專利名稱：用于對分式球面軸頸的球形元件及制造方法
技術領域：
發(fā)明涉及按照權利要求1所述的用于制造尤其是用于球節(jié)的球體或者球形元件的一種方法。發(fā)明還涉及按照權利要求7的前序所述的一種用于對分式球面軸頸的球形元件。
背景技術：
對分式球面軸頸大多包括一個軸頸元件以及一個單獨的用于接納軸頸元件而打有孔的球體。這里已公開的是用冷擠壓來制造用于對分式球面軸頸的球體，準確地說球形元件，例如象帶孔的球體或者球形元件。在現(xiàn)有技術中通常應用調(diào)質(zhì)鋼來制造用于對分式球面軸頸的球體。在球體冷擠壓后首先使球體調(diào)質(zhì)處理。與調(diào)質(zhì)過程相聯(lián)系的是使球體淬火，其方法是將加熱或者軟化狀態(tài)下的球體從調(diào)質(zhì)爐倒入淬火介質(zhì)里。
但在倒入淬火介質(zhì)時仍還軟的球體相互碰撞或才撞在淬火容器壁上，因此在球體表面上產(chǎn)生不希望有的撞擊點。這些撞擊點必須在隨后的工序中很費事地再去除掉，例如通過磨削球體表面。然而基本上必須在整體球體表面上都磨去許多材料，如相當于撞擊點的深度的材料量。這里就要磨去相當多的材料量，這一方面大大延長了磨削時間，另一方面導致磨具的快速磨壞。此外必須在球面加工時預先以加工余量形式考慮所要磨去的材料量，因此就造成了附加的材料費用。
已知的制造這種球體的方法的另一個缺點在于按照現(xiàn)有技術為此必須使用調(diào)質(zhì)鋼。但這種調(diào)質(zhì)鋼比其它鋼更貴，這還與以下有關聯(lián)調(diào)質(zhì)鋼必須在拉拔車間里拉拔并退火到球狀滲碳體(GKZ)以便實現(xiàn)所希望的材料組織。
此外這由調(diào)質(zhì)鋼制成的球體必須在冷擠壓后不言而喻地進行相應的調(diào)質(zhì)處理，從而使這由調(diào)質(zhì)鋼制成的球體達到所希望的，規(guī)定的調(diào)質(zhì)鋼硬度值和強度性能。但所有這些花費大并因此導致球體制造成本過高。

發(fā)明內(nèi)容
在這種背景下本發(fā)明的任務是提出一種尤其用于對分式球面軸頸的球體或者說這球體的制造方法，用這種球體或者說此方法就可以克服現(xiàn)有技術中的缺點。
球體應該可以特別簡單和經(jīng)濟有利地制成。尤其應該克服球體表面上產(chǎn)生撞擊點的問題。并因此不必接著排除這些撞擊點了。但這用已知的方法所達到的球體的高材料質(zhì)量和高表面質(zhì)量以及所希望的球體的高強度同時也應該達到或者保持。
該任務通過具有權利要求1的特征的方法或者通過具有權利要求7的特征的球形元件來解決。優(yōu)選的實施形式分別見從屬權利要求。
按照發(fā)明的制造球體的方法包括以下所示的工序。
首先以本身就已知的方式在第一個工序里由毛坯制成一種桿段或者線材段。然而其中應用一種由微合金化的碳錳鋼組成的毛坯。這里首先原則上說每種具有微合金化元件的碳錳鋼都適合，這種鋼在熔煉后被熱扎并生成一種細晶粒的鐵素體-球光體組織。
接著使這部段酸洗，尤其要排除氧化層并為以后的工序提供所述段的一種純金屬表面。
在下一個工序中使桿段或者線材段通過冷擠壓成型，從而產(chǎn)生所希望的球體形狀。
最后在下一個工序中將球體表面磨削到規(guī)定的尺寸和規(guī)定的形狀。
