[发明专利]机械部件和用于表面硬化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械部件和一种用于将这样的机械部件的表面的至少一部分表面硬化的方法。

发明背景

感应淬火是金属部件通过感应加热被加热至铁素体/奥氏体转变温度或更高、然后被淬火的热处理。淬火过的金属经过马氏体转变，金属部件的表面的硬度和脆性增加。感应淬火可以用于选择性地将机械部件的区域硬化而不影响部件整体的特性。

美国专利4949758公开了用于将细长的（8-32英尺，也就是244-975cm）、薄壁的（1/8至1/4英寸，也就是3-6mm）、小内径（1¹/₄至3¹/₄英寸，也就是32至83mm）的管状构件的内表面硬化的过程。更确切地说，它涉及利用位于内部的电磁感应线圈的渐进的加热、接着用淬火环组件立即淬火来以管子的内表面上产生马氏体层的过程。这个方法被用来获得具有至少58HRC的硬度的表面和基本上未被硬化的核心，并且硬化过的表面和未被硬化的外层核心之间有明显的界线。

但是，将部件的表面表面硬化时，获得在硬化过的表面和部件的未被硬化的核心之间不表现出明显的界线的硬度分布才是有利的。当部件在使用中时，硬化过的表面和未被硬化的核心之间的平滑的界线、也就是其中硬度随着深度稳定地而不是突然地减少的过渡区域，减小或消除了在那个区域中在材料中的任何应力。这样的稳定地减少的硬度分布可以通过将部件的表面渗碳获得。

渗碳是在分解时释放碳的另一材料的参与下铁或钢被加热的热处理过程。外表面或外层会比原来的材料具有更高的碳含量。当铁或钢通过淬火被迅速冷却时，表面上更高的碳含量变硬，而核心部分保持柔软（也就是易延展的）和有韧性。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进过的非穿透硬化的机械部件。

这个目的通过这样的机械部件实现，该机械部件具有平的或不平的表面，也就是内表面或外表面，它的至少一部分已经通过感应加热被表面硬化。也就是说，所述表面包括通过利用电磁感应线圈的感应硬化、接着通过利用淬火设备淬火而制成的马氏体微观结构。穿过该表面的机械部件的纵向或横向截面展现出在该表面的硬度H_表面和在机械部件的未被硬化的核心（也就是在机械部件的未被硬化的基底金属中）的硬度H_核心。截面的硬度分布（利用维氏硬度检验或例如任何其他适合的方法所测得）展现出第一区域、第三区域和在所述第一和第三区域之间的第二区域，所述第一区域的硬度基本上等于在所述表面的硬度H_表面，所述第三区域的硬度基本上等于在机械部件的未被硬化的核心的硬度H_核心。在第一区域中的硬度分布具有平均硬度Y₁，在第三区域中的硬度分布具有平均硬度Y₃。如果在点和点（其中0<k<2并且k是实数）之间在第二区域中的硬度分布上划线，那么沿着所述线所确定的在第二区域中的机械部件的硬度以少于每毫米50HRC减少。

这样的非穿透硬化的机械部件的表面的至少一部分将展现出增加的表面硬度、增加的耐磨性能和/或增加的疲劳和抗张强度。此外，用来制造这样的机械部件的感应硬化热处理比渗碳热处理更加节能和有成本效益，并且比起渗碳热处理它具有更短的循环时间以及提供更好的变形控制。另外，表面的至少一部分的特性、例如硬度，微观结构和残余应力，可以为特定的应用按需定制。

根据本发明的实施方式，k是1。

根据本发明的实施方式，k是0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8或1.9。

根据本发明的实施方式，沿所述线确定的在第二区域中的机械部件的硬度以少于每毫米30HRC、少于每毫米25HRC、少于每毫米20HRC、少于每毫米15HRC或少于每毫米10HRC减少。

根据本发明的另一实施方式，在所述表面的硬度H_表面在洛氏硬度表上在55-75HRC之间，优选地在58-63HRC之间。

根据本发明的又一实施方式，在机械部件未被硬化的核心的硬度H_核心在15-30HRC之间。

根据本发明的另一实施方式，第一区域从所述表面延伸至表面以下最多6mm的深度，优选地，至所述表面以下1-4mm的深度，也就是增加了硬度的材料可以延伸至所述表面以下约0.5-6mm的深度，优选地，在所述表面以下1-2mm。