金属部件的表面硬化方法技术

金属部件(10、12、14、16)的表面的至少一部分的表面硬化方法，其包括：步骤a)，对金属部件(10、12、14、16)的表面的所述至少一部分用碳和/或氮进行富集，以及步骤b)，对金属部件(10、12、14、16)的所述表面的所述至少一部分进行感应硬化。

Method for surface hardening of metal parts

The metal parts (10, 12, 14, 16) surface hardening method, at least a portion of the surface which comprises the following steps: a), the metal parts (10, 12, 14, 16) on the surface of the at least one portion of the carbon and / or nitrogen enrichment, and step B), the the metal parts (10, 12, 14, 16) of the surface of the at least one portion of the induction hardening.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种金属部件表面至少一部分的表面硬化方法。本专利技术还涉及使用该方法的金属部件。
技术介绍
渗碳、碳氮共渗和感应硬化是可以用于在金属部件的表面上产生坚硬的耐磨层(硬化层(case))的表面硬化处理。渗碳是铁或钢在其它固体、液体或气体材料存在的情况下受热，导致所述材料在分解时释放碳(到所述铁或钢中)的热处理工艺。表面或渗碳层将具有比原始材料更高的碳含量。当铁或钢通过淬火快速冷却时，高碳含量表面变硬，而芯部保持柔软(即可延展性)和韧性。碳氮共渗是这样一种冶金表面改性技术，碳和氮的原子间隙扩散(diffuseinterstitially)到金属中，从而产生滑动障碍，并增加表面附近的硬度，典型情况下发生在0.1至0.3mm的厚度层中。碳氮共渗也可用于产生碳化物或氮化物，主要用于避免或减少晶粒生长(graingrowth)，并减少磨粒磨损。碳氮共渗通常在850-860℃的温度下进行。感应硬化是通过感应加热将金属部件加热至铁素体/奥氏体相变温度(ferrite/austenitetransformationtemperature)以上然后淬火的热处理。淬火的金属经历马氏体转变，增加了金属部件的表面的硬度和脆性。感应硬化可以用于在不影响整个部件的性能的情况下选择性地硬化机械部件的区域。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种改进的对金属部件表面的至少一部分进行表面硬化的方法。该目的通过以下方法实现，该方法包括以下步骤：步骤a)，对金属部件表面的至少一部分用碳和/或氮进行富集，以及步骤b)，对金属部件表面的至少一部分进行感应硬化。已经发现，表面富集(步骤a))和感应硬化(步骤b))的这种组合提供了具有增大的表面硬度和增大的压缩残余应力的金属部件，从而与仅使用表面富集(仅步骤a))和仅进行感应硬化(仅步骤b))的金属部件的表面硬度相比提高了疲劳性能。此外，在硬化深入至硬化深度(即深度距金属部件的表面大于2mm)时，根据本专利技术的方法比仅使用表面渗碳的表面硬化方法更快。已经使用根据本专利技术的实施方式的方法的金属部件可以包含仅被感应硬化、但是未经过表面富集的区域，因此其可以具有比相同硬化深度的表面渗碳样品(casecarburizedsample)低的碳含量，导致在该区域中脆性降低。应当注意的是，感应硬化步骤b)优选在表面富集步骤a)之后(直接或间接地)进行，这是因为在感应硬化期间发生的再硬化的情况导致减小晶粒尺寸并由此改善疲劳特性。根据本专利技术的一个实施方式，步骤a)包括对金属部件的表面的至少一部分进行表面渗碳或碳氮共渗。根据本专利技术的另一个实施方式，该方法包括在表面富集步骤a)和感应硬化步骤b)之间对金属部件的表面的至少一部分进行回火的步骤。已经发现这种中间回火导致增大压缩残余应力，这增加了金属部件的疲劳强度和使用寿命，这是因为裂纹在压缩应力区中更难以引发或传播。也就是压缩应力有利于增加抗对疲劳失效、腐蚀疲劳、应力腐蚀开裂、氢辅助裂纹、微振磨损，汽蚀引起的磨损和腐蚀的抵抗力。因此，感应硬化后的回火可以抵消由表面富集步骤引起的脆性。根据本专利技术的进一步的实施方式，所述方法包括在执行完步骤a)和b)两者之后对金属部件的表面的至少一部分进行回火的步骤，优选地在执行完步骤a)和b)两者之后直接或间接的进行回火的步骤。已经发现这种最终回火步骤导致开裂的风险降低、奥氏体量降低、表面硬度降低和压缩残余应力降低。根据本专利技术的实施方式，所述方法包括在执行完步骤a)和b)两者之后(优选地在感应硬化步骤b)之后)将金属部件的表面的至少一部分深度冷却至低于-20℃的步骤。已经发现这种深度冷却导致残余奥氏体水平降低、压缩残余应力增加和表面硬度增加。根据本专利技术的另一实施方式，所述表面富集步骤a)之后接着进行马氏体或贝氏体淬火或冷却。根据本专利技术的进一步的实施方式，所述感应硬化步骤b)之后接着进行马氏体或贝氏体淬火。根据本专利技术的实施方式，所述金属部件构成以下之一的至少一部分：球轴承、滚柱轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、球面滚子轴承、CARB圆环滚子轴承、滚珠推力轴承、滚柱推力轴承、推力圆锥滚子轴承、车轮轴承、轮毂轴承单元、回转轴承、滚珠丝杠或用于承受交替赫兹应力的应用中的部件，诸如滚动接触或者既有滚动又有滑动的情形，和/或需要高耐磨性和/或需要加强疲劳和拉伸强度应用中的部件。所述金属部件可以包括或构成齿轮齿、凸轮、轴、轴承、紧固件、销、汽车离合器片、工具或模具。金属部件可以用于汽车风力(wind)、船舶、金属生产或其它需要高耐磨性和/或增加疲劳和/或拉伸强度的机器应用中。根据本专利技术的另一实施方式，所述金属部件包含以下材质的钢：所述钢包含0.5-5.0％重量百分比的Cr、0.1-5.0％重量百分比的Mo和0.1-1.1％重量百分比的C，其余为Fe和一种或一种以上的下列可选元素Si、Mn、Ni和/或V，以及正常存在的杂质。