JP2022548393A - 高炭素鋼トラックブッシング - Google Patents

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Abstract

Figure 2022548393000001

例示的なブッシング（２０４）は、ブッシング（２０４）の中央穴に最も近位の内側部分（４１０）、中央穴から最も遠位の外側部分（４０４）、および内側部分（４１０）と外側部分（４０４）との間にコア部分（４０６）を含む、半径方向に沿った三つの部分を有する。コア部分（４０６）は、ブッシング（２０４）の内側部分（４１０）または外側部分（４０４）の硬度よりも低い硬度を有する。ブッシング（２０４）は、高炭素鋼を使用して形成されてもよく、一部の事例では、球状セメンタイト結晶構造であってもよい。粗いブッシングは、高炭素鋼を使用して形成されてもよく、その後、直接硬化プロセス、およびブッシング（２０４）の中央穴の最も近位の内面（４１２）上の誘導硬化プロセスが続く。内面（４１２）上の誘導硬化は、ブッシング（２０４）のコア部分（４０６）を焼き戻しながら、外側部分（４０４）を硬化しうる。
【選択図】図４

Description

本開示は、高炭素鋼トラックブッシングに関する。より詳細には、本開示は、摩耗寿命の改善を達成するよう硬化された、高炭素鋼製で作られたトラックブッシングに関する。
トラック型機械は、建設、鉱業、林業、その他の類似の産業で幅広く使用されている。こうしたトラック型機械の足回りは、車輪ではなくトラックアセンブリを利用して、接地係合推進を提供する。こうしたトラックアセンブリは、上述の業界で頻繁に見られるものなど、十分な牽引力の生成が問題となる環境で好ましい場合がある。具体的には、車輪で作業面を転がるのではなく、トラック型機械は、例えば、駆動スプロケット、アイドラ、テンショナ、およびローラなどの一つ以上の回転可能なトラック係合要素の周りを移動する、接地係合トラックシュー、および内面を支持する、外面を画定する結合トラックリンクの無限ループを含む、一つ以上のトラックアセンブリを利用する。
典型的なトラックチェーンアセンブリ設計には、一対のチェーンリンクに固定または回転可能に結合されたトラックピン、ならびにリンクの間およびトラックピンの周りに回転可能に位置付けられたブッシングが含まれる。こうしたトラックチェーンアセンブリは、トラックジョイントが、水、埃、砂、岩、またはその他の鉱物もしくは化学元素の様々な研磨混合物に曝されうる、非常に劣悪な環境で動作することができる。トラックピンとブッシングとの間のベアリング境界面は、高い接触応力に遭遇し、ゴーリングによる破損につながる可能性がある。ゴーリングは、トラックチェーンアセンブリの主要な故障モードであり、多くの用途においてトラックチェーンアセンブリの寿命を限定する恐れがある。さらに、トラックチェーンアセンブリの動作は、ブッシングなどのトラックチェーンの構成要素を摩耗させる可能性がある。
動作中、トラックブッシングに過度な負荷がかかる可能性がある。トラックブッシングの異なる表面、例えば、内径、エンドリング表面などは、トラックブッシングに課されうる荷重に耐えるために、増加した強度および靭性を有する耐摩耗性を必要とする場合がある。トラックブッシングは通常、低炭素鋼または中炭素鋼でできている。さらに、トラックブッシングは、所望の硬度のトラックブッシングを作成するように焼き戻しされてもよい。しかし、トラックブッシングの生産は、時間、労力、および費用のかかるプロセスでありうる。さらに、最終ブッシングは、従来の方法で作成されるとき、十分な耐摩耗性および靭性を提供しない場合がある。
ブッシングを製造する一例は、米国特許第９，６１６，９５１号（以下、‘９５１参照という）において、硬質金属合金スラリーが、表面上またはアンダーカットまたはチャネルに配置され、その後融合されて、鉄系合金と金属結合を形成する。しかし、これは、アンダーカットおよび金属合金スラリーの付加などの追加の処理ステップを必要とする。さらに、スラリーの付加および融合の本プロセスでは、‘９５１参照に記載されるように、約１ｍｍ～２ｍｍなど、硬質外層の厚さを制限する場合がある。
本開示の例示的実施形態は、上述の欠陥を克服することに向けられる。
本開示の例示的な実施形態では、ブッシングを製造する方法は、粗いブッシングの直接硬化を実施することを含む。粗いブッシングは、０．８重量％を超える炭素含有量を有する高炭素鋼から形成される。さらに、高炭素鋼は、セメンタイト結晶構造を含む。方法はさらに、粗いブッシングの内面上に誘導硬化を実施して、ブッシングの硬化された内側部分およびブッシングの軟質コア部分を形成することを含む。
本開示の別の例示的な実施形態では、ブッシングは、外面と外面と対向する内面を含み、内面は、実質的に一定の直径を有するチャネルを画定し、チャネルは、ブッシングの第一の端部から第一の端部の反対側のブッシングの第二の端部まで、実質的にブッシングの中央を貫通する。ブッシングはさらに、内面を含む内側部分、外面を含む外側部分、および内側部分と外側部分との間に配置されるコア部分を有する。このブッシングでは、コア部分は内側部分よりも軟質であり、コア部分は外側部分よりも軟質である。
本開示のさらに別の例示的な実施形態では、トラックチェーンアセンブリは、複数のトラックシュー、複数のリンク、および複数のブッシングを含む複数の構成要素を備える。少なくとも一つのブッシングは、内側部分、外側部分、および内側部分と外側部分との間のコア部分を含む。コア部分は、内側部分よりも軟質であり、コア部分は、外側部分よりも軟質である。さらに、外側部分は、少なくとも５ｍｍの厚さであり、５５ＨＲＣを超える硬度を有し、コア部分は、５２ＨＲＣ未満の硬度を有する。
図１は、本開示の例示的な実施形態に従って形成された一つ以上の構成要素を有するトラック型機械を含む例示的なシステムの概略図である。 図２は、本開示の例示的な実施形態による、図１に図示したような例示的なトラック型機械の足回り用のトラックチェーンアセンブリの例示的な部分の概略図である。 図３は、本開示の例示的な実施形態による、図２に図示したトラックチェーンの一部分の例示的なブッシングの概略図である。 図４は、本開示の例示的な実施形態による、例示的なブッシングの断面図である。 図５は、本開示の例示的な実施形態による特定のブッシングの別の断面図である。 図６は、本開示の例示的な実施形態による、図４の例示的なブッシングを形成するための例示的な方法を示す流れ図である。 図７は、本開示の例示的な実施形態による、図４の例示的なブッシングを形成するための別の例示的な方法を示す流れ図である。
可能な限り、同一または類似部品に言及するのに、図面全体を通して同一の参照番号を使用するであろう。
図１は、本開示の例示的な実施形態に従って形成された一つ以上の構成要素を有するトラック型機械１００を含む例示的なシステムの概略図である。機械１００の例示的な実施形態は、トラック型足回り１２０を含む。機械１００はまた、本明細書で互換的に、トラック型機械１００および／または機械１００として参照されてもよい。他の実施形態では、機械１００は、ドーザ、ローダ、ショベル、タンク、バックホウ、ドリル加工機、トレンチ、または任意の他の公道用または不斉地車両などの、トラック型足回り１２０を有する任意の適切な機械であってもよい。
機械１００は、その第一の側面１１０上に配置された第一のトラックチェーンアセンブリ１６０と、その第二の側面（図示せず）上に配置された第二のトラックチェーンアセンブリ（図示せず）とを有するフレーム１４０を含む。第二の側面は、第一の側面１１０と対向する関係にある。一緒に、トラックアセンブリは、地面または他の表面と係合して、機械１００を後方および／または前方方向に推進するように適合される。
当然のことながら、機械１００のトラックアセンブリは類似していてもよく、さらに、互いのミラー画像を表してもよい。そのため、第一のトラックチェーンアセンブリ１６０のみが本明細書に記述される。当然のことながら、第一のトラックチェーンアセンブリ１６０の説明は、第二のトラックチェーンアセンブリにも適用されうる。他の実施形態は、本開示によれば、二つ以上のトラックチェーンアセンブリを含みうる。したがって、本明細書に開示される装置、システム、および方法は、任意の適切なトラック型機械またはその変形に適用される。さらに、本明細書に開示される、開示されたトラック型機械１００の構成要素、およびその形成機構は、非トラック型機械および／または他の機械的システムなどの他のシステムにも適用されうる。
図１を引き続き参照すると、第一のトラックチェーンアセンブリ１６０は、駆動スプロケット１６２、フロントアイドラ１６４、バックアイドラ１６６、および複数のトラックローラ１６８などの複数の転動要素の周りに延在する。トラックチェーンアセンブリ１６０は、地面または他の表面と係合し、機械１００を推進させるための複数の接地係合トラックシュー１７０を含む。
足回り１２０の典型的な動作中、駆動スプロケット１６２は、エンジンなどによって、トラックチェーンアセンブリ１６０を駆動するために、前方回転方向ＦＲで駆動され、それゆえ、機械１００は、前方方向Ｆで、逆回転方向ＲＲで、トラックチェーンアセンブリ１６０を駆動し、それゆえ、機械１００は、逆方向Ｒで駆動される。足回り１２０の駆動スプロケット１６２は、独立して機械１００を回転するように動作されてもよい。
足回り１２０およびトラックチェーンアセンブリ１６０は、本明細書に記載されるように、様々な他の構成要素を含みうる。厳しい動作環境およびトラックチェーンアセンブリの様々な構成要素にかかる負荷のため、それらの構成要素の使用可能寿命を改善するために、トラックチェーンアセンブリの様々な構成要素の材料特性を改善することが望ましい。
機械１００は、トラック型機械の文脈で図示されているが、当然のことながら、本開示はそれによって限定されるものではなく、また、トラックを有する多種多様な他の機械も、本文脈内で意図されていることが理解されるべきである。例えば、他の実施形態では、トラックチェーンアセンブリ１６０は、回転要素間のトルクを伝達するためのトラックとして、または当業者に既知の任意の他の用途で、コンベアシステムに含まれうる。さらに、トラックのない機械は、本明細書に開示される構成要素を含みうる。
本開示の例示的な実施形態によれば、機械１００およびそのトラックチェーンアセンブリ１６０の様々な構成要素は、それらの全体的な靭性を維持および／または改善しながら、それらの摩耗抵抗を改善する方法で形成されうる。本明細書に開示される機構は、本明細書に開示される任意の様々なトラックチェーンアセンブリ構成要素に適用されて、これらの構成要素の表面硬度を増加させ、一方で、これらの構成要素のより柔らかいコア部分を維持し、表面摩耗抵抗の改善、部品間のゴーリングの低減、および高靭性を提供しうる。
図２は、本開示の例示的な実施形態による、図１に図示したような、例示的なトラック型機械１００の足回り用のトラックチェーンアセンブリ１６０の例示的な部分２００の概略図である。上述のように、動作されたときに、トラック型機械１００の駆動スプロケット１６２は、トラックアセンブリ１６０を、一つ以上のアイドラ、またはフロントアイドラ１６４、バックアイドラ１６６、および複数のトラックローラ１６８などの他の誘導構成要素の周りで回転させて、機械１００の移動を容易にしうる。
トラックアセンブリ１６０は、横方向に配置されるトラックブッシング２０４によって互いに結合されうる一連のリンク２０２をさらに含みうる。示されるように、リンク２０２はオフセットされたリンクであってもよい。すなわち、リンク２０２の各々は、内向きにオフセットされた端部２０６および外向きにオフセットされた端部２０８を有してもよい。それぞれのリンク２０２の内向きにオフセットされた端部２０６は、隣接するリンクのそれぞれのそれぞれ外向きにオフセットされた端部２０８に結合される。さらに、リンク２０２のそれぞれの内向きにオフセットされた端部２０６は、対向するリンクの内向きにオフセットされた端部２０６に結合されてもよく、リンク２０２のそれぞれの外向きにオフセットされた端部２０８は、トラックブッシング２０４によって対向するリンクの外向きにオフセットされた端部２０８に結合されてもよい。しかしながら、リンク２０２はオフセットされたリンクである必要はないことが理解されるべきである。むしろ、いくつかの実施形態では、リンク２０２は、内側リンクおよび外側リンクを含みうる。こうした実施形態では、それぞれの対向する対の内側リンクの両端は、当技術分野で知られているように、対向する外側リンクの端部の間に位置付けられる。
