专利名称：工程机械用轴杆类零件和其制造方法
技术领域：
本发明涉及工程机械的有关零部件，特别是涉及一种工程机械用轴杆类零件。
背景技术：
轴杆类零件作为工程机械关键的零件，在制造过程中，轴杆类零件表面的应力状 态决定着制造质量，而在制造过程中的各道工序作业，尤其是热处理工序都有可能改变轴 杆类零表面的应力大小和分布状态。特别是在高性能要求的轴杆类零件中，轴杆类零表面 存在固有的高应力状态，如果应力分布的不合理，在后续制造工序中则极易诱发诸如裂纹 等不良缺陷的产生。轴杆类零件在使用过程中主要的失效形式是磨损。由于包括轴杆(套) 零件在内的工程机械都是长期位于工程现场，工作环境比较恶劣，因而其磨损形式以磨粒 磨损为主，同时也伴随着疲劳磨损和粘着磨损。从摩擦学原理可知，以磨粒磨损为主的产 品，零件的表面硬度、有效硬化层深度及硬度变化曲线类型是影响轴杆类零件使用寿命的 主要因素，而单一追求深的有效硬化层深度，有可能使轴杆类零件的性价比降低，同时产生 缺陷的倾向更大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种寿命更长且性价比高的工程机械用轴杆 类零件。本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种寿命更长且性价比高的工程机械 用轴杆类零件的制造方法。本发明的工程机械用轴杆类零件，包括芯部、淬火硬化层、所述淬火硬化层和所述 芯部之间的过渡层，其特征在于(1)表面硬度彡50HRC ；(2)淬火硬化层的深度Ds与轴杆的半径r之比Ds/r为0. 28-0. 32 ；(3)淬火硬化层的深度Ds和过渡层宽度b的比例关系为b = (0. 382 0. 618) Ds。本发明的工程机械用轴杆类零件，其中，所述淬火硬化层金相组织为回火马氏体， 所述过渡层的金相组织为回火马氏体+贝氏体+屈氏体，所述芯部的金相组织为回火索氏 体+屈氏体+网状铁素体。本发明的工程机械用轴杆类零件的制造方法包括1、调质热处理工序，将切削好的工件加热至830°C 860°C，根据工件直径计算保 温时间，保温时间lmin/mm，出炉8% -12%质量百分数的盐水淬火，当水中的工件抖动停 止，出水空冷，再进行560 610°C回火3小时，空冷至室温；2、粗车，将工件在车床上车削成半径为17. 5-70mm的轴杆；3、表面感应淬火工序，功率70 160KW，工件移动速度70 400mm/min，水压 0. 10 0. 20MPa,电流300 430A,电压400 480V，频率1000 2400Hz ；4、去应力回火，将工件加热至180°C 230°C，保温3小时。
本发明的工程机械用轴杆类零件较现有技术，具有以下技术效果1、表面硬度> 50HRC，在使用中，磨粒压入金属较浅，变形较小，抗磨粒磨损能力强。2、硬化层的深度Ds与轴杆的半径r之比Ds/r为0. 28-0. 32 ；其扭转强度的增值率
最高，性价比最高。3、硬化层的深度Ds和过渡层深度b的比例关系为b = (0. 382 0. 618)Ds。在此 比例范围内，残余应力最小，其寿命较长。
图1是本发明的工程机械用轴杆类零件的金相组织结构示意图；图2是图1中的淬火硬化层的金相组织图；图3是图1中的过渡层的金相组织图；图4是图1中的芯部的金相组织图；图5是本发明的工程机械用轴杆类零件的扭转强度指标与淬火硬化层的深度Ds 与轴杆半径r之比(Ds/r)的关系示意图；图6是本发明的工程机械用轴杆类零件的残余应力与过渡层深度b与淬火硬化层 的深度Ds之比(b/Ds)的关系示意图。
具体实施例方式如图1、图2、图3、图4所示，本发明的工程机械用轴杆类零件1的金相组织包括芯 部4、经过表面感应淬火形成的淬火硬化层2、淬火硬化层2和芯部4之间的过渡层3。淬 火硬化层2的金相组织为回火马氏体；过渡层3的金相组织为回火马氏体+贝氏体+屈氏 体；芯部4的金相组织为回火索氏体+屈氏体+网状铁素体。本发明的工程机械用轴杆类零件1的表面硬度> 50HRC，淬火硬化层2的深度Ds 与轴杆半径r之比(Ds/r)为0. 28-0. 32 ；淬火硬化层2的深度Ds和过渡层3深度b的比例 关系为 b = (0. 382 0. 618)DS。本发明的工程机械用轴杆类零件的制造方法见以下实施例。