根据本专利技术的进一步的实施方式，所述金属部件包括以下种类的钢之一：C56E2、42CrMo4、50CrMo4、20NiCrMo7、16MnCr5、18NiCrMo14-6、18NiCrMo7-6，诸如100Cr6的高碳轴承钢等级的钢。根据本专利技术的实施方式，在经受所述方法处理以后，所述金属部件具有上至1+Dw/30mm的硬化层深度(即，渗碳硬化或碳氮共渗深度)、0.5-2.5％重量百分比的表面碳含量和/或0-1％重量百分比的表面氮含量，以及上至1.3*(1+Dw/30)mm的感应硬化深度，其中Dw是以毫米为单位的所述金属部件的最大横向尺寸。根据本专利技术的另一实施方式，在经过所述方法处理以后，所述金属部件在其表面以下0-0.5mm的深度处具有低于-300MPa的残余应力。本专利技术还涉及一种金属部件，所述金属部件具有上至1+Dw/30mm的渗碳层深度、0.5-2.5％重量百分比的表面碳含量和/或0-1％重量百分比的表面氮含量、以及上至1.3*(1+Dw/30)mm的感应硬化深度，其中Dw是以毫米为单位的所述金属部件的最大横向尺寸。该金属部件可以使用根据本专利技术的任一实施方式的方法提供。根据本专利技术的实施方式，经过所述方法处理以后，所述金属部件在其表面以下0-0.5mm的深度处具有低于-300MPa的残余应力。根据本专利技术的另一实施方式，所述金属部件包含以下成分的钢：所述钢包含0.5-5.0％的重量百分比的Cr、0.1-5.0％重量百分比的Mo和0.1-1.1％重量百分比的C，其余为Fe和一种或一种以上的下列可选元素Si、Mn、Ni和/或V，以及正常存在的杂质。根据本专利技术进一步的实施方式，所述金属部件包括以下种类的钢之一：C56E2、42CrMo4、50CrMo4、20NiCrMo7、16MnCr5、18NiCrMo14-6、18NiCrMo7-6，诸如100Cr6的高碳轴承钢等级的钢。根据本专利技术的实施方式，所述金属部件构成以下之一的至少一部分：球轴承、滚柱轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、球面滚子轴承、CARB圆环滚子轴承、滚珠推力轴承、滚柱推力轴承、推力圆锥滚子轴承、车轮轴承、轮毂轴承单元、回转轴承、滚珠丝杠，或者用于承受交替赫兹应力的应用中的部件，诸如滚动接触或者既有滚动又有滑动的情形，和/或需要高耐磨性和/或需要加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对金属部件(10、12、14、16)表面的至少一部分进行表面硬化的方法，其特征在于，包括：步骤a)，对金属部件(10、12、14、16)表面的所述至少一部分用碳和/或氮进行富集，以及步骤b)，对金属部件(10、12、14、16)所述表面的所述至少一部分进行感应硬化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.27 SE 1450792-51.一种对金属部件(10、12、14、16)表面的至少一部分进行表面硬化的方法，其特征在于，包括：步骤a)，对金属部件(10、12、14、16)表面的所述至少一部分用碳和/或氮进行富集，以及步骤b)，对金属部件(10、12、14、16)所述表面的所述至少一部分进行感应硬化。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a)包括对金属部件(10、12、14、16)所述表面的所述至少一部分进行表面渗碳或碳氮共渗。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述表面富集步骤a)和所述感应硬化步骤b)之间对金属部件(10、12、14、16)的所述表面的所述至少一部分进行回火的步骤。4.根据前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括在执行完所述步骤a)和b)两者之后对金属部件(10、12、14、16)的所述表面的所述至少一部分进行回火的步骤。5.根据前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括在执行完所述步骤a)和b)两者之后将金属部件(10、12、14、16)的所述表面的所述至少一部分深度冷却至低于-20℃的步骤。6.根据前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述表面富集步骤a)之后接着进行马氏体或贝氏体淬火或冷却。7.根据前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述感应硬化步骤b)之后接着进行马氏体或贝氏体淬火。8.根据前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述金属部件(10、12、14、16)构成以下之一的至少一部分：球轴承、滚柱轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、球面滚子轴承、CARB圆环滚子轴承、滚珠推力轴承、滚柱推力轴承、推力圆锥滚子轴承、车轮轴承、轮毂轴承单元、回转轴承、滚珠丝杠，或用于承受交替赫兹应力的应用中的部件，诸如滚动接触或者既有滚动又有滑动的情形，和/或需要高耐磨性和/或需要加强疲劳和拉伸强度应用中的部件。9.根据前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述金属部件(10、12、14、16)包含以下材质的钢：所述钢包含0.5-5.0％重量百分比的Cr、0.1-5.0％重量百分比的Mo和0.1-1.1％重量百分比的C，其余为Fe和一种或一种以上的下列可选元素Cr、Mo、Si、Ni和/或V，以及正常存在的杂质。10.根据前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述金属部件(10、12、14、16)包括以下种类的钢之一：C56E2、42CrMo4、50CrMo4、20NiCrMo7、16MnCr5、18NiCrMo14-6、18NiCrMo7-6，诸如100Cr6的高碳轴承...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯塔凡·拉尔森，伊莎贝拉·弗洛德斯托姆，
申请(专利权)人：斯凯孚公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE