带轴套的内圆周面侧,并通过使冷却介质流动于在该履带轴套内圆周面与圆柱或圆筒体的外圆周面所围成的空间内,对内圆周面进行层流冷却。
上述淬火装置,进而,将配置在履带轴套的内圆周面侧的圆柱体或圆筒体作为导入冷却介质的导入管,且将流入该导入管的冷却介质变换方向并在由该导入管外圆周面与履带轴套内圆周面所围成的空间内具有方向变换部件,并对内圆周面进行层流冷却。
在本发明中,通过对内圆周面的冷却实施层流冷却,可在将多个小内径的履带轴套在加热装置中加热到能进行淬火处理的温度以后,端面部彼此重合地移到淬火装置中,或在具有淬火装置的高频加热装置中将其从外圆周面高频加热一次以后,先行冷却内圆周面,或实施从外圆周面的高频加热、同时实施内圆周面的先行冷却,并在规定的时间以后停止追加加热,然后冷却外圆周面的一系列的淬火操作,通过以上的操作,生产出从外圆周面及内圆周面朝向壁厚中心形成淬火硬化层,并且具有在该外圆周面侧及内圆周面侧的两淬火硬化层之间残留软质的未淬火层的U字型圆滑的硬度分布,且将从外圆周面侧的硬化层深度形成得比从内圆周面侧的硬化层深度深,上述未淬火层的组织,由包含在从淬火温度的冷却过程析出的铁素体、珠光体及贝氏体中的一种以上的组织构成的多个履带轴套。
在此,上述内圆周面冷却装置,具有气体导入阀,该气体导入阀,在停止内圆周面冷却时、将流动于由上述导入管与履带轴套内圆周面构成的空间的冷却介质向履带轴套外侧排出。并且,导入上述冷却介质的导入管,由于不会因从外圆周面的高频加热而极度过热,所以即使使用廉价的奥氏体类的不锈钢或铜类材料也没有问题,但根据原理最好用被高频加热而几乎不发热的Si3N4、Al2O3、SiO2等的陶瓷材料或Fe-30~50at%Mn合金等的反铁磁性合金制造。
另外,上述履带轴套的制造装置,第2要点,
具有将履带轴套毛坯整体加热到能进行淬火处理温度的加热装置和/或可将上述履带轴套毛坯从外圆周面进行高频加热的淬火装置,其特征在于:
上述淬火装置,包括配置于履带轴套的外圆周面侧且具有比该履带轴套外径大的外径并导入冷却介质的外圆周用圆筒管,使冷却介质流动于该外圆周用圆筒管和履带轴套外圆周面之间,并以层流冷却外圆周面。
在此,导入上述冷却介质的外圆周用圆筒管,由被高频追加加热几乎不发热的Si3N4、Al2O3、SiO2、富铝红柱石等制造。另外,上述外圆周用圆筒体,由上述绝缘性材料构成,或其在一部分上包含鞍型感应元件或螺旋形线圈,或者配置在该鞍型感应元件或螺旋形线圈的内侧或外侧,并且用绝缘材料使该外圆周用圆筒体难于被感应加热。另外,从外圆周用圆筒体不被感应加热的观点出发,可以由外圆周用圆筒体在高频加热时不在线圈附近、而在外圆周面冷却时能迅速移动到能达到其功能的上述位置的机构,或局部包含鞍型感应元件,或者将配置在该鞍型感应元件或螺旋形线圈的外侧的上述外圆周用圆筒体分割成两个以上,并在高频加热时位于从该鞍型感应元件或螺旋形线圈离开的位置且极力避免被感应加热、在冷却时对合并构成外圆周用圆筒体的结构构成。
并且,上述淬火装置,在用于高频追加加热的线圈的内径侧及外径侧的至少一方,配置包围履带轴套的隔热材料,及/或用隔热材料将导入内圆周面冷却介质的导入管的外圆周面包覆。另外,上述淬火装置,还具有在外圆周面冷却开始时刻监视、管理履带轴套外圆周面温度的检查装置。
另外,在本发明中,提供一种为了进一步提高生产率,而将支撑履带轴套的支撑装置、高频加热装置、加压·固定履带轴套的加压装置及冷却装置等组合在一起的系统。
本发明的履带轴套的制造装置,第3要点,其特征在于:
为了在将履带轴套毛坯整体从外圆周面高频加热到能进行淬火处理的温度以后、可进行规定的淬火操作,或在装入于其他工序被整体加热到能进行淬火处理温度的履带轴套毛坯以后可进行规定的淬火操作,而具有支撑装置、高频加热装置、加压装置和冷却装置;所述支撑装置,支撑履带轴套;所述高频加热装置,从被该支撑装置支撑的履带轴套的外圆周面进行高频加热;所述加压装置,为了将分隔装具压装在其履带轴套的两端面上、以便使所述履带轴套的内圆周面冷却介质与外圆周面冷却介质相互不干涉而加压·固定该履带轴套;所述冷却装置,分别独立进行内圆周面冷却及外圆周面冷却。
在本发明中,上述规定的淬火操作,是先行实施从履带轴套内圆周面的冷却,或实施从履带轴套外圆周面的高频加热及先行实施从内圆周面的冷却,同时在规定时间以后实施从外圆周面的冷却的一系列淬火操作,或者在直到开始从外圆周面的冷却的期间,暂时停止从内圆周面的冷却并通过从外圆周面向内圆周面的热扩散而在短时间内将内圆周面回火以后,实施内圆周面的再冷却,并进行从外圆周面的冷却的一系列淬火操作中任意一种操作。
另外,上述高频加热装置,是防止在将多个履带轴套同时加热时设定在相邻接的履带轴套的接触位置或履带轴套之间的分隔装具位置的放电现象的螺旋形线圈。另外,上述支撑装置,可以转动及上下移动。
其次,本发明的第5特征为:由于加热时间比冷却时间长,所以为了避免因过于提高加热速度而使履带轴套外圆周面比内圆周面过加热、在淬火时容易发生淬裂的问题,而另外设置将多个履带轴套在加热炉或以高频加热到能进行淬火处理的温度的装置,以在淬火装置外预先加热的状态,移到可以从上述外圆周面进行高频加热的淬火装置内,并尽可能短地限制在淬火装置内的高频加热时间,以解决上述问题,并可以控制淬火工具等的老化。
本发明履带轴套的制造装置,第4要点,其特征在于:
具有:将履带轴套毛坯整体大致均匀加热到能进行淬火处理温度的加热装置,和可从上述履带轴套毛坯的外圆周面进行高频加热的淬火装置,和将在上述加热装置上加热后的履带轴套毛坯搬运到上述淬火装置中并将在该淬火装置中处理完毕的履带轴套从该淬火装置搬出的搬运装置;上述淬火装置,实施从履带轴套毛坯的内圆周面的先行冷却,同时在规定的时间以后停止从外圆周面的加热并冷却外圆周面。
根据本发明的制造装置(系统),由于可以用加热装置将多个履带轴套整体加热,所以能提高加热的生产率,与在淬火装置内实施整体加热时相比能飞跃地提高生产率,并且可以防止淬火工具类的老化。例如,在将两个外径为59mm、内径为38mm、长度为138mm的履带轴套同时淬火时,用以往的方式在其他工序将内、外圆周面高频淬火,约每30秒能生产一个,而若用本系统,可以每6秒生产一个,可以提高5倍生产率。
附图说明
图1(a)(b)(c)是表示内圆周面冷却用喷嘴实例的剖面图。
图2(a)(b)是表示方向变换部件的变形例的剖面图。
图3是表示分隔装具及其配置的剖面图。
图4(a1)(a2)~(d1)(d2)是表示外圆周用圆筒体实例的剖面图。
图5是表示外圆周层流冷却的水流实例的剖面图。
图6是淬火装置的概略结构图。
图7是表示热处理装置一实例的概略结构图。
图8是用于实施例的履带轴套形状。
图9是表示高频淬火用感应元件形状的剖面图。
图10是表示冷却介质分隔装具形状的剖面图。
图11是表示中间分隔装具形状的剖面图。
图12是表示螺旋形线圈形状的剖面图。
图13(a)(b)是表示内圆周面冷却装置的剖面图。
图14(a)(b)是表示用内圆周面冷却的外圆周件温度变化的曲线。
图15是表示履带轴套C用分隔装具的形状图。
图16是表示用于设定表1的内圆周面先行冷却时间的预备考查结果曲线。
图17(a1)(a2)(b1)(b2)(c1)(c2)是表示履带轴套C的端面密封平坦部附近的宏观腐蚀组织的照片及其说明图。
图18是表示履带轴套C的端面密封平坦部的表面硬度分布图。
图19是表示中断内圆周面冷却的自我回火的履带轴套C的硬度分布曲线。
图20是表示内、外圆周面层流淬火装置的剖面图。
图21是表示冲击疲劳实验装置的图。
图22是表示履带轴套C的冲击疲劳实验结果的图。
图23是履带的分解立体图。
图24是用于说明履带轴套端面的密封平坦部上的密封位置的说明图。
具体实施方式
下面,参照附图说明本发明的履带轴套极其制造方法和制造装置的实施例。
(1)内圆周面冷却用层流喷嘴
在图1(a)(b)(c)中,出示了内圆周面冷却用层流喷嘴实例。它是淬火装置内的履带轴套的纵置时的装载姿态。
在图1(a)所示的实例中,具有比履带轴套1的内径小的外径的导入管2被配置在该履带轴套1的内圆周面侧,在履带轴套1的上端面的密封平坦部上,压装着方向变换部件3。该方向变换部件3,其下端面被形成为球面或与其类似的曲面。因此,冷却介质在上述导入管2内从下向上流动(箭头P),在位于比履带轴套1的最上部位置的更上位置,被方向变换部件3改变了流向以后(箭头Q),其流动于导入管2的外圆周面与轴套内圆周面所围成的空间内(箭头R)。
其次,在图1(b)所示的实例中,在导入管4的外圆周面上实施凹凸加工5,以此更促进了淬火时的蒸汽膜破坏。除此之外的结构等,与图1(a)所示的实例基本相同。
另外,对于图1(a)(b)所示的层流的发生方法,如图1(c)所示,是将来自内径喷嘴6喷射状的冷却介质喷在履带轴套1的内圆周面上,且填满内径喷嘴6与履带轴套1的内圆周面之间的空间,并且由封闭履带轴套1的上端侧而形成朝向履带轴套1的长度下方的层流的方法。在该方法中,必须以与履带轴套1内径大小的关系来调整流量。这就明确了使与先由导入管2产生层流大致相同的关系成立情况。另外,由该内径喷嘴6形成的层流冷却,具有可以向履带轴套的内圆周面上的上、中、下部大致均匀地提供常冷的冷却介质的特征,例如能提高在使用中间分隔装具并将多个轴套重叠、同时将其的外圆周面淬火时的履带轴套之间的间隙部的淬火性,有助于形成履带轴套两端部密封平坦面的淬火硬化层。另外,为了确保在内圆周面的层流的排出性,如图所示,在喷射时付加向下的角度并形成向排水方向的流动,该方法适用于更长的圆筒管的内圆周面冷却。但是,由从上述内径喷嘴6的喷射产生层流发生方法,由于也具有在确保一定以上的流量时、必须开多个喷嘴孔,另外例如在冷却途中停止内圆周面冷却时的控制性恶化等的特征,所以应当从成本及特性的两方面的观点出发进行选择,上述用导入管2产生层流的方法,在成本及中断特性上有利。另外,作为确认层流的机构,最好在透明圆筒管上配置喷嘴,以目视确认消除由喷射产生的汽泡的条件(压力、流量)。
其次,在图2(a)(b)中,表示了方向变换部件的变形例。如其所示,作为方向变换部件,不局限于图1(a)(b)所示的曲面形状,使用图2(a)所示的剖面为三角形形状的方向变换部件3A,或图2(b)所示的剖面为梯形形状的方向变换部件3B也能获得同样的效果。
(2)分隔装具
在图3中,出示了将两个履带轴套重叠并冷却内圆周面时的分隔装具形状及其配置。
如图所示,将内圆周面冷却介质与外圆周面冷却介质分隔的分隔装具,有上部分隔装具7、下部分隔装具8和中间分隔装具9构成。上部分隔装具7和下部分隔装具8,在内圆周面上分别具有防止内圆周面冷却用的薄壁圆筒部7a、8a,并被压装在履带轴套1两端面的密封平坦部和内圆周面倒角部上。另外,中间分隔装具9,在内圆周面上也具有防止内圆周面冷却用的薄壁圆筒部9a、9a,相邻的履带轴套1之间通过该中间分隔装具9而重叠并能使其端面露出。因此,延迟了履带轴套1两端面附近的内圆周面的冷却,且由从外圆周面的高频追加加热能有效地加热两端面部,并能跨过从外圆周面的壁厚的1/2以上的宽度将两端面的密封平坦部的表面层淬火硬化。
(3)用于外圆周面的管内流动冷却的外圆周用圆筒体
图4(a1)(a2)~(d1)(d2)是用于外圆周面的管内流动冷却(层流冷却)的外圆周用圆筒体的实例。
在图4(a1)(a2)所示的外圆周用圆筒体10上,整体成形有鞍形感应元件11和外圆周面冷却用水套12。另外,符号13所表示的是绝缘体,符号14所表示的是铁素体铁。在该例中,从开在外圆周面冷却水套12上的多个喷嘴孔供给能产生层流的冷却介质。
上述外圆周面冷却水套12,不一定必须与鞍形感应元件11一体化,例如已知可以被2分割,只要在高频加热时位于不能用鞍形感应元件感应加热的位置、而在停止高频加热且开始外圆周面冷却时对合而形成圆筒体即可,此时,也表明不需要如绝缘体13所示的复杂的精细加工。
其次,图4(b1)(b2)所示的外圆周用圆筒体15,是埋设了螺旋形线圈16的结构。其中,符号13是绝缘体。另外,图4(c1)(c2)所示的外圆周用圆筒体17,是在螺旋形线圈16的内径部通过绝缘体13配置的圆筒体的结构。
另外,图4(d1)(d2)所示的外圆周用圆筒体18,是在螺旋形线圈16的外径部通过绝缘体13配置外圆周面冷却用水套12的结构。在该实施例中,也和图4(a1)(a2)所示的实例一样,从开在外圆周面冷却水套12上的多个喷嘴孔供给能产生层流的冷却介质。
另外,在该外圆周面冷却水套12上,也与上述2分割的外圆周面冷却水套一样,是有效的分割,此时,也表明不需要如绝缘体13所示的复杂的精细加工。
在这些各外圆周用圆筒体10、15、17、18上,当考虑到外圆周面的层流冷却介质的排出性时,最好是从履带轴套1的上端部侧或下端部侧导入冷却介质并向其反方向侧排出,例如图5的箭头S、T所示,也可以从履带轴套1的两端部侧分别导入冷却介质,并如箭头U、V所示,从中央部排出。或者,也可以相反地从中央部导入并从两端部排出。
(4)淬火装置
在图6中出示的是淬火装置的一实例的概略结构图。
在该淬火装置20上,支柱22被直立设置在底盘21上,并且在该底盘21上支撑着高频加热装置23及冷却装置24,由未图示的升降机构能灵活升降地将第1横臂部件25支撑在上述支柱22的下部,由升降马达26及滚珠丝杠27将第2横臂部件28能灵活升降地支撑在支柱22的上部。在此,上述高频加热装置23,具有与未图示的高频电源连接的高频变换器29、与该高频变换器29连接并被配置在履带轴套1的外圆周面上的螺旋形线圈30。另外,上述冷却装置24,具有用于进行履带轴套1内圆周面冷却的导入管(导水管)2、用于进行履带轴套1外圆周面冷却用水套12,并可以分别控制该内圆周面冷却及外圆周面冷却。
在上述第1横臂部件25上,支撑着能绕与上述导入管2同一轴心转动的、支撑履带轴套1的略呈圆筒形状的支撑装置31,并且支撑着以皮带驱动能使该支撑装置31正反转动的齿轮马达32。另外,在该支撑装置31的上端部上安装了下部分隔装具8。另外,在上述第2横臂部件28上,支撑着用气缸33使其上下运动的加压装置34,在该加压装置34的下端部安装着上部分隔装具7。另外,在上述底盘21上的上述外圆周面冷却水套12相邻位置上,设有由气缸36的动作而能上下移动的外圆周面温度测定用的热观测仪35。
使用这样结构的淬火装置20的淬火操作,是在将履带轴套毛坯整体在其他工序中整体加热到能淬火处理的温度以后,装在本装置上进行,或装在本装置上用高频加热装置23加热以后再进行。在该淬火装置20上,对上述履带轴套1的设定,首先由第1横臂部件25的上升将支撑装置31上升到规定位置,并将履带轴套1装载到该支撑装置31上以后,用升降马达26的驱动将第2横臂部件28下降到规定高度的位置,然后用气缸33的动作使加压装置34下降并将其下端部的上部分隔装具7压在履带轴套1的上端面上。
随后,将第1横臂部件25和第2横臂部件28一起同步下降,以此将导入管2插入履带轴套1的内圆周面侧,并且用螺旋形线圈30及外圆周面冷却用水套12将其外圆周面侧包围。然后,实施从外圆周面的高频加热并实施从内圆周面的冷却,在规定时间以后停止从外圆周面的高频加热并实施冷却的一系列的淬火操作。另外,在外圆周面的追加加热时,为了提高热均匀性,使支撑装置31绕轴心转动,并在停止追加加热后的外圆周面层流冷却时停止其转动。另外,在开始外圆周面冷却的时刻,用热观测仪35测量履带轴套1的外圆周面温度,以确保外圆周面的淬火质量。
(5)热处理装置
图7中出示的是热处理装置的一实例的概略结构。
在该热处理装置40上,设有能将履带轴套1整体大致均匀加热到可淬火处理温度的隧道式高频加热炉41,并设有将用该隧道式高频加热炉41加热的履带轴套1搬运到淬火装置20并将在该淬火装置20处理过的履带轴套1搬出的搬运装置42。
若使用这样的热处理装置40,则可以用隧道式高频加热炉41整体加热多个履带轴套1,所以能提高加热的生产率。并且,将多个这样同时加热后的履带轴套1通过中间分隔装具重叠并在淬火装置20中进行热处理,与在淬火装置内实施整体加热时相比可以大幅度提高生产率。并且,具有可以防止淬火装具类恶化的优点。
以下,说明本发明的具体的实施例。
(履带轴套的准备)
在以下的实施例中所使用的3种履带轴套的形状如图8所示。在这些轴套上,在其端部的内径上形成1~1.5c的倒角。并且,所使用的钢材组分为碳浓度大致为0.5重量%,ID值其轴套A、B为0.85时,轴套C为1.63时的碳素钢。
(实施例1;加热实验1)
在本实施例中,如图9所示,作为高频加热用感应元件,使用的是在内圆周面上埋入了铁素体铁14的鞍形感应元件11。在该鞍形感应元件11的外圆周面上配置了外圆周面冷却用水套12,在其内圆周面上配置了冷却水的导入管(导水管)2。此时,上述铁素体铁14的埋入长度与履带轴套1的长度几乎相同,且鞍形感应元件11为从履带轴套1的外圆周面离开约3mm的形状。并且,作为高频电源使用的是6kHz、300Kw的电源。另外,图9上符号13所表示的是绝缘体。
如图10所示,履带轴套1,其上下端部被将履带轴套内圆周面与外圆周面的各冷却介质分隔的上部分隔装具7及下部分隔装具8固定,在该状态下一边以240rpm速度转动一边被整体加热到约950℃。此时分别向各个履带轴套A、B、C的每一个的接入电力,A:50kW,B:80kW,C:150kW。此时,例如履带轴套B的加热时间约为24秒左右。
但是,在一边转动一边实施从外圆周面的高频加热时,当分隔装具7、8使用的是SUS304等的金属体时,由于已知在与履带轴套的接触部会引起放电,并且接触部附近及端面部会被异常加热,所以在本实施例中以绝缘体的石棉作为分隔装具7、8的材料以防止上述放电现象。另外,在使用上述鞍形感应元件11的加热实验时,最好使用更具耐久性的SiN4、富铝红柱石、Al2O3、石英石等的陶瓷材料作为上述分隔装具7、8的材料。
并且,由于在将两个履带轴套B重叠并实施从外圆周面的高频加热时,在重叠的履带轴套端面部也会引起上述同样的放电现象并被异常加热,所以在此时也将由图11所示的绝缘性优越的石棉构成的中间分隔装具9介于重叠的部位,以防止放电现象。
(实施例2;加热实验2)
在本实施例中,为了防止上述实施例1中所观察到的放电现象,对履带轴套B,使用图12所示的螺旋形线圈16实施了高频加热。并且,该螺旋形线圈16的基本设计,是使用φ10mm的铜管且线圈间隔为10~25mm,并且线圈内径被卷绕的比履带轴套外径大15mm,且使两端部的线圈终端部上的1/2圈与履带轴套端面平行。使用与实施例1相同的高频电源,每一个履带轴套B1所接入的电力为110kW并用来加热。此时,履带轴套B被加热到950℃的时间约为12秒左右。
另外,即使在使用上述的SUS304制造的分隔装具(参照图10)进行加热时,也不会发生在装具接触部的放电现象,可以防止以此为起因的异常加热。
并且,在将两个履带轴套B重叠进行加热时,可以防止在履带轴套被重叠部分的放电现象,作为提高同时加热多个履带轴套的生产率的高效的加热方式是极其有效的方法。并且,用耐久性显著的金属制造上述分隔装具也能极其有效地降低成本。
另外,在本实施例中之所以能防止实施例1中所发生的放电现象的原因,是流过履带轴套的电流方向由鞍型感应元件使之成为平行于圆筒轴的方向,而由螺旋形线圈产生流过履带轴套的电流方向是沿圆筒体的圆周方向。
(实施例3;加热实验3)
在本实施例中,用水作为冷却内圆周面的冷却介质,并且用与各履带轴套内径相等的透明的聚脂树脂圆筒管取代履带轴套并以此目视观察流动的实验。具体的是,如图13(a)所示,将冷却水的导入管2的外径分别设定得比履带轴套(聚脂树脂圆筒管)1的内径小2、4、8、10、20mm,并使用具有比履带轴套1的内径稍小直径的球面的上部分隔装具7,实施在由履带轴套内圆周面与导入管外圆周面构成的空间内、在从履带轴套的圆筒轴的上方向下方流动冷却水。此时的水量,以25、50、100、150、200、300升/min为标准。
另外,作为比较例,使用了图13(b)所示的喷射喷嘴6A。此时,喷嘴设计,例如在履带轴套B上,锯齿型配置了喷嘴孔径为φ1.3mm、并将喷嘴的外径做成比履带轴套内径(φ38mm)小且为喷嘴孔径18倍的φ15mm,并且能冷却具有喷嘴孔径9倍直径的履带轴套内圆周面面积的孔数。
以用上述的聚脂树脂圆筒管的目视观察的流动实验的结果,是以25~300升/min流量、其冷却水的导入管外径与履带轴套内径之差为2~20mm,几乎在开始导入冷却水的瞬间,可以达到不卷入空气的良好的层流状态,更详细的是,由考查对于从用于产生层流状态的聚脂树脂圆筒管内径与导入管外径求出的空间截面积的水量的结果,可知用图13(a)的层流喷嘴约为9升/min·cm2以上,用图13(b)的层流喷嘴约为12升/min·cm2以上。另外,可以看到在停止从导入管2的冷却水供给以后的层流水,因其自身具有的惯性力而排出,但该层流水因在密闭空间内的真空状态所产生的反作用力而被吸回,并等待从排出口的空气的进入以不均匀地缓慢排出。已知该现象,在内圆周面冷却途中中断层流冷却时,因该不均匀而缓慢地排出冷却水,会使履带轴套的内圆周面冷却不均匀,难于进行在淬火途中暂时中断内圆周面冷却并进行再冷却的以自身热量的回火(自回火)处理。
在本实施例中,为了用上述的惯性力尽快地排出层流水,配置了能在上述密闭空间内不产生真空状态的气体导入阀43,并通过该气体导入阀43在停止冷却的约0.1秒以后以导入空气等的气体使其动作,结果可以确认有极好的排出性。
另外,使用履带轴套B、C用的喷射喷嘴6A(C用的喷嘴外径为φ25mm),观察水量及内圆周面的水流状况。其结果是发现在履带轴套C上,以100、150、200升/min的条件,在履带轴套上部实现了良好的喷射条件,但在中、下部上,因从上部的下落水与喷射水的干涉而不能充分满足喷射条件。另外发现,以300升/min的条件,能从喷射冷却状态在履带轴套的内圆周面与喷射喷嘴外圆周面之间形成的空间内几乎完全地充满水,且实现几乎完全的层流状态。并且,在履带轴套B上以150升/min的条件也可以获得同样的效果。因此,在这些条件下的喷射冷却几乎与层流冷却相等。并且,使用喷射喷嘴6A的冷却,即使在停止了冷却水以后仍然会持续一会从喷嘴孔的流水,所以得不到上述的用导入管2的冷却水的排出性。
(实施例4;观察内圆周面冷却时的外圆周面温度变化的冷却方法的探讨)
用履带轴套C在与实施例2同样的条件加热到约980℃以后放冷10秒,不实施高频的追加加热,以100、200升/min的流量只实施上述的层流冷却及喷射冷却,并一边用非接触式光电温度测量外圆周面的温度变化,一边观察冷却速度及冷却的均匀性。其结果是,如图14(a)所示,对于在履带轴套的上、中、下中任意之处能够均匀地冷却,而用喷射冷却法,如图14(b)所示,观察到上部的冷却速度与层流冷却几乎相同,但施加在中~下部的冷却迟缓,层流冷却法作为内圆周面冷却法是极其有效的。但是,即使在喷射冷却中,在将水量提高到300升/min以上时能大致均匀冷却。这是因为如实施例3所示,内圆周面变换为层流冷却状态的缘故。
另外,用履带轴套C及B确认的因喷射冷却的不均匀化的问题,是轴套内径更小、且因冷却条件更苛刻的履带轴套A的问题。并且,在该喷射冷却时,将多个履带轴套以端面部重叠同时将内圆周面均匀冷却是极其困难的。
在此,在本实施例中,将两个履带轴套B以端面部彼此重叠并与实施例2相同的条件实施内圆周面冷却,用与上述一样测定外圆周面的温度变化。其结果是两个履带轴套B的全部外圆周面大致被均匀地冷却,将层流冷却法作为小直径长圆筒体的内圆周面冷却方法是极其有效的措施。
并且,还确认了即使在实施3秒钟的上述两个履带轴套B的内圆周面冷却以后中断2秒钟内圆周面冷却并使内圆周面复温且再冷却时,也能使外圆周面的温度变化均匀,并改善了使实施例3的气体导入阀43动作的冷却水的排出性。
(实施例5;确认用分割装具的隔热效果)
图15表示的是本实施例中使用的履带轴套C用的分割装具。如图所示,上部分隔装具7、下部分隔装具8,都在履带轴套1的内圆周面上设有长度为10mm的内圆周面冷却防止用的薄壁圆筒部7a、8a,并设计为以约45°的倒角部与履带轴套1接触并固定。另外,作为分割装具材料,使用的是SUS304和石棉。
使用上述分隔装具7、8并以与实施例4同样的条件对履带轴套C实施加热·放冷以后,以流量200升/min、导入管外径比履带轴套内径小8mm的条件实施内圆周面冷却,并考查外圆周面的温度变化。其结果是位于分隔装具7、8位置的附近,外圆周面的冷却明显地迟缓,并明确地确认了用分隔装具的防止冷却效果,使用更具隔热效果的石棉材料时其效果更明显。
同样的冷却防止效果,是将中间装具9(参照图3)配置并重叠在两个履带轴套B之间,在以与实施例2相同的条件加热了以后,以流量200升/min、导入管外径比履带轴套内径小8mm的条件实施内圆周面冷却,并在考查外圆周面的温度变化的结果中也得到了确认。用这些上下分隔装具及中间分隔装具的冷却防止效果,在后述的实施例中表明,作为用于以外圆周面冷却而将一个或多个履带轴套两端面部的密封平坦部淬火硬化的机构是极其有效的。
(实施例6:淬火实验1)