实施例一，工程机械用轴杆类零件的一种制造方法1、下料；2、调质热处理工序，加热工件至830°C，根据工件直径计算保温时间，保温时间 lmin/mm,出炉8% -12%质量百分数的盐水淬火。当水中的工件抖动停止，即可出水空冷。 再进行560°C回火3小时，空冷至室温；3、粗车，在车床上车削成半径为17. 5mm的轴杆；4、表面感应淬火工序，功率70KW，工件移动速度70mm/min，水压0. IMPa,电流 300A,电压:400V，频率:1000Hz ；5、去应力回火，加热至180°C，保温3小时。经过硬度检验，表面硬度58HRC，淬火硬化层的深度Ds为5. 25mm,淬火硬化层的深 度Ds与轴杆半径r之比(Ds/r)等于0. 3 ；过渡层深度b为2. Imm,淬火硬化层的深度Ds和 过渡层深度b的比例关系为b = 0. 4DS。
实施例二、工程机械用轴杆类零件的一种制造方法1、下料；
2、调质热处理工序，加热工件至840°C，根据工件直径计算保温时间，保温时间 lmin/mm,出炉8% -12%质量百分数的盐水淬火。当水中的工件抖动停止，即可出水空冷。 再进行590°C回火3小时，空冷至室温；3、粗车，在车床上车削成半径为50mm的轴杆；4、表面感应淬火工序，功率110KW，工件移动速度200mm/min，水压0. 15MPa，电 流:360A,电压:460V，频率1800Hz ；5、去应力回火，加热至200°C，保温3小时。经过硬度检验，表面硬度56HRC，淬火硬化层的深度Ds为15mm，淬火硬化层的深度 Ds与轴杆半径r之比(Ds/r)为0. 3 ；过渡层深度b为8mm，淬火硬化层的深度Ds和过渡层深 度b的比例关系为b = 0. 6DS。实施例三、工程机械用轴杆类零件的一种制造方法1、下料；2、调质热处理工序，加热工件至860°C，根据工件直径计算保温时间，保温时间 lmin/mm,出炉8% -12%质量百分数的盐水淬火。当水中的工件抖动停止，即可出水空冷。 再进行610°C回火3小时，空冷至室温；3、粗车，在车床上车削成半径为70mm的轴杆；4、表面感应淬火工序，功率160KW，工件移动速度400mm/min，水压0. 20MPa,电 流:430A,电压:480V，频率:2400Hz ；5、去应力回火，加热至230°C，保温3小时。经过硬度检验，表面硬度55HRC，淬火硬化层的深度Ds为21. 7mm,淬火硬化层的深 度仏与轴杆半径r之比(Ds/r)为0.31 ；过渡层深度b为9. 76mm，淬火硬化层的深度Ds和 过渡层深度b的比例关系为b = 0. 45DS。工程机械用轴杆类零件的磨损形式以磨粒磨损为主，同时也伴随着疲劳磨损和粘 着磨损。由于磨粒磨损的主要机制为微切削，犁沟变形、断裂，故材料越硬，磨粒压入金属就 越浅，变形也越小，材料的抗磨粒磨损能力就越强。本发明的工程机械用轴杆类零件表面硬 度》50HRC,所以磨粒压入金属较浅，变形较小，抗磨粒磨损能力强。如图5所示，当淬火硬化层的深度Ds与轴杆半径r之比(Ds/r)大于0.3时，工程机 械用轴杆类零件的扭转强度的增值率下降，当淬火硬化层的深度Ds与轴杆半径r之比(Ds/ r)到0.4以上时，扭转强度的增值率趋向于零。本发明工程机械用轴杆类零件淬火硬化层 的深度Ds与轴杆的半径r之比(Ds/r)为0. 28-0. 32 ；其扭转强度的增值率最高，此时再增 加淬火硬化层深度Ds，其扭转强度基本不会增加，所以此时的工程机械用轴杆类零件性价 t匕最尚。如图6所示，发明工程机械用轴杆类零件淬火硬化层Ds和过渡层深度b的比例关 系为b = (0. 382 0. 618) Ds时，残余应力最小，其寿命较长，超过这一范围，工程机械用轴 杆类零件的残余应力均增大，其寿命较短。本发明的工程机械用轴杆类零件的材料优选45钢或42CrMo钢，也可以是40Cr或 40MnB 钢。
以上所述实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做 出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
权利要求
一种工程机械用轴杆类零件，包括芯部、淬火硬化层、所述淬火硬化层和所述芯部之间的过渡层，其特征在于(1)表面硬度≥50HRC；(2)淬火硬化层的深度DS与轴杆的半径r之比DS/r为0.28-0.32；(3)淬火硬化层的深度DS和过渡层宽度b的比例关系为b＝(0.382～0.618)DS。
