空气硬化的贝氏体钢件制造技术

本发明专利技术公开了一种制造锻造钢件(200)的方法。该方法包括提供钢坯，所述钢坯可以通过改变空气的冷却速率而被选择性地硬化至不同硬度水平。该方法还包括将钢坯加热至钢坯的奥氏体化温度。该方法还包括对钢坯进行热锻造以形成包括第一区域(210)和第二区域(220)的钢件(200)。该方法还进一步包括：通过以第一冷却速率对第一区域(210)空气冷却并且以低于第一冷却速率的第二冷却速率对第二区域(220)空气冷却而选择性地冷却热锻造的钢件(200)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及一种空气硬化的贝氏体钢件，更具体地涉及一种通过改变空气冷却速率而被选择性地硬化至不同硬度水平的空气硬化的贝氏体钢件。
技术介绍
用于机械的结构部件(诸如履带式土方机械的底盘上所使用的履带链)要求具有这些材料特性：包括良好的屈服强度、良好的耐磨性、良好的韧性以及良好的滚动接触抗疲劳性。履带式机械(诸如推土机或其他土方设备)的履带上所使用的履带链在业内是众所周知的。用于获得履带链或其他结构部件的所需材料特性的制造方法通常包括：由钢坯热锻造部件，之后冷却，再加热至奥氏体化温度，淬火以及回火。在这些热处理工序之后，可以至少对部件的选择部分进行额外加热，再次淬火并再次回火，然后进行最终加工。履带链的加工包括：首先将钢坯加热至约1150-1350摄氏度以使材料达到奥氏体相场，然后将其热锻造成件。然后使该件缓慢冷却至室温，之后进行两次热处理工序。在第一次热处理工序中，履带链被再加热至奥氏体化温度，淬火至室温，然后回火至硬度约为30-39洛氏硬度(HRC)。在第二次热处理工序中，通过感应仅对履带链的轨道部分进行局部再加热，淬火至室温并回火至硬度为51-57HRC。这些热处理工序使得履带链具有硬质轨道和较软本体。然后，履带链的本体被加工成最终形状。热处理工序显著增加了部件的制造费用，并且还需要大量的资本支出以及持续的维护费用。K.Watts的美国专利No.5,759,309(简称为“’309专利”)中公开了一种用于硬化锻造履带链节的替代方法，该锻造履带链节具有衬垫部、轨道部、第一侧部和第二侧部。该’309专利公开了一种淬火槽，该淬火槽适用于在淬火剂流率、淬火剂压力和淬火次数的控制量下用淬火剂喷涂履带链节部分中的一个或多个。在多个淬火剂流率、多个淬火剂压力和多个淬火次数中的一个或多个的控制量下，用淬火剂喷涂了履带链节部分中的一个或多个。衬垫部和轨道部被同时硬化至预定的相应硬度。根据本专利技术的化学性质及工序所制造的钢件旨在克服由专利技术人发现或本领域中已知的一个或多个问题。
技术实现思路
在一个实施例中，公开了一种制造锻造钢件的方法。该方法包括提供钢坯，该钢坯的组成包括(按重量计)：碳0.25-0.50wt％，锰1.30-3.00wt％，以及硅0.30-2.50wt％。该方法还包括：将钢坯加热至钢坯的奥氏体化温度。该方法进一步包括：对钢坯进行热锻造，以形成包括第一区域和第二区域的钢件。该方法还进一步包括：通过以第一冷却速率对第一区域空气冷却并且以第二冷却速率对第二区域空气冷却来选择性地冷却热锻造钢件，其中第二冷却速率低于第一冷却速率。在另一个实施例中，公开了用于土方机械的钢件。该钢件的组成包括(按重量计)：碳0.25-0.50wt％，锰1.30-3.00wt％，硅0.30-2.50wt％，钒0.00-0.50wt％，钛0.02-0.06wt％，硫0.010-0.040wt％，氮0.0050-0.0150wt％，铬0.00-2.00wt％，钼0.00-0.50wt％，硼0.00-0.005wt％，以及余量的铁和附带杂质。该钢件还包括第一区域和第二区域，第一区域的第一微观结构包括0％-40％(按体积计)的贝氏体，而第二区域的第二微观结构包括50％-100％(按体积计)的贝氏体。附图说明图1是示例性钢件的透视图；图2是用于制造本专利技术示例性实施例的微观结构的连续冷却转变(CCT)图；图3是示例性冷却系统300的端视图；以及图4是用于制造钢件的方法的流程图，该钢件包括具有第一硬度的第一区域和具有第二硬度的第二区域。具体实施方式本文公开了一种包括选择性空气硬化区域的钢件以及一种用于制造钢件的方法，该钢件具有增强的强度、耐磨和韧性特性。在实施例中，该钢件包括具有第一组特性的第一区域和具有第二组特性的第二区域。通过以第一冷却速率冷却第一区域并且以第二冷却速率冷却第二区域，可以经济地制造钢件而无需热处理工序，先前认为这些热处理工序是实现第一区域和第二区域的所需强度、耐磨和韧性特性所必需的。在对该件进行锻造之后无需热处理工序的情况下产生第一组特性和第二组特性可以大大节约成本。可以减少用于热处理能力的资金投入以及对熔炉和其他设备的维护成本。图1是示例性钢件的透视图。如图1所示，示例性钢件为履带链100。履带链100通常包括本体120和轨道110。本体120可以包括第一端114和第二端116。本体120还可以包括履带片支承表面(shoe abutment surface)112，履带片支承表面112沿本体120在第一端114与第二端116之间延伸。本体120可以包括一个或多个孔。在示出的实施例中，本体120包括靠近第一端114的销孔127和靠近第二端116的轴套孔125。轴套孔125可以配置成接收轴套，轴套也可以被压入到第二履带链100中。然后，销可插入到销孔127中，以将两个履带链100连接在一起。