在本实施例中,在实施了用实施例1的鞍型感应元件的加热以后,以表1所示的条件放置冷却规定时间之后,以与加热条件大致相同的条件一边实施从外圆周面的高频追加加热一边使用比履带轴套内径小8mm的导入管对内圆周面实施各种流量的层流冷却和实施例3中所记载的喷射冷却,当完全冷却以后,通过对内圆周面及外圆周面的硬度的测量考查淬火不均匀的产生状况。
表1淬火条件表
履带轴套的标记 | 放冷·均热时间(sec) | 追加加热·内圆周面先行冷却时间(sec) |
A | 1 | 2 |
B | 2 | 5 |
C | 10 | 20 |
另外,表1的内圆周面先行冷却时间是预先考查各履带轴套A、B、C的壁厚截面上的淬火硬化硬度分布而选择的时间。例如图16是在将履带轴套B从外圆周面加热到约950℃以后,改变内圆周面层流冷却时间并在先行冷却以后对外圆周面进行喷射冷却时(TSQ)、及在5.5秒钟的先行冷却中还继续从外圆周面的高频加热以后,停止其加热并对外圆周面进行喷射冷却时(TSIQ)所得到的硬度分布。根据该图,在TSQ时,当同时冷却内圆周面时,壁厚截面上被淬透硬化,但在先行时间为4~6秒中获得了沿上述本发明宗旨的硬度分布,并且在5.5秒的TSIQ中(该图中以×表示),形成了更深的按本发明宗旨的外圆周面硬化层,并且能更稳定地形成内部的未淬火硬化层、形成软质层。
另外,在本实施例中所使用的外圆周面喷射冷却用水套,被配置成喷嘴孔径为1.5mm、喷嘴间隔为13.5mm的锯齿状。另外,履带轴套外圆周面与水套内圆周面之间的间隙,对各履带轴套A、B、C为30mm。
在表2中表示了内、外圆周面的淬火结果。在两层重叠的履带轴套A的层流淬火中没有内圆周面上的淬火不均匀,可以确保极其优良的淬火质量,而在用喷射冷却时,由于履带轴套内径相对于其长度较小,所以即使在对1个的淬火中,也会在位于内圆周面下部的位置产生淬火不均匀。例如在以履带轴套A、B、C的长度L与内径d之比(L/d)进行评价时,在约3.3以上时容易发生淬火不均匀。对此,当考虑到上部喷射水的排出性时,上述L/d比与发生淬火不均匀的难易程度的关系是极其重要的。
表2淬火结果1(鞍型感应元件加热)
履带轴套标记 | 处理个数 | 内圆周面流量(l/min) | 外圆周面流量(l/min) | 感应元件有无移动 | 内圆周面淬火状态 | 外圆周面淬火状态 | 淬火部件形状(L/d) | |
层流冷却 | A | 1 | 25 | 100 | 无 | ○ | ○ | 3.37 |
2 | 25 | 100 | 无 | ○ | × | 6.75 | ||
B | 1 | 25 | 200 | 无 | ○ | ○ | 3.63 | |
2 | 25 | 200 | 无 | × | × | |||
50 | 300 | 无 | ○ | × | 7.26 | |||
100 | 300 | 无 | ○ | × | ||||
C | 1 | 100 | 400 | 无 | ○ | × | ||
200 | 400 | 无 | ○ | × | 3.48 | |||
100 | 300 | 有 | ○ | ○ | ||||
喷射冷却 | A | 1 | 50 | 100 | 无 | △ | × | 3.37 |
2 | 50 | 100 | 无 | × | × | 6.75 | ||
B | 1 | 100 | 200 | 无 | △ | × | 3.63 | |
2 | 100 | 200 | 无 | × | × | 7.26 | ||
2 | 200* | 200 | 无 | ○ | × | 7.26 | ||
C | 1 | 200 | 400 | 无 | △ | × | 3.48 | |
1 | 300* | 400 | 无 | ○ | × |
△:有时也有无淬火不均匀
*:喷射水层流化。
另外,在从内径喷嘴喷射出的喷水中,依次在下部位置具有最大30°的向下的角度并实施内圆周面冷却的结果,是可以基本消除内圆周面的淬火不均匀。但是,在两个同时淬火时不能防止淬火不均匀的发生。
但是,将两个履带轴套B和1个履带轴套C分别用内圆周面水量为200、300升/min淬火时,可以防止在内圆周面上发生的淬火不均匀。如实施例3中所述,表明内圆周面的喷射冷却被层流化。
并且,以履带轴套内径与导入管外径之差为8mm、水量为25、50升/min的条件对两个履带轴套B实施淬火时,由于以25升/min时在下段侧的履带轴套内圆周面上开始发生淬火不均匀,所以为了使内圆周面无淬火不均匀,其条件最好是流速为1m/sec以上、且水流量为0.1升/min·cm2以上。
另外,在本实施例中,外圆周面上的淬火不均匀大多发生在淬火装入部件形状的下段侧,其原因是外圆周面冷却用的喷射水与鞍型感应元件的干涉而引起的冷却不均。对此,对于履带轴套C,在结束高频追加加热以后约3秒钟除去鞍型感应元件并实施从外圆周面喷射冷却,可以防止在外圆周面上产生淬火不均匀。
另外,本实施例的高频整体加热的条件与实施例1的条件相同,但在配置了外圆周面冷却用水套的状态下的加热,由于减缓了履带轴套加热时的散热性,所以作为加热时间与实施例1的情况相比可缩短约20%,因提高了隔热性可以更加缩短加热时间。这些对于被配置于履带轴套内径的喷嘴等也是有效的。
(实施例7:淬火实验2)
在本实施例中,首先使用两个履带轴套B,在实施了以实施例2的螺旋形线圈的加热以后,并以表1所示的条件在规定时间的放置冷却后,以与加热条件大致相同的条件一边实施规定时间的从外圆周面的高频追加加热一边对内圆周面实行层流冷却或喷射冷却,并且在中止高频追加加热后将线圈在1秒以内移动除去,并实施外圆周面冷却的一系列淬火操作以后,通过对内圆周面及外圆周面的硬度进行测量来考查淬火不均匀的发生状况。其结果如表3所示。同时,对不移动螺旋形线圈并实施从线圈间隙的外圆周面冷却的结果也如表3所示。
表3淬火结果2(螺旋形线圈)
履带轴套标记 | 处理个数 | 内圆周面流量(l/min) | 外圆周面流量(l/min) | 有无线圈移动 | 内圆周面淬火状态 | 外圆周面淬火状态 | |
层流冷却 | B | 2 | 100 | 200 | 无 | ○ | △ |
B | 2 | 100 | 200 | 有 | ○ | ○ | |
喷射冷却 | B | 2 | 100 | 200 | 有 | × | ○ |
