[发明专利]机械部件和表面硬化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有贯穿其中的孔的机械部件，例如穿孔的滚柱。本发明还涉及一种用于将这样的机械部件的内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到铁素体/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。

德国专利申请DE10200604169的英文摘要公开了一种为制造用于混凝土或其他具有高研磨特性的粘稠物质的输送管的方法。联结法兰被首先焊接到由可硬化钢制成的管子的端部上，然后通过硬化过程输送管的内层产生，这样使得内层被未经硬化的、耐冲击的外层包围。硬化过程在引入管子中的感应头的帮助下通过感应淬火进行。在硬化过程中，感应头和管子在轴向方向相对于彼此移动，感应淬火过程的有效硬化深度依照在管子中的感应头的瞬时位置被控制。优选地，在最终区域的有效硬化深度大于在中心区域的有效硬化深度，从而提供具有显著耐磨性的管子。

美国专利4949758公开了用于将长的（8-32英尺，也就是244-975cm）、薄壁（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，它涉及包括用位于内部的电磁感应线圈渐进的加热、接着用淬火环组件通过立即淬火来在管子的内表面上产生马氏体层的过程。

因此，已知的是利用感应淬火来硬化大直径的或具有薄壁（多至1/4英寸[也就是多至6mm]）的管子的内表面。美国专利4949758公开的方法还未被用来硬化具有厚壁（也就是臂具有7mm的最小的厚度）和非常小的贯穿其中孔（也就是具有小于32mm的半径的孔）的部件。这是因为将部件的内表面足够快地加热和淬火以获得在内表面中所需的微观结构是不可能的，因为实际上不可能制造出所提出的用于实行该方法的设备以配合非常小的孔。作为替代，当硬化具有厚壁（也就是具有7mm的最小的厚度）、复杂几何形状（例如具有不均匀的或不对称的部分的部件）和/或包括非常小的贯穿的孔（也就是具有小于32mm的直径的孔）的机械部件的表面时，因为在渗碳中使用的碳的气体、液体、固体或等离子来源能够穿透到孔和紧的间隙中，所以渗碳经常被使用。

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，外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的非穿透硬化的机械部件，该部件具有贯穿其中的横截面为均匀的或非均匀的孔，也就是延伸穿过机械部件的至少一部分，其中孔的最大横向尺寸为31.75mm或更少并且其中机械部件的最小厚度为7mm，该厚度从组成孔的外周长的内表面径向向外至机械部件的外表面所测得的。

这个目的通过这样的机械部件实现，其中该组成孔的外周长的机械部件的内表面材料的至少一部分包括马氏体微观结构，所述马氏体微观结构通过利用位于所述孔内侧的电磁感应线圈的感应淬火、接着当电磁感应线圈已经从所述孔被移除或当电磁感应线圈从所述孔正在从所述孔被移除时通过利用位于所述孔内侧的淬火设备立即淬火而制成。内表面材料的所述至少一部分在内表面可以具有在洛氏硬度表上55-75HRC范围内的硬度，优选地是58-63HRC，并且增加硬度的材料可以延伸到内表面以下大约0.5-6mm的深度，优选的在内表面以下1-4mm。

这样的非穿透硬化的机械部件的内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，用来制造这样机械部件的感应淬火热处理比渗碳热处理更加节能和更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，所述内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，所述内表面的至少一部分延伸到所述内表面以下0.2、0.3、0.4、0.5、0.75或1.0mm的深度。

根据本发明的实施方式，所述内表面的至少一部分延伸到所述内表面以下1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5或6.0mm的深度。

根据本发明的实施方式，孔的最大横向尺寸为5-31.75mm，优选地，10-30mm。