如图所示，本体120还包括一个或多个内孔122。内孔122可以配置成减轻履带链100的重量，并可以提供进入一个或多个紧固件孔123的通道。每个紧固件孔123可以从内孔122延伸到履带片支承表面112。诸如螺栓之类的紧固件可以插入到紧固件孔123中，以将履带链固定至履带片。轨道110是本体120的边缘，并且可以沿本体120的长度延伸。轨道110定位成与履带片支承表面112相对。当履带链100被装配到履带组件内时，轨道110定向成与履带辊和惰轮接触。轨道110通常具有高硬度，而本体120通常具有较低硬度，从而增强机械加工性。由于轨道110可能遭受因反复与履带辊接触而产生的严重磨损和碎裂，轨道110的高硬度可能是必要的。本体120的较低硬度可以使本体120中的特征(诸如孔125)更加容易被机械加工到本体120中。本体120的较低硬度还可以实现轴套与相对应的孔125之间的压入配合，而不产生过多的残余应力。尽管图1示出了履带链100，但钢件可以是由钢制成的包括第一区域和第二区域(第一区域的硬度大于第二区域的硬度)的任何件，诸如底盘辊、惰轮以及用于地面接合工具的部件。第一微观结构和第二微观结构各自包括不同百分比的贝氏体，这可导致第一区域和第二区域具有不同硬度。贝氏体是一种根据合金含量在不同的温度和冷却速率下形成在钢中的微观结构。贝氏体是可在奥氏体(铁的面心立方晶体结构)冷却超过临界温度时形成的分解产物之一，临界温度取决于合金含量。下贝氏体微观结构的外观和硬度特性可以与回火马氏体相似。具有纤细、非层状结构的贝氏体通常由渗碳体和富位错铁素体(dislocation-rich ferrite)构成。贝氏体中出现的高浓度位错的铁素体使该铁素体比其正常情况下更硬。在一些实施例中，第一微观结构包括多达40％(按体积计)的贝氏体。在其他实施例中，第一微观结构包括多达20％(按体积计)的贝氏体。在又一些实施例中，第一微观结构不包括贝氏体。在一些实施例中，第二微观结构包括多达100％(按体积计)的贝氏体。在其他实施例中，第二微观结构包括50％-100％(按体积计)的贝氏体。在又一些实施例中，第二微观结构包括多达80％(按体积计)的贝氏体。在另一些实施例中，第二微观结构包括50％-80％(按体积计)的贝氏体。图2是连续冷却转变(CCT)图的实例。该CCT图可针对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造锻造钢件(200)的方法，其包括：提供具有按重量计包括以下物质的组成的钢坯：碳：0.25‑0.50wt％，锰：1.30‑3.00wt％，以及硅：0.30‑2.50wt％；将所述钢坯加热至所述钢坯的奥氏体化温度；对所述钢坯进行热锻造，以形成包括第一区域(210)和第二区域(220)的所述钢件(200)；以及通过以第一冷却速率对所述第一区域(210)空气冷却并且以小于所述第一冷却速率的第二冷却速率对所述第二区域(220)空气冷却来选择性地冷却所述热锻造钢件(200)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.20 US 14/2209711.一种制造锻造钢件(200)的方法，其包括：提供具有按重量计包括以下物质的组成的钢坯：碳：0.25-0.50wt％，锰：1.30-3.00wt％，以及硅：0.30-2.50wt％；将所述钢坯加热至所述钢坯的奥氏体化温度；对所述钢坯进行热锻造，以形成包括第一区域(210)和第二区域(220)的所述钢件(200)；以及通过以第一冷却速率对所述第一区域(210)空气冷却并且以小于所述第一冷却速率的第二冷却速率对所述第二区域(220)空气冷却来选择性地冷却所述热锻造钢件(200)。2.如权利要求1所述的方法，其中所述钢坯的所述组成按重量计进一步包括：钒：0.00-0.50wt％，钛：0.02-0.06wt％，硫：0.010-0.040wt％，氮：0.0050-0.0150wt％，铬：0.00-2.00wt％，钼：0.00-0.50wt％，硼：0.00-0.005wt％，以及余量的铁和附带杂质。3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一冷却速率至少为每秒1℃，而所述第二冷却速率小于每秒1℃。4.如权利要求1所述的方法，其中所述钢坯的所述组成和所述第一区域(210)的选择性冷却配置成产生所述第一区域(210)的45-55洛氏硬度的第一硬度，且所述钢坯的所述组成和所述第二区域(220)的选择性冷却配置成产生所述第二区域(220)的35-45洛氏硬度的第二硬度，并且其中所述钢坯的所述组成和所述钢件(200)的选择性冷却配置成产生所述第一区域(210)和第二区域(220)的在室温下夏比V型缺口冲击试验中所测的35-45焦耳的冲击韧性。5.如权利要求1所述的方法，其中，所述钢坯的所述组成和所述第一区域(210)的选择性冷却配置成产生包括按体积计多达40％的贝氏体的第一微观结构，并且所述钢坯的所述组成和所述第二区域(220)的选择性冷却配置成产生包括按体积计50％-100％的贝氏体的第二微观结构。6.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·刘，M·T·凯瑟，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：美国;US