B | 2 | 150* | 200 | 有 | ○ | ○ |
△:有HRC50~HRC55的淬火不均匀。
*:喷射水被层流化。
在移动了线圈的时候,可以完全除去实施例6中成为问题的外圆周面的淬火不均匀。另外,在不移动线圈且用从线圈间隙的外圆周面冷却中没有观察到明显的洛氏硬度为HRC50以下的淬火不均匀,但外圆周面的平均淬火硬度降低了HRC2~3,从履带轴套的耐磨性的观点出发还留有改善的余地。
另外,在本实施例中,使用将实施例5中所述的分隔装具上的高度为10mm的薄壁圆筒部7a、8a(参照图15)降为3mm和没有薄壁圆筒部的分隔装具,实施了履带轴套C的两端面部的密封平坦面的淬火改善。图17(a1)(a2)(b1)(b2)(c1)(c2)是薄壁圆筒部长度分别为0mm、3mm、10mm时的履带轴套的两端面部附近的宏观组织比较图。如该图所表明的那样,在密封平坦面上越使用薄壁圆筒部长的分隔装具,外圆周面硬化层就越靠近内圆周侧,特别是在使用了薄壁圆筒部的长度为10mm的石棉制分割装具时,上述硬化层完全与内圆周面相接。
在图18中出示了对应于图17(a1)(a2)~(c1)(c2)的平坦部的表面硬度。从该结果可以表明,在一边实施从外圆周面的高频追加加热一边先行冷却内圆周面时,通过附加使用分隔装具的冷却防止效果,可对从外圆周面到履带轴套壁厚的1/2以上的密封平坦面实行淬火硬化。
并且,在将两个履带轴套B重叠组装时,在履带轴套之间配置SUS304制的分隔装具(参照图3),且两个同时进行高频加热,并以表1所示的条件淬火的结果是,配置了中间分隔装具的端面部的密封平坦部,与上述履带轴套C同样地被淬火硬化。
(实施例8:淬火实验3)
在本实施例中,使用履带轴套C,在以与实施例7相同的条件进行整体加热以后,实现放置冷却10秒种的均热化,并同时进行16秒种的从外圆周面的高频追加加热及内圆周面的层流冷却,并在其后中断4秒钟的追加加热及内圆周面冷却以后,实施从内圆周面及外圆周面的冷却并结束淬火操作。此时,在中断内圆周面冷却时,用实施例3中所述的气体导入阀43导入空气,并对提高了中断时的层流排出性时与没有提高时进行比较。其结果可以确认,只在提高了中断时的层流排出性时,履带轴套C内圆周面上没有发生淬火不均匀,且质量极其优良。
在图19中,出示了将履带轴套C中央部的壁厚方向上的硬度分布与在实施例7的低温回火(180℃,2hr)后的情况所进行的比较,但内圆周面的淬火硬化层的硬度稍微被回火。
(实施例9:外圆周面的层流冷却实验)
在本实施例中,使用履带轴套B并用层流冷却对外圆周面进行冷却。在图20中,出示了内、外圆周面层流淬火装置的概略结构。该淬火装置,在具有比履带轴套1的外径大的内径的外圆周用圆筒体44内配置履带轴套1,并使冷却介质沿其履带轴套1的轴心方向流动于该履带轴套1的外圆周面与外圆周用圆筒体44之间,且在该外圆周用圆筒体44的外侧配置了螺旋形高频线圈45。此时,在外圆周用圆筒体44上使用了壁厚为5mm的石英材料。另外,符号46表示的是隔热体。
加热·冷却条件如上所述,但外圆周面的水量为300升/min、内圆周面的水量为200升/min。其结果是,外圆周面的硬度与实施例7的表3所示的将线圈移动并淬火的结果相同。由此表明,从履带轴套耐磨性的观点出发,最好对外圆周面实行层流冷却,并且可以减轻用于移动线圈的设备投资。
(实施例10)
在本实施例中,考查了将在实施例7中进行了热处理的履带轴套C以180℃进行两小时回火的履带轴套及实施例8的将内圆周面淬火硬化层只进行自我回火的履带轴套的强度,并且考查了作为比较材料的用SCM420钢材并渗碳淬火且以180℃进行两小时回火的履带轴套C的强度。其强度评价是使用图21所示的冲击疲劳实验装置,施加相当于车体重量(50000kg)的2倍、3倍、4倍的冲击负荷,考查直至破坏的冲击次数而进行的。其测定结果如图22所示。如该结果表明,本发明品与以往经渗碳处理的履带轴套相比具有高冲击疲劳强度。另外,即使在实施例8中对内圆周面淬火硬化层进行了自我回火处理的履带轴套上也显示了优越的强度,并因能省略其他的低温回火处理而可以大幅度提高生产率及降低成本。
Claims (39)
1.一种履带轴套的制造方法,其特征在于:从履带轴套外圆周面进行高频加热、并且在履带轴套的两端面部压装分隔装具以便使内圆周面冷却介质与外圆周面冷却介质互不干涉,同时,使用单独进行内圆周面冷却与外圆周面冷却的淬火装置、在从外圆周面用高频加热将履带轴套毛坯整体加热到能进行淬火处理的温度、或将在其他工序整体加热到能进行淬火处理的温度的履带轴套毛坯装到能从外圆周面进行高频追加加热的淬火装置上以后,先行实施从该履带轴套毛坯的内圆周面的冷却,经过规定的时间以后实施从外圆周面的冷却,或一边实施从外圆周面的高频加热一边先行实施从内圆周面的冷却,经过规定的时间以后实施停止从外圆周面的高频加热并进行冷却的一系列淬火操作,在该操作中,通过使用具有延迟履带轴套两端面附近的内圆周面的冷却、及/或由从外圆周面的高频追加加热而有效地加热两端面部的形状的分隔装具,从外圆周面及内圆周面朝向壁厚中心部形成淬火硬化层,并在该外圆周面侧及内圆周面侧的两淬火硬化层之间残留软质的未淬火层,而且使从外圆周面侧的硬化层深度形成得比从内圆周面侧的硬化层深度深,且将所述未淬火层的组织形成为含有在从淬火温度的冷却过程中析出的铁素体、珠光体及贝氏体中的一种以上的组织,将两端面的密封平坦部的表面层淬火硬化到使其宽度超过从外圆周面起的壁厚的1/2以上。
2.一种履带轴套的制造方法,其特征在于:从履带轴套外圆周面进行高频加热、并且在履带轴套的两端面部压装分隔装具以便使内圆周面冷却介质与外圆周面冷却介质互不干涉,同时,使用单独进行内圆周面冷却与外圆周面冷却的淬火装置、在从外圆周面用高频加热将履带轴套毛坯整体加热到能进行淬火处理的温度、或将在其他工序整体加热到能进行淬火处理的温度的履带轴套毛坯装到能从外圆周面进行高频追加加热的淬火装置上以后,先行实施从该履带轴套毛坯的内圆周面的冷却,或一边实施从外圆周面的高频加热一边实施从内圆周面的冷却,经过规定的时间以后实施从外圆周面的冷却,或停止从外圆周面的高频加热并实施冷却的一系列的淬火操作,在该操作中,包括在从外圆周面的高频加热中或在停止该高频加热到结束外圆周面冷却的期间,停止从内圆周面的冷却,并通过从外圆周面向内圆周面的热扩散在短时间将内圆周面回火的工序,以此形成从外圆周面及内圆周面朝向壁厚中心部的淬火硬化层,同时在该外圆周面侧及内圆周面侧的两淬火硬化层之间残留软质的未淬火层,并且使从外圆周面侧的硬化层深度形成得比从内圆周面侧的硬化层深度深,且将所述未淬火层的组织形成为含有在从淬火温度的冷却过程中析出的铁素体、珠光体及贝氏体中的一种以上的组织,使内圆周面淬火硬化层回火并形成马氏体组织。
