[发明专利]轴承构件及制造方法

说明书

一种包含未受影响材料(14)的轴承构件(16、18、20、22)，具有受到硬加工处理的表面，在所述硬加工处理期间，所述表面的温度不超过所述未受影响材料(14)的奥氏体化温度(24)，由此所述轴承构件(16、18、20、22)的所述表面包含形成在所述硬加工处理期间的白层(15)，其特征在于，所述白层(15)包含的纳米晶体微观结构含有最大晶粒尺寸达到500nm的晶粒，并且所述白层(15)紧邻所述轴承构件(16、18、20、22)的未受影响材料(14)，由此在所述硬加工处理期间并无黑层(12)形成。

技术领域

本发明涉及一种轴承构件，所述轴承构件包含，比方说，硬度至少为45HRC的诸如钢、铁或铁基金属(iron-based metal)之类的未受影响材料(unaffected material)，所述未受影响材料受到硬机械加工(hard machining，以下简称“硬加工”)之类的机械加工处理(machining process，以下简称“机加工”)，例如，车削(turning)或硬车削(hardturning)。本发明还涉及这样轴承构件的制造方法。

背景技术

硬车削是应用于硬度大于45HRC(相当于约450HV1)的金属材料的机械加工工艺，通常在工件热处理后进行。在硬车削中，切削工具(cutting tool，以下简称“刀具”)在工件旋动时“描绘”(行走)出刀具轨迹(toolpath)。刀具运动轴线(axes of movement)可以是一条直线，也可以是沿着某组曲线或角度。通常，术语“车削”专指通过切削动作生成外表面，而同样本质的切削动作当被施加于内表面(比如孔)时则被称为“镗(孔)”。因此，所述“车削和镗孔”是对本质上属于类似工艺的更大类别进行分类。在车削时，一件相对坚硬的材料(如金属)被旋转，刀具沿着1、2或3个运动轴线往复移动，从而生成，例如，精确的直径和公差。

对金属材料硬加工的广泛使用构成严重限制的是所谓的“白(化)层”效应，即工件的硬加工表面在光学显微镜(Light Optical Microscope)下呈现出白色的一种显微变化(microscopic alteration)，该效应是刀具在工件的硬加工表面施加极高的热机械载荷(athermo-mechanical load)所产生的。这种白层与工件的基体材料(bulk material)相比，硬度高，而且脆。作用在工件上的热机械负荷还在脆硬的白层下面形成一个较暗区域，亦称“黑层”。所述黑层比白层和未受影响材料都软。当强外部负荷作用在这样的三层结构(即：一层坚硬或非常坚硬的白层、一层柔软的黑层、以及坚硬的未受影响材料)上时，裂缝会形成在白层、白层与黑层之间、抑或黑层与未受影响材料之间。当这些裂纹扩展并且连接在一起时，就可能发生剥落(flaking)。

受热机械影响(thermo-mechanically affected)包含耐蚀(etching-resistant)白层的工件表面因高的表面拉应力(high tensile surface stresses)以及与之相关的产出部件的下降的耐疲劳性、较低的断裂韧性和/或降低的耐磨性而在传统上就不受待见。

这种坐落在工件上述硬加工表面上的受热机械影响的多层(结构)如图1所示。图1所示的显微照片清楚地显示出在使用大约1000倍放大倍率的光学显微镜(LOM)下观察到的上述硬加工工件典型的表面以下微观结构(subsurface microstructure)的化学腐蚀抛光截面图。该微观结构显示出在硬车削期间与刀具直接接触的外表面，即“白层”(10)。此外，微观结构还显示出在白层(10)的下方有一层“黑层”(12)。所述黑层(12)为在硬车削期间暴露于高温下的过度回火区域(over-tempered zone)。所述黑层(12)的下面是未受影响材料，即未受机加工工艺影响的母体材料(parent material，以下简称“母材”)。