2.根据权利要求1所述的工程机械用轴杆类零件，其特征在于，所述淬火硬化层金相 组织为回火马氏体，所述过渡层的金相组织为回火马氏体+贝氏体+屈氏体，所述芯部的金 相组织为回火索氏体+屈氏体+网状铁素体。
3.根据权利要求2所述工程机械用轴杆类零件，其特征在于，所述轴杆类零件的半径r 等于 17. 5-70mm。
4.根据权利要求3所述工程机械用轴杆类零件，其特征在于，所述轴杆类零件的材料 为 45 钢、40Cr、42CrMo 或 40MnB 钢。
5.权利要求1-4任一项所述的工程机械用轴杆类零件的制造方法，其特征在于，包括 以下步骤(1)调质热处理工序，将切削好的工件加热至830°C 860°C，根据调质的工件直径计 算保温时间，保温时间lmin/mm，出炉8% -12%质量百分数的盐水淬火，当水中的工件抖动 停止，出水空冷，再进行560 610°C回火3小时，空冷至室温；(2)粗车，将工件在车床上车削成半径为17.5-70mm的轴杆；(3)表面感应淬火工序，功率70 160KW，工件移动速度70 400mm/min，水压 0. 10 0. 20MPa,电流300 430A,电压400 480V，频率1000 2400Hz ；(4)去应力回火，将工件加热至180°C 230°C，保温3小时。
6.权利要求5所述的工程机械用轴杆类零件的制造方法，其特征在于，所述第一步 调质热处理工序中，将切削好的工件加热至830°C，根据工件直径计算保温时间，保温时间 lmin/mm,出炉8% -12%质量百分数的盐水淬火，当水中的工件抖动停止，出水空冷，再进 行560°C回火3小时，空冷至室温；所述第二步粗车工序中，将工件在车床上车削成半径为 17. 5mm的轴杆；所述第三步表面感应淬火工序，功率70KW，工件移动速度70mm/min，水 压0. IMPa,电流300A，电压400V，频率1000Hz ；所述第四步去应力回火工序，将工件加 热至180°C，保温3小时。
7.权利要求5所述的工程机械用轴杆类零件的制造方法，其特征在于，所述第一步 调质热处理工序中，将切削好的工件加热至840°C，根据工件直径计算保温时间，保温时间 lmin/mm,出炉8% -12%质量百分数的盐水淬火，当水中的工件抖动停止，出水空冷，再进 行590°C回火3小时，空冷至室温；所述第二步粗车工序中，将工件在车床上车削成半径为 50mm的轴杆；所述第三步表面感应淬火工序，功率110KW，工件移动速度200mm/min，水 压0. 15MPa,电流360A，电压460V，频率1800Hz ；所述第四步去应力回火工序，将工件加 热至200°C，保温3小时。
8.权利要求5所述的工程机械用轴杆类零件的制造方法，其特征在于，所述第一步 调质热处理工序中，将切削好的工件加热至860°C，根据工件直径计算保温时间，保温时间 lmin/mm,出炉8% -12%质量百分数的盐水淬火，当水中的工件抖动停止，出水空冷，再进 行610°C回火3小时，空冷至室温；所述第二步粗车工序中，将工件在车床上车削成半径为70mm的轴杆；所述第三步表面感应淬火工序，功率160KW，工件移动速度400mm/min，水 压0. 20MPa,电流430A，电压480V，频率2400Hz ；所述第四步去应力回火工序，将工件加 热至230°C，保温3小时。
全文摘要
本发明涉及一种工程机械用轴杆类零件，包括芯部、淬火硬化层、淬火硬化层和芯部之间的过渡层，表面硬度≥50HRC；淬火硬化层的深度DS与轴杆的半径r之比DS/r为0.28-0.32；淬火硬化层的深度DS和过渡层宽度b的比例关系为b＝(0.382～0.618)DS。本发明的工程机械用轴杆类零件的制造方法包括调质热处理工序，粗车，表面感应淬火，去应力回火。本发明的工程机械用轴杆类零件，抗磨粒磨损能力强。硬化层的深度DS与轴杆的半径r之比DS/r为0.28-0.32；其扭转强度的增值率最高，性价比最高。残余应力最小，其寿命较长。
文档编号F16C3/02GK101886158SQ201010225118
公开日2010年11月17日 申请日期2010年7月13日 优先权日2010年7月13日
发明者尹立辉, 郑伟, 郭英鉴 申请人:烟台首钢东星集团有限公司