3.根据权利要求2所述的履带轴套的制造方法,其特征在于:停止从所述内圆周面的冷却,是指在从外圆周面的高频加热中或停止该高频加热并到开始外圆周面冷却期间,停止从该内圆周面的冷却,通过从外圆周面向内圆周面的热扩散,在短时间内将内圆周面进行回火以后,实施内圆周面的再冷却。
4.根据权利要求2或3所述的履带轴套的制造方法,其特征在于:通过高频加热将所述外圆周面短时间回火。
5.根据权利要求1~4中任意一项所述的履带轴套的制造方法,其特征在于:分隔所述内圆周面冷却介质与外圆周面冷却介质的分隔装具,被压装在履带轴套两端面的密封平坦部及/或内圆周面倒角部,其接触部的介质泄漏极其微小。
6.一种履带轴套的制造方法,其特征在于:使用在将履带轴套毛坯加热到能淬火处理的温度以后、可从内圆周面冷却及外圆周面冷却和/或从外圆周面进行高频加热的淬火装置,先行实施从该履带轴套毛坯的内圆周面的冷却,或实施从外圆周面的高频追加加热、同时先行实施从内圆周面的冷却、经过规定的时间以后实施从外圆周面的冷却,或停止从外圆周面的高频加热并实施外圆周面的冷却的一系列淬火操作,在该操作中,至少履带轴套的内圆周面,通过使平行于其内圆周面且与履带轴套的轴心方向平行的冷却介质流动进行的冷却,在更小内径的长履带轴套或多个履带轴套的内圆周面上形成无不均匀的淬火硬化层,并通过从外圆周面的冷却在外圆周面上形成淬火硬化层,且在该外圆周面侧及内圆周面侧的两淬火硬化层之间残留软质的未淬火层,而且将从外圆周面侧的硬化层深度形成得比从内圆周面侧的硬化层深度深,且将所述未淬火层的组织形成为含有在从淬火温度的冷却过程中析出的铁素体、珠光体及贝氏体中的一种以上的组织。
7.根据权利要求1~6中任意一项所述的履带轴套的制造方法,其特征在于:通过使冷却介质沿与履带轴套的轴心方向平行流动而对所述内圆周面及外圆周面的至少一方进行冷却。
8.根据权利要求1~7中任意一项所述的履带轴套的制造方法,其特征在于:用螺旋形线圈进行所述高频加热或高频追加加热,并同时对多个履带轴套淬火。
9.根据权利要求1~7中任意一项所述的履带轴套的制造方法,其特征在于:用鞍型电感线圈进行所述高频加热或高频追加加热,且在相互邻接的履带轴套之间夹持绝缘体,进行由该鞍型电感线圈的加热。
10.根据权利要求8或9所述的履带轴套的制造方法,其特征在于:在同时淬火多个履带轴套时,相邻的履带轴套之间通过能使其端面露出的中间分隔装具而重叠,使与该中间分隔装具相接的履带轴套两端面的密封平坦部的表面层,超过从外圆周面壁厚的1/2以上的宽度被淬火硬化。
11.根据权利要求7~10中任意一项所述的履带轴套的制造方法,其特征在于:为了导入所述内圆周面冷却用的冷却介质,将具有比履带轴套内径小的外径的导入管配置在内圆周面侧,且使流入该导入管的冷却介质在由该导入管的外圆周面与履带轴套内圆周面围成的空间内、与履带轴套内圆周面平行且与该履带轴套的轴心方向大致平行地流动,从而进行层流冷却。
12.根据权利要求11所述的履带轴套的制造方法,其特征在于:所述内圆周面冷却用的冷却介质,在流入所述导入管以后,通过壁面而改变方向且流动于由该导入管外圆周面与履带轴套内圆周面所围成的空间内。
13.根据权利要求7~12中任意一项所述的履带轴套的制造方法,其特征在于:所述外圆周面的冷却,是将履带轴套配置在具有其内径比履带轴套外径大的外圆周用圆筒体内,并使冷却介质在该外圆周用圆筒体和履带轴套外圆周面之间、与履带轴套外圆周面平行且沿该履带轴套轴心方向流动,进行层流冷却。
14.根据权利要求13所述的履带轴套的制造方法,其特征在于:所述外圆周用圆筒体,其一部分包含鞍型感应元件或螺旋形线圈,或者被配置在该鞍型感应元件或螺旋形线圈的内侧或外侧,并且用绝缘材料使该外圆周用圆筒体难于被感应加热。
15.根据权利要求7~14中任意一项所述的履带轴套的制造方法,其特征在于:以满足下述条件中的一个以上的条件进行所述内圆周面及外圆周面的层流冷却,即,对于从履带轴套与冷却介质的导入管的外径求出的截面积、以9升/min·cm2以上的冷却介质量,冷却介质的流速为1.5m/sec以上及/或对于从履带轴套的内圆周面、外圆周面的各面积、以0.1升/min·cm2以上的冷却介质量。
16.根据权利要求6~14中任意一项所述的履带轴套的制造方法,其特征在于:在所述高频加热时,使履带轴套以其圆筒中心轴为大致中心而转动。
17.根据权利要求1~16中任意一项所述的履带轴套的制造方法,其特征在于:用于所述冷却的冷却介质,是水或水溶性淬火液。
18.根据权利要求1~17中任意一项所述的履带轴套的制造方法,其特征在于:在所述淬火处理后实施100℃以上350℃以下的低温回火处理。
19.一种履带轴套,其特征在于:在将履带轴套毛坯整体加热到能进行淬火处理的温度以后,先行实施从该履带轴套毛坯的内圆周面的冷却,或实施从外圆周面的高频加热,同时先行实施从内圆周面的冷却,经过规定时间以后实施从外圆周面的冷却的一系列淬火操作,从而自外圆周面及内圆周面朝向壁厚中心形成淬火硬化层,并且在该外圆周面侧及内圆周面侧的两淬火硬化层之间残留软质的未淬火层,且使从外圆周面侧的硬化层深度形成得比从内圆周面侧的硬化层深度深,且所述未淬火层的组织为含有在从淬火温度的冷却过程中析出的铁素体、珠光体及贝氏体中的一种以上的组织,并将两端面的密封平坦部的表面层淬火硬化到其宽度超过从外圆周面起的壁厚的1/2以上。
20.根据权利要求19所述的履带轴套,其特征在于:以跨过约全区域来淬火硬化两端面的密封平坦部表面,所述软质的未淬火层,被形成于从壁厚中心起的内圆周面侧,并且避开两端面的密封平坦部而与两端面附近的内圆周面连续。
21.根据权利要求19或20所述的履带轴套,其特征在于:所述淬火硬化层,被实施低温回火处理,并且至少外圆周面及密封平坦部的硬化层的硬度为HV=500以上。