一部の態様では、本開示の少なくとも一部は、トラックブッシング２０４、その構成要素ならびにトラックチェーンアセンブリ１６０および／または機械１００などのトラックブッシングが使用されるシステムの形成、作成、および／または製造に関する。さらに、トラックブッシング２０４の形成機構は、トラックチェーンアセンブリ１６０および／または機械１００の他の構成要素など、他の構成要素に適用されてもよい。
図３は、本開示の例示的な実施形態による、例示的なブッシング２０４の概略図である。トラックブッシング２０４は、内面３０２と、その間にトラックブッシング２０４の厚さ「ＴＴ」を画成する外面３０４とを含む、略中空の円筒形状を有してもよい。示されるように、内面３０２および外面３０４は、トラックブッシング２０４の丸い形状を画定する曲率を有してもよい。トラックブッシング２０４はまた、トラックブッシング２０４の長さ「Ｌ」を画定する第一のエンドリング３０６および第二のエンドリング３０８を有する。
トラックブッシング２０４の形状および寸法は、用途に基づいて変化しうる。例えば、より大きなトラックチェーンアセンブリ１６０は、より小さいサイズのトラックチェーンアセンブリ１６０よりも大きなサイズのトラックブッシング２０４を含んでもよい。トラックブッシング２０４の様々な部分（例えば、硬化した表面層、より軟質のコア部分など）の厚さもまた、トラックブッシング２０４の用途に応じて変化しうる。
本開示の例示的な実施形態によるトラックブッシング２０４は、本明細書に開示される追加の処理を伴う高炭素鋼で作製されてもよい。高炭素鋼は、本明細書で使用される場合、高炭素含有量を有する合金鋼を含む。トラックブッシング２０４の炭素含有量は、形成され、かつ任意の硬化および／または焼き戻し処理の前に、およそ０．８重量％の炭素含有量より大きくてもよい。他の例示的な実施形態では、トラックブッシング２０４は、形成され、かつ任意の硬化および／または焼き戻し処理の前に、およそ０．９重量％の炭素含有量より大きくてもよい。例えば、トラックブッシングは、およそ０．９５重量％～１．１重量％の炭素含有量など、０．９重量％超の炭素含有量を有する５２１００鋼から形成されてもよい。一部の例示的な実施形態では、トラックブッシング２０４の炭素含有量は、形成され、かつ任意の硬化および／または焼き戻し処理の前に、およそ１．１重量％超の炭素含有量、および場合により、最大２重量％の炭素含有量とすることができる。鋼中に存在する他の要素としては、以下に限定されないが、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、それらの組み合わせなどが挙げられる。
代替的な実施形態では、トラックブッシング２０４は、本明細書に開示される追加の処理を用いて、高炭素合金鋼などの高炭素鋼で作製されてもよい。これらの実施形態では、トラックブッシング２０４の炭素含有量には、およそ０．４～０．８重量％の炭素が存在しうる。一部の事例では、トラックブッシング２０４は、形成され、かつ任意の硬化および／または焼き戻し処理の前に、およそ０．６重量％～０．８重量％の炭素含有量でありうる。
トラックブッシング２０４鋼は、その中に、マンガン（Ｍｎ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、シリコン（Ｓｉ）、クロム、および／または他の材料などの他の要素をさらに含みうる。例えば、鋼は、任意の硬化および／または焼き戻し処理の前に、およそ０．１重量％～０．６重量％のマンガン、およそ０重量％～０．１重量％のリン、およそ０重量％～０．１重量％の硫黄、およそ０．１重量％～０．５重量％のシリコン、および／またはおよそ０．６重量％～３重量％のクロムを含みうる。
粗いブッシング形成の間、トラックブッシング２０４鋼は、球状化セメンタイト結晶構造であってもよい。球状化セメンタイト構造は、軟質かつ延性であってもよく、トラックブッシング２０４のより容易な形成を可能にする。例示的な実施形態では、出発高炭素鋼が球状化セメンタイト構造にない場合、球状化プロセスを実施することができる。例示的な実施形態では、球状化プロセスは、炭素鋼共晶温度下で、複数時間のアニールの間行われてもよい。例えば、鋼は、７００°Ｃで３０時間保持されて、トラックブッシング２０４を粗面形成する前に鋼を球状化することができる。本明細書および／または本開示全体における温度および／または時間範囲は例であり、温度およびより短いまたはより長い期間が、本開示の例示的な実施形態に従って使用されうる。
本開示の例示的な実施形態によれば、形成後のトラックブッシング２０４は、直接硬化プロセスなどの様々な熱処理を受け、その後、トラックブッシング２０４の内面３０２または内径（ＩＤ）上に誘導硬化プロセスを受けてもよい。この直接硬化プロセスに続く誘導硬化プロセスにより、トラックブッシング２０４の外面３０４および内面３０２の両方の近傍の領域で硬化した鋼が形成され、一方、コア部分はより軟質でより延性があり、摩耗抵抗および靭性の改善をもたらしうる。したがって、本明細書に記載のように、トラックブッシング２０４の内面３０２近くのブッシング２０４への特定の奥行きおよび外面３０４近くのブッシングへの特定の奥行きなどの外側部分は、主にマルテンサイト系および／またはオーステナイト系構造を有してもよく、一方、トラックブッシング２０４の内側部分は、内面３０２および外面３０４から離れて、主にフェライト系および／またはセメンタイト系結晶構造を有してもよい。