22.一种履带轴套,其特征在于:在将履带轴套毛坯整体加热到能进行淬火处理的温度以后,实施从外圆周面的高频加热,同时先行实施从内圆周面的冷却,经过规定时间以后实施从外圆周面的冷却的一系列淬火操作,在该操作中,包括在从外圆周面的高频加热中或停止该高频加热到结束外圆周面的冷却期间、停止从内圆周面的冷却并通过从外圆周面向内圆周面的热扩散在短时间对内圆周面进行回火的工序,以此从外圆周面及内圆周面朝向壁厚中心形成淬火硬化层,并且在该外圆周面侧及内圆周面侧的两淬火硬化层之间残留软质的未淬火层,且将从外圆周面侧的硬化层深度形成得比从内圆周面侧的硬化层深度深,所述未淬火层的组织由含有在从淬火温度的冷却过程中析出的铁素体、珠光体及贝氏体中的一种以上的组织构成,并且内圆周面淬火硬化层由回火马氏体组织构成。
23.根据权利要求22所述的履带轴套,其特征在于:停止从所述内圆周面的冷却,是指在从外圆周面的高频加热中或停止该高频加热并到开始外圆周面的冷却期间,停止从该内圆周面的冷却,通过从外圆周面向内圆周面的热扩散在短时间将内圆周面进行回火以后,实施内圆周面的再冷却。
24.根据权利要求22或23所述的履带轴套,其特征在于:将两端面的密封平坦部的表面层淬火硬化到其宽度超过从外圆周面起的壁厚的1/2以上。
25.根据权利要求22~24中任意一项所述的履带轴套,其特征在于:外圆周面淬火硬化层,被实施用高频加热的短时间回火处理,并且至少外圆周面的硬度为HV=500以上。
26.一种履带轴套的制造装置,具有:将履带轴套毛坯整体加热到能进行淬火处理温度的加热装置及/或可将履带轴套毛坯从外圆周面高频加热的淬火装置,其特征在于:
所述淬火装置,具有内圆周面冷却装置,该装置是将具有外径比履带轴套的内径小的圆柱体或圆筒体配置在履带轴套的内圆周面侧,并通过使冷却介质流动于在该履带轴套内圆周面与圆柱或圆筒体的外圆周面所围成的空间内,对内圆周面进行层流冷却。
27.根据权利要求26所述的履带轴套的制造装置,其特征在于:所述内圆周面冷却装置,具有气体导入阀,该气体导入阀,在停止内圆周面冷却时、将流动于由所述导入管与履带轴套内圆周面构成的空间的冷却介质向履带轴套外侧排出。
28.根据权利要求26或27所述的履带轴套的制造装置,其特征在于:导入所述冷却介质的导入管,由被高频加热而几乎不发热的Si3N4、Al2O3、SiO2等的陶瓷材料或Fe-30~50at%Mn合金等的反铁磁性合金制造。
29.一种履带轴套的制造装置,具有将履带轴套毛坯整体大致均匀地加热到能进行淬火处理温度的加热装置和可将所述履带轴套毛坯从外圆周面进行高频追加加热的淬火装置,其特征在于:
所述淬火装置,包括配置于履带轴套的外圆周面侧且具有比该履带轴套外径大的外径并导入冷却介质的外圆周用圆筒管,使冷却介质流动于该外圆周用圆筒管和履带轴套外圆周面之间,并以层流冷却外圆周面。
30.根据权利要求29所述的履带轴套的制造装置,其特征在于:导入所述冷却介质的外圆周用圆筒管,由被高频追加加热几乎不发热的Si3N4、Al2O3、SiO2、富铝红柱石等制造。
31.根据权利要求29所述的履带轴套的制造装置,其特征在于:所述外圆周用圆筒体,其在一部分上包含鞍型感应元件或螺旋形线圈,或者配置在该鞍型感应元件或螺旋形线圈的内侧或外侧,并且用绝缘材料使该外圆周用圆筒体难于被感应加热。
32.根据权利要求29所述的履带轴套的制造装置,其特征在于:局部包含鞍型感应元件或者被配置在该鞍型感应元件或螺旋形线圈的外侧的所述外圆周用圆筒体,被分割成两个以上,并且在高频加热时位于从该鞍型感应元件或螺旋形线圈离开的位置且极力避免被感应加热,在冷却时对合并构成外圆周用圆筒体。
33.根据权利要求26或29所述的履带轴套的制造装置,其特征在于:所述淬火装置,在用于高频追加加热的线圈的内径侧及外径侧的至少一方,配置包围履带轴套的隔热材料,及/或用隔热材料将导入内圆周面冷却介质的导入管的外圆周面包覆。
34.根据权利要求26或29所述的履带轴套的制造装置,其特征在于:所述淬火装置,还具有在外圆周面冷却开始时刻监视、管理履带轴套外圆周面温度的检查装置。
35.一种履带轴套的制造装置,其特征在于:为了在将履带轴套毛坯整体从外圆周面高频加热到能进行淬火处理的温度以后、可进行规定的淬火操作,或在装入于其他工序被整体加热到能进行淬火处理温度的履带轴套毛坯以后可进行规定的淬火操作,而具有支撑装置、高频加热装置、加压装置和冷却装置;所述支撑装置,支撑履带轴套;所述高频加热装置,从被该支撑装置支撑的履带轴套的外圆周面进行高频加热;所述加压装置,为了将分隔装具压装在其履带轴套的两端面上、以便使所述履带轴套的内圆周面冷却介质与外圆周面冷却介质相互不干涉而加压·固定该履带轴套;所述冷却装置,分别独立进行内圆周面冷却及外圆周面冷却。
36.根据权利要求35所述的履带轴套的制造装置,其特征在于:所述规定的淬火操作,是先行实施从履带轴套内圆周面的冷却,或实施从履带轴套外圆周面的高频加热及先行实施从内圆周面的冷却,同时在规定时间以后实施从外圆周面的冷却的一系列淬火操作,或者在直到开始从外圆周面的冷却的期间,暂时停止从内圆周面的冷却并通过从外圆周面向内圆周面的热扩散而在短时间内将内圆周面回火以后,实施内圆周面的再冷却,并进行从外圆周面的冷却的一系列淬火操作中任意一种操作。
37.根据权利要求35或36所述的履带轴套的制造装置,其特征在于:所述高频加热装置,是防止在将多个履带轴套同时加热时设定在相邻接的履带轴套的接触位置或履带轴套之间的分隔装具位置的放电现象的螺旋形线圈。
38.根据权利要求35~37中任意一项所述的履带轴套的制造装置,其特征在于:所述支撑装置,可以转动及上下移动。
39.一种履带轴套的制造装置,其特征在于,具有:将履带轴套毛坯整体大致均匀加热到能进行淬火处理温度的加热装置,和可从所述履带轴套毛坯的外圆周面进行高频加热的淬火装置,和将在所述加热装置上加热后的履带轴套毛坯搬运到所述淬火装置中并将在该淬火装置中处理完毕的履带轴套从该淬火装置搬出的搬运装置;所述淬火装置,实施从履带轴套毛坯的内圆周面的先行冷却,同时在规定的时间以后停止从外圆周面的加热并冷却外圆周面。
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