図４は、本開示の例示的な実施形態による、例示的なブッシング４００の断面図である。この例示的なブッシング４００の断面は、曲がった内面３０２を示さずに、断面の露出した面部が示される、トラックブッシング２０４の直径を通る例示的断面であってもよい。
図示したように、ブッシング４００は、穿孔径ＴＨを有する全厚ＴＴを有してもよい。穿孔は、実質的に中央でブッシング４００を貫通する実質的に一定の直径を有するチャネルであってもよい。ブッシングは、外面３０４と類似した外面４０２、およびブッシング２０４の内面３０２と類似した内面４１２を有してもよい。ブッシング４００は、境界面４０８から外面４０２までの厚さＴＯを有する外側部分４０４、および、境界面４１４から内面４１２までの厚さＴＩを有する内側部分４１０を有してもよい。内側部分４１０と外側部分４０４との間に、厚さＴＣを有するコア部分４０６を配置してもよい。コア部分４０６と外側部分４０４とは、境界面４０８で交わってもよく、コア部分４０６と内側部分４１０とは、境界面４１４で交わってもよい。境界面４０８、４１４は、例示の目的で鮮明な境界面として示されているが、外側部分４０４とコア部分４０６との間の遷移、および／または内側部分４１０とコア部分との間の遷移は、漸進的および／または段階的でありうることが理解されるべきである。本明細書で論じるように、厚さ寸法は、実質的に中央でブッシング４００を貫通するチャネルから半径方向にある。
一部の例示的な実施形態では、ＴＴは、約７ｍｍ～約２０ｍｍの範囲であってもよく、ＴＯは約２ｍｍ～約１１ｍｍの範囲であってもよく、ＴＣは約１ｍｍ～約１０ｍｍの範囲であってもよく、ＴＩは約１ｍｍ～約６ｍｍの範囲であってもよく、ＴＨは約３０ｍｍ～約８０ｍｍの範囲であってもよい。他の例示的な実施形態では、ＴＴは、約１０ｍｍ～約１５ｍｍの範囲内であってもよく、ＴＯは、約５ｍｍ～約９ｍｍの範囲内であってもよく、ＴＣは約２ｍｍ～約５ｍｍの範囲内であってもよく、ＴＩは約２ｍｍ～約４ｍｍの範囲内であってもよく、ＴＨは約４０ｍｍ～約６０ｍｍの範囲内であってもよい。ブッシングの総厚さＴＴ、穿孔径ＴＨ、外側部分の厚さＴＯ、内側部分の厚さＴＩ、およびコア部分の厚さＴＣの寸法の一例が、本明細書の図５に示されている。
一部の例示的な実施形態では、外側部分の厚さと総厚さとの比（ＴＯ：ＴＴ）は、約１：１０～約２：３の範囲内であってもよい。内側部分の厚さと総厚さの比（ＴＩ：ＴＴ）は、約１：２０～約１：２の範囲内であってもよい。コア部分の厚さと総厚さとの比（ＴＣ：ＴＴ）は、約１：２０～約２：３の範囲内であってもよい。
例示的な実施形態によれば、ブッシング４００の内側部分４１０および外側部分４０４は、結晶構造において実質的にマルテンサイト系および／またはオーステナイト系であってもよい。一方、コア部分４０６は、結晶構造においてセメンタイト系、フェライト系、および／またはパーライト系であってもよい。コア部分４０６はまた、マルテンサイト結晶構造を含んでもよい。本明細書に開示するように、ブッシング４００の内側部分４１０および外側部分４０４は、ブッシング４００のコア部分４０６よりも硬くてもよい。
一部の例示的な実施形態では、内側部分４１０および外側部分４０４は、約５５ロックウェル硬さＣスケール（ＨＲＣ）～約６４ＨＲＣの範囲内の硬度を有してもよく、コア部分４０６は、約３９ＨＲＣ～約５２ＨＲＣの範囲内の硬度を有してもよい。他の例示的な実施形態では、内側部分４１０および外側部分４０４は、約５８ＨＲＣ～約６２ＨＲＣの範囲内の硬度を有してもよく、コア部分４０６は、約４０ＨＲＣ～約４５ＨＲＣの範囲内の硬度を有してもよい。
ブッシング４００は、５２１００鋼などの球状化セメンタイト鋼を使用して粗いブッシングを形成することによって製造されうる。粗いブッシングは、本明細書で使用される場合、任意の後続する熱処理、硬化、焼き戻し、または類似のものの前に、高炭素合金鋼などの高炭素鋼出発材料を用いてブッシングを形成することを指す。セメンタイト構造を有する高炭素合金鋼を含む高炭素鋼は、硬化炭素鋼よりも機械加工が容易でありうる。粗いブッシングは、直接硬化などの硬化プロセスを受けうる。この直接硬化は、誘導炉またはガス炉などの任意の適切な炉で行われてもよい。一部の事例では、この直接硬化プロセスは、複数の粗いブッシングおよび／または機械１００のその他の構成要素が同時に硬化されうるバッチプロセスであってもよい。粗いブッシングは、オイルの中でなど、急冷されてもよい。任意の焼き戻しプロセスは、硬化プロセスの後などに、実施されうる。粗いブッシングの全体は、硬化したマルテンサイト構造、オーステナイト構造、および／またはベイナイト構造を有しうる。言い換えれば、粗いブッシングは、硬化プロセスの後、実質的に均一に硬化されうる。
誘導硬化プロセスは、硬化されたブッシングの内面４１２（例えば、内径（ＩＤ））上で行われてもよい。表面加熱は、ブッシング４００の内面４１２の近位の交流磁気および／または電界から電流を誘導することによって行われてもよい。誘導硬化プロセスは、表面加熱によって内面４１２の近くの領域を硬化しうる。表面硬化は、ブッシング４００の内側部分４１０を形成しうる。同時に、誘導加熱は、ブッシング４００のコア部分４０６の焼き戻しを引き起こしうる。したがって、表面硬化によって、内側部分４１０が再加熱され、急冷されて、硬質マルテンサイトおよび／またはオーステナイト構造を引き起こしうる一方で、同時に、コア部分４０６は、硬質マルテンサイトおよび／またはオーステナイト構造からより軟質のセメンタイト構造へと移行するように焼き戻しされうる。このように、軟質コア部分４０６は、硬質内側部分４１０および外側部分４０４が達成される間に、達成される。
図５は、本開示の例示的な実施形態による特定のブッシング５００の別の断面図である。このブッシング５００の断面は、曲がった内面３０２を示さずに、断面の露出した面部が示される、トラックブッシング２０４の直径を通る例示的断面であってもよい。本明細書で論じる寸法およびパラメータ範囲は、例であり、いかなる方法でも制限することを意図するものではない。
ブッシング５００は、４９ｍｍの穿孔径を有する１２．８ｍｍの合計厚さを有してもよい。ブッシング５００は、厚さ７ｍｍの外側部分５０２、および厚さ３ｍｍの内側部分５０８を有してもよい。内側部分５０８と外側部分５０２との間には、ブッシング５００の縁に２．８ｍｍおよびブッシング５００の中央の近くに５．３ｍｍの厚さを有するコア部分５０６が配置されてもよい。例示的な実施形態では、内側部分５０８および外側部分５０２は、約５８ＨＲＣ～約６２ＨＲＣの範囲内の硬度を有してもよく、コア部分５０６は、約４０ＨＲＣ～約４５ＨＲＣの範囲内の硬度を有してもよい。ブッシング５００の様々な領域５０２、５０６、５０８の厚さ、ならびにそれらの相対比は、図４のブッシング４００を参照して開示された範囲内にある。
図６は、本開示の例示的な実施形態による、図４の例示的なブッシング４００を形成するための例示的な方法６００を示す流れ図である。方法６００は、本明細書で論じるように、スペロイド化セメンタイト構造（例えば、球状化セメンタイトおよびフェライト）で高炭素鋼を使用して実施されうる。例示的な実施形態では、出発鋼は、５２１００鋼、または他の類似の高炭素鋼であってもよい。あるいは、中炭素鋼を使用してもよい。
高炭素鋼は、本明細書で使用される場合、高炭素含有量を有する合金鋼を含む。高炭素鋼の炭素含有量は、およそ０．８重量％の炭素含有量より大きくてもよい。他の例示的な実施形態では、トラックブッシングは、形成され、かつ任意の硬化および／または焼き戻し処理の前に、およそ０．９重量％超の炭素を含んでもよい。例えば、トラックブッシングは、およそ０．９５重量％～１．１重量％の炭素含有量など、０．９重量％超の炭素含有量を有する５２１００鋼から形成されてもよい。一部の例示的な実施形態では、トラックブッシング２０４の炭素含有量は、形成され、かつ任意の硬化および／または焼き戻し処理の前に、およそ１．１重量％超の炭素含有量、および場合により、最大２重量％の炭素含有量とすることができる。鋼中に存在する他の要素としては、以下に限定されないが、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、それらの組み合わせなどが挙げられる。
本明細書で論じるように、粗いブッシングが形成される高炭素合金鋼などの高炭素鋼は、球状化セメンタイト結晶構造の中にあってもよい。球状化セメンタイト構造は、軟質かつ延性であってもよく、トラックブッシング２０４のより容易な形成を可能にする。例示的な実施形態では、出発高炭素鋼が球状化セメンタイト構造にない場合、任意選択で、方法６００を開始する前に球状化プロセスを実施することができる。例示的な実施形態では、球状化プロセスは、炭素鋼共晶温度（例えば、７２５°Ｃ）下で、複数時間のアニールの間、行われてもよい。例えば、鋼材は、６５０°Ｃ～７２０°Ｃの温度範囲で２０～４０時間保持されて、トラックブッシング２０４を粗面形成する前に鋼材を球状化することができる。
ブロック６０２では、ブッシングは高炭素鋼から形成されうる。上で論じたように、鋼は、ブッシングを形成する際に、球状化セメンタイト構造中にあってもよい。例えば、鋼は、主に球状化セメンタイト、フェライト、および／またはパーライトを含んでもよい。鋼が前に硬化されていた場合、鋼はまた、マルテンサイトおよび／またはオーステナイト結晶構造を含んでもよい。高炭素鋼のこの形態は、比較的軟質かつ延性であり、したがって、機械加工に適している。ブッシングの形成は、この場合、粗いブッシングで、ブッシングを形成するのに適した任意の様々な機械加工技術を含みうる。例えば、任意のタイプの成形、旋削、フライス加工、ドリル加工、研削、および／または他の機械加工技術を使用して、粗いブッシングを形成してもよい。
ブロック６０４で、ブッシングの直接硬化を実施することができる。直接硬化処理は、ブッシングを共晶温度よりも高い温度に加熱することによって行われてもよい。この直接硬化は、誘導炉またはガス炉などの任意の適切な炉で行われてもよい。一部の事例では、この直接硬化プロセスは、複数の粗いブッシングおよび／または機械１００のその他の構成要素が同時に硬化されうるバッチプロセスであってもよい。
炉プロセスは、任意の適切な温度および時間で行われてもよい。例えば、炉プロセスは、所定時間の間８００°Ｃ超で実施されうる。一部の例示的な実施形態では、炉プロセスは、約８００°Ｃ～約９５０°Ｃの温度範囲で、約３０分～約３時間の時間範囲の間行われてもよい。例えば、直接硬化の炉加熱プロセスは、８５０°Ｃで６０分間行われてもよい。炉プロセスを実施した後、粗いブッシングは、例えばオイル中で急冷されてもよい。代替の方法として、急冷プロセスは、塩浴、空気、および／または水などの任意の適切な媒体中であってもよい。任意の焼き戻しプロセスは、硬化プロセスの後に実施されてもよい。
直接硬化プロセスの後、粗いブッシングの全体が硬化したマルテンサイト、オーステナイト、および／またはベイナイト構造を有しうる。言い換えれば、この時点で粗いブッシングは、その厚さＴＴ全体にわたって実質的に均一に硬化されてもよい。直接硬化プロセスの結果として、ブッシング全体の硬度は、約５５ＨＲＣ～約６２ＨＲＣの範囲内でありうる。例えば、ブッシングは、直接硬化プロセスの後、およそ６０ＨＲＣでありうる。
硬化したマルテンサイト炭素鋼は、高耐摩耗性およびゴーリングレベルの低減を提供する一方で、概して脆く延性に欠ける。したがって、この処理段階でのブッシングの均一な硬化は、所望のブッシングの靭性よりも低い結果をもたらしうる。
ブロック６０６で、ブッシングの内面上の誘導硬化を実施することができる。内面４１２における誘導硬化は、内面４１２の近くに磁界および／または交番電界を提供して、ファラデーの法則に従って、内面４１２の近くに電流を誘導することによって行われてもよい。磁界および／または交番電界は、内面４１２によって実質的に中央で画定され、内面４１２に近接して延在するチャネル内に所望の交互周波数および電力レベルで電気的に電力供給されるコイルを挿入することによって、内面４１２の近傍で生成されうる。一部の事例では、誘導硬化を実施するために使用されるコイルは、ブッシングの長さＬの全体を同時に加熱しうるように形状設定されうる。あるいは、コイルは、内面４１２のすべてが誘導電流によって加熱されるように、ブッシング（例えば、ラスタ化）の長さＬに沿って移動されてもよい。
この誘導加熱プロセスによる加熱は、誘導電流が生成される内面４１２の近くに局在してもよい。したがって、誘導加熱を使用するときに、ブッシング内に延在する温度勾配があってもよい。この場合、内面４１２は、内面４１２から離れてブッシング内に半径方向に延在する温度の減少を伴う最高温度であってもよい。結果として、内面４１２に最も近い領域は、炭素鋼Ａｃ１温度より上に加熱されてもよく、内面４１２から遠く離れた領域は、炭素鋼Ａｃ１温度より下に加熱されてもよい。Ａｃ１温度は、炭素鋼を加熱するときにオーステナイトが形成され始める温度でありうる。このようにして、内面４１２に近い領域は硬化されてもよく、内面４１２から遠く離れた領域は、誘導硬化プロセスの間に焼き戻しされてもよい。
例示的な実施形態によれば、誘導硬化のための電力および周波数は、ブッシング４００の内側部分４０４の奥行きＴＩを制御するように選択されうる。内側部分４０４の奥行きＴＩでは、誘導硬化中の温度は約８００°Ｃ～約１０００°Ｃに上昇しうる。一部の例示的な実施形態では、温度は、内側部分４０４の奥行きＴＩ内で、約８５０°Ｃ～約９５０°Ｃに上昇してもよい。例えば、誘導加熱は、内面４１２付近の温度が約９００°Ｃであるように行われてもよい。
上述のように、内側部分４０４の奥行きＴＩ内の温度が約８００°Ｃ～約１０００°Ｃの範囲内にあるとき、コア部分４０６の温度は内側部分４０４の温度よりも低い。例示的な実施形態では、コア部分４０６内の温度は、誘導硬化プロセス中に約５００°Ｃ～約８００°Ｃの範囲内であってもよい。一部の例示的な実施形態では、誘導硬化中のコア部分４０６内の温度は、約６５０°Ｃ～約７５０°Ｃの範囲内であってもよい。結果として、内側部分４０４が硬化された時に、コア部分４０６は同時に焼き戻しされてもよい。
例示的な実施形態では、誘導硬化の時間範囲は、約３秒～約３時間の範囲内であってもよい。例えば、誘導加熱プロセスは、９２５°Ｃで３０秒間行われてもよい。誘導加熱プロセスを行った後、ブッシングは空気中で急冷されてもよい。代替の方法として、急冷プロセスは、塩浴、オイル、および／または水などの任意の適切な媒体中であってもよい。
誘導加熱プロセスの後、ブッシング４００は、内側部分４０４で硬化され、コア部分４０６で軟化されうる。外側部分４０４は、その部分がブロック６０４の直接硬化プロセスの一部として硬化されたときから実質的に変化しなくてもよい。したがって、誘導硬化プロセスの後、内側部分４１０および外側部分４０４は、約５５ＨＲＣ～約６４ＨＲＣの範囲の硬度を有してもよく、コア部分４０６は、約３９ＨＲＣ～約５２ＨＲＣの範囲の硬度を有してもよい。他の例示的な実施形態では、内側部分４１０および外側部分４０４は、約５８ＨＲＣ～約６２ＨＲＣの範囲内の硬度を有してもよく、コア部分４０６は、約４０ＨＲＣ～約４５ＨＲＣの範囲内の硬度を有してもよい。
方法６００の動作の一部は、提示された順序から外れて、追加の要素と共に、および／またはいくつかの要素なしで行われてもよいことに留意されたい。方法６００の動作の一部はさらに、実質的に同時に行われてもよく、したがって、上に示される動作の順序とは異なる順序で終了してもよい。
図７は、本開示の例示的な実施形態による、図４の例示的なブッシングを形成するための別の例示的な方法７００を示す流れ図である。方法７００は、本明細書で論じる高炭素鋼を使用して、スペロイド化セメンタイト構造で実施されうる。例示的な実施形態では、出発鋼は、５２１００鋼、または他の類似の高炭素鋼であってもよい。あるいは、中炭素鋼を使用してもよい。
本明細書で論じるように、任意の処理の前に、高炭素合金鋼などの高炭素鋼は、フェライト結晶構造と共に、球状化セメンタイト結晶構造の中にあってもよい。スフェロドイド化セメンタイト構造は、軟質かつ延性であってもよく、トラックブッシング２０４のより容易な形成を可能にする。例示的な実施形態では、出発高炭素鋼が球状化セメンタイト構造にない場合、任意選択で、方法７００を開始する前に球状化プロセスを実施することができる。例示的な実施形態では、球状化プロセスは、炭素鋼共晶温度（例えば、７２５°Ｃ）下で、複数時間のアニールの間、行われてもよい。例えば、鋼材は、６５０°Ｃ～７２０°Ｃの温度範囲で２０～４０時間保持されて、トラックブッシング２０４を粗面形成する前に鋼材を球状化することができる。
ブロック７０２では、ブッシングは高炭素鋼から形成されうる。上で論じたように、鋼は、ブッシングを形成する際に、球状化セメンタイト構造中にあってもよい。高炭素鋼のこの形態は、比較的軟質かつ延性であり、したがって、機械加工に適している。ブッシングの形成は、この場合、粗いブッシングで、ブッシングを形成するのに適した任意の様々な機械加工技術を含みうる。例えば、任意のタイプの成形、旋削、フライス加工、ドリル加工、研削、および／または他の機械加工技術を使用して、粗いブッシングを形成してもよい。
ブロック７０４で、ブッシングは第一の硬度レベルに均一に硬化されてもよい。本明細書で論じるように、これは、直接硬化プロセスまたは他の類似のプロセスによって達成されうる。直接硬化処理は、ブッシングをＡｃ１温度よりも高い温度に加熱することによって行われてもよい。この直接硬化は、誘導炉またはガス炉などの任意の適切な炉で行われてもよい。一部の事例では、この直接硬化プロセスは、複数の粗いブッシングおよび／または機械１００のその他の構成要素が同時に硬化されうるバッチプロセスであってもよい。
炉プロセスは、任意の適切な温度および時間で行われてもよい。例えば、炉プロセスは、所定時間の間８００°Ｃ超で実施されうる。一部の例示的な実施形態では、炉プロセスは、約８００°Ｃ～約９５０°Ｃの温度範囲で、約３０分～約３時間の時間範囲の間行われてもよい。例えば、直接硬化の炉加熱プロセスは、８５０°Ｃで６０分間行われてもよい。炉プロセスを実施した後、粗いブッシングは、例えばオイル中で急冷されてもよい。代替の方法として、急冷プロセスは、塩浴、空気、および／または水などの任意の適切な媒体中であってもよい。任意の焼き戻しプロセスは、硬化プロセスの後に実施されてもよい。
直接硬化プロセスの後、粗いブッシングの全体が硬化したマルテンサイト、オーステナイト、および／またはベイナイト構造を有しうる。言い換えれば、この時点で粗いブッシングは、その厚さＴＴ全体にわたって実質的に均一に硬化されてもよい。直接硬化プロセスの結果として、ブッシング全体の硬度は、約５５ＨＲＣ～約６２ＨＲＣの範囲内でありうる。例えば、ブッシングは、直接硬化プロセスの後、およそ６０ＨＲＣでありうる。
硬化したマルテンサイト炭素鋼は、高耐摩耗性およびゴーリングレベルの低減を提供する一方で、概して脆く延性に欠ける。したがって、この処理段階でのブッシングの均一な硬化は、所望のブッシングの靭性よりも低い結果をもたらしうる。
ブロック７０６では、ブッシングは任意選択で焼き戻しされてもよい。この焼き戻しプロセスは、特に、応力を軽減し、オイル急冷プロセスから生じた可能性があるマイクロクラッキングを低減することであってもよい。例示的な実施形態では、焼き戻しプロセスは、約１００°Ｃ～約２００°Ｃの範囲の温度で、約３０分～約３時間であってもよい。一実施例では、焼き戻しプロセスは、１５０°Ｃで６０分間であってもよい。一部の事例では、この焼き戻しプロセスは、例えば他のブッシング２０４などの機械１００の他の構成要素と共に、一括で行われてもよい。焼き戻しプロセスは、誘導炉および／またはガス炉などの任意の適切な炉または加熱チャンバで行われてもよい。
ブロック７０８では、ブッシングの内面は表面硬化されてもよく、一方、ブッシングのコアは、コアが外面および内面よりも低い硬度を有するように、焼き戻しされてもよい。本明細書で論じるように、これは、誘導硬化プロセスを使用して行われてもよい。本明細書で論じるように、内面４１２における誘導硬化は、内面４１２の近傍に磁界および／または交番電界を提供して、ファラデーの法則に従って、内面４１２の近くに電流を誘導することによって行われてもよい。磁界および／または交番電界は、内面４１２によって画定されるベアリングの穴内に、内面４１２に近接して、所望の交互周波数および電力レベルで電気的に電力供給されるコイルを挿入することによって、内面４１２の近傍で生成されうる。一部の事例では、誘導硬化を実施するために使用されるコイルは、ブッシングの長さＬの全体を同時に加熱しうるように形状設定されうる。あるいは、コイルは、内面４１２のすべてが誘導電流によって加熱されるように、ブッシング（例えば、ラスタ化）の長さＬに沿って移動されてもよい。
この誘導加熱プロセスによる加熱は、誘導電流が生成される内面４１２の近くに局在してもよい。したがって、誘導加熱を使用するときに、ブッシング内に延在する温度勾配があってもよい。この場合、内面４１２は、内面４１２から離れてブッシング内に半径方向に延在する温度の減少を伴う最高温度であってもよい。結果として、内面４１２に最も近い領域は、炭素鋼共晶温度より上に加熱されてもよく、内面４１２から遠く離れた領域は、炭素鋼共晶温度より下に加熱されてもよい。このようにして、内面４１２に近い領域は硬化されてもよく、内面４１２から遠く離れた領域は、誘導硬化プロセスの間に焼き戻しされてもよい。
例示的な実施形態によれば、誘導硬化のための電力および周波数は、ブッシング４００の内側部分４０４の奥行きＴＩを制御するように選択されうる。内側部分４０４の奥行きＴＩでは、誘導硬化中の温度は約８００°Ｃ～約１０００°Ｃに上昇しうる。一部の例示的な実施形態では、温度は、内側部分４０４の奥行きＴＩ内で、約８５０°Ｃ～約９５０°Ｃに上昇してもよい。例えば、誘導加熱は、内面４１２付近の温度が約９００°Ｃであるように行われてもよい。
上述のように、内側部分４０４の奥行きＴＩ内の温度が約８００°Ｃ～約１０００°Ｃの範囲内にあるとき、コア部分４０６の温度は内側部分４０４の温度よりも低い。例示的な実施形態では、コア部分４０６内の温度は、誘導硬化プロセス中に約５００°Ｃ～約８００°Ｃの範囲内であってもよい。一部の例示的な実施形態では、誘導硬化中のコア部分４０６内の温度は、約６５０°Ｃ～約７５０°Ｃの範囲内であってもよい。結果として、内側部分４０４が硬化された時に、コア部分４０６は同時に焼き戻しされてもよい。
例示的な実施形態では、誘導硬化の時間範囲は、約３秒～約３時間の範囲内であってもよい。例えば、誘導加熱プロセスは、９２５°Ｃで１５秒間行われてもよい。誘導加熱プロセスを行った後、ブッシングは空気中で急冷されてもよい。代替の方法として、急冷プロセスは、塩浴、オイル、および／または水などの任意の適切な媒体中であってもよい。
誘導加熱プロセスの後、ブッシング４００は、内側部分４０４で硬化され、コア部分４０６で軟化されうる。外側部分４０４は、その部分がブロック７０４の直接硬化プロセスの一部として硬化されたときから実質的に変化しなくてもよい。したがって、誘導硬化プロセスの後、内側部分４１０および外側部分４０４は、約５５ＨＲＣ～約６４ＨＲＣの範囲の硬度を有してもよく、コア部分４０６は、約３９ＨＲＣ～約５２ＨＲＣの範囲の硬度を有してもよい。他の例示的な実施形態では、内側部分４１０および外側部分４０４は、約５８ＨＲＣ～約６２ＨＲＣの範囲内の硬度を有してもよく、コア部分４０６は、約４０ＨＲＣ～約４５ＨＲＣの範囲内の硬度を有してもよい。
方法７００の動作の一部は、提示された順序から外れて、追加の要素と共に、および／またはいくつかの要素なしで行われてもよいことに留意されたい。方法７００の動作の一部はさらに、実質的に同時に行われてもよく、したがって、上に示される動作の順序とは異なる順序で終了してもよい。
本開示は、トラック型機械１００の構成要素などの構成要素の摩耗耐性および靭性を改善するためのシステム、構造、および方法を記載する。これらの改善された構成要素は、機械１００のトラックチェーンアセンブリ１６０で使用されるブッシング２０４を含みうる。本明細書で開示されるブッシング２０４は、硬質の耐摩耗性の外側部分および内側部分、ならびに軟質コア部分を有しうる。軟質コア部分は、ブッシング２０４の高レベルの靭性を提供し、一方で、硬質の外側部分および内側部分は、高レベルの耐摩耗性を提供し、動作中のゴーリングを低減する。ブッシング２０４およびブッシング２０４からの手順は、トラック型機械およびそれらのトラック型機械の足回りの文脈で論じられるが、当然のことながら、ブッシング２０４およびそれを形成する機構は、ブッシングおよび／または他の部品の改善された摩耗抵抗から利益をうることができる任意の機械システムなどの幅広い機械システムにわたって適用可能である。
本明細書に記載されるシステム、装置、および方法の結果として、ブッシングなどの機械の消耗部品は、より長い寿命を有しうる。例えば、本明細書に記載のトラックブッシング２０４は、本明細書に記載の機構によって形成されない従来のブッシング２０４よりも寿命が長い可能性がある。一部の事例では、ブッシング２０４および／または他の構成要素は、トラック型機械１００の消耗部品の摩耗寿命の２５％～４００％の改善を可能にしうる。これにより、フィールドダウンタイムが低減され、サービスおよび保守の頻度が低減され、トラック型機械１００などの重機のコストが全体的に低減される。改善された信頼性および低減されたフィールドレベルのダウンタイムはまた、機械１００が、より長い時間および全体的な寿命のより大きな割合のために、その意図された目的に専念することができるように、ユーザ体験を改善する。機械１００の稼働時間の改善および定期メンテナンスの低減は、資源のより効率的な配置（例えば、建設現場におけるより少ないがより信頼性の高い機械１００）を可能にしうる。したがって、本明細書に開示される技術は、プロジェクト資源（例えば、建設資源、鉱業資源など）の効率を改善し、プロジェクト資源のより高い稼働時間を提供し、プロジェクト資源の財務パフォーマンスを改善する。
本開示の態様は、上記の実施形態を参照して特に示され、記述されてきたが、開示された内容の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な追加の実施形態が、開示された機械、システムおよび方法の改変によって意図されていることが理解されるであろう。かかる実施形態は、特許請求の範囲およびその任意の均等物に基づき決定される本開示の範囲内に収まることが理解されるべきである。
本明細書の値の範囲の列記は、本明細書中で特に示さない限り、該範囲内の個々の値を個別に参照する簡略な方法として機能することが単に意図されるものであり、個々の値はそれぞれあたかも本明細書に個別に記載されるかのように、本明細書に組み込まれる。本明細書中に特に明記されない限り、本明細書に記載されるすべての方法は、任意の適切な順序で実施することができる。

Claims (10)

  1. ブッシング（２０４）を製造する方法であって、
    粗いブッシングの直接硬化を実施することであって、前記粗いブッシングが０．８重量％超の炭素含有量を有する高炭素鋼から形成され、前記高炭素鋼がセメンタイト結晶構造を含む、実施することと、
    前記粗いブッシングの内面（３０２）上に誘導硬化を実施して、前記ブッシング（２０４）の硬化された内側部分（４１０）および前記ブッシング（２０４）の軟質コア部分（４０６）を形成することと、を含む、方法。
  2. 前記高炭素鋼が５２１００鋼を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記内側部分が少なくとも５５ＨＲＣの硬度を有し、前記外側部分が少なくとも５５ＨＲＣの硬度を有する、請求項１に記載の方法。
  4. 前記直接硬化を実施することが、
    前記粗いブッシングを、所定の時間の間少なくとも８００°Ｃに加熱することと、
    前記粗いブッシングを急冷することと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記内側部分（４１０）の厚さと前記ブッシング（２０４）の厚さとの比が、１：２０～１：２の範囲内である、請求項１に記載の方法。
  6. ブッシング（２０４）であって、
    外面（４０２）および前記外面（４０２）に対向する内面（４１２）であって、前記内面（４１２）が実質的に一定の直径を有するチャネルを画定し、前記チャネルが、前記ブッシングの第一の端部（２０８）から、前記第一の端部（２０８）に対向する前記ブッシング（２０４）の第二の端部（２０６）まで、前記ブッシング（２０４）を実質的に中央で貫通する、外面および内面と、
    前記内面（４１２）を含む内側部分（４１０）と、
    前記外面（４０２）を含む外側部分（４０４）と、
    前記内側部分（４１０）と前記外側部分（４０４）との間に配置されるコア部分（４０６）と、を備え、
    前記コア部分（４０６）は、前記内側部分（４１０）のＨＲＣ値および前記外側部分（４０４）のＨＲＣ値よりも低いＨＲＣ値を有する、ブッシング（２０４）。
  7. 前記内側部分が、少なくとも５５ＨＲＣの硬度を有し、
    前記外側部分が、少なくとも５５ＨＲＣの硬度を有し、
    前記コア部分が、５２ＨＲＣ未満の硬度を有する、請求項６に記載のブッシング。
  8. 前記内側部分（４１０）および前記外側部分（４０４）が、実質的にマルテンサイト結晶構造を有する、請求項６に記載のブッシング。
  9. 前記ブッシングが、０．８重量％を超える炭素含有量を有する高炭素鋼を含む、請求項６に記載のブッシング。
  10. 前記外側部分が少なくとも５ｍｍの厚さを有する、請求項６に記載のブッシング。
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