按照發(fā)明的方法在許多方面是特別有利的。首先代替了由現(xiàn)有技術已知的調(diào)質(zhì)鋼而采用一種微合金化的碳-錳鋼用來制造球體。微合金化碳錳鋼尤其不必進行調(diào)質(zhì)，但如所示那樣由于冷變形而達到一種突出的強度和硬度，這種冷變形則在由桿段或者線材段冷擠壓成球體的工序中進行。
由于按照現(xiàn)有技術用來制造球體總是必需的調(diào)質(zhì)工序可以取消，因此首先與調(diào)質(zhì)相連系的費用以及相應的成本同樣也沒有了。而由此與現(xiàn)有技術聯(lián)系的在球體表面上產(chǎn)生不希望的撞擊點的問題尤其也完全排除，這些撞擊點是在將熱的或者說軟的球體從調(diào)質(zhì)爐里倒入淬火介質(zhì)里時產(chǎn)生的。
此外用另一句話說意味著球體在冷擠壓時就可以非常接近于最終尺寸，因為不再如現(xiàn)有技術那樣必須考慮到磨削球體時很大的材料磨削量了，這種磨削量是在那里用于去除撞擊點所必需的。按此方式一方面使所用的毛坯完全地充分利用，因此節(jié)省了材料成本。另一方面大大縮短了用于隨后磨削所需的時間，這是因為必須磨削掉的材料大大減少了。按此方式尤其還大大減少了磨削工具的磨損以及隨之產(chǎn)生的磨削油泥，這同樣也節(jié)省了成本并且有利于制造方法的環(huán)境保護。
正如所示那樣，由微合金化碳錳鋼冷擠壓成的球體在擠壓之后，由于冷加工以及由于所述的微合金化鋼的特殊性能，甚至具有比由現(xiàn)有技術已知的調(diào)質(zhì)球體更高得多的硬度。
這種較高的硬度一方面改善了球體的可磨削性并縮短了必需的磨削時間。另一方面在整個制造過程中在操作球體時，尤其也在磨削之后，在球體，表面上產(chǎn)生還要少的撞擊點。這是有利的，因為一種盡可能地接近于理想球體表面的沒有撞擊點的球體形狀就形成特別輕便靈活和少磨損的球節(jié)，這種球節(jié)在工作中當球體于軸承套里運動時產(chǎn)生盡可能小的滯滑效應。
按照發(fā)明的一種優(yōu)選的實施形式這些部段在酸洗之后在下一個工序中進行拉攏或者說在酸洗之后將部段退火并拉攏至球形滲碳體(GKZ處理)。按此方式在最終的冷擠壓之前就達到材料的一種冷作硬化，因此進一步提高了接著所獲得的球體的強度。
按照另外一種同樣也優(yōu)選的發(fā)明的實施形式，在拉拔前或者說在GKZ處理之前使線材段或者桿段進行磷化處理和/或涂上一種干潤滑劑。因為在冷擠壓時，在工件和工具之間產(chǎn)生高的壓應力，因此大多數(shù)必須采取措施，通過這些措施防止在工具和工件之間發(fā)生冷焊接。這在此處通過在線材段或者桿段上涂上一個載體層或者磷化層。在這載體層上又設有一層干潤滑層，這干潤滑層在冷擠壓時具有足夠的耐壓性并因此阻礙了在工作和工具之間的金屬接觸。作為耐壓的固體潤滑劑例如可以使用石墨、二硫化鉬、特殊的皂粉潤滑劑或蠟。
按照發(fā)明的一種優(yōu)選實施形式在球體表面磨削之后在下一個工序中進行球體的氮碳共滲。
氮碳共滲可以改善耐蝕性和耐磨性，尤其是在球體和軸瓦之間有表面粘附時。此外氮碳共滲的表面具有減小的磨擦系數(shù)。其原因是在氮碳共滲時在球體表面上產(chǎn)生的具有特別高的穩(wěn)定性的所謂連接層，此連接層只具有百分之幾毫米的厚度。此外這氮碳共滲是一種比較環(huán)保的方法并形成一種有利的例如對于電鍍離析層的備選方案。氮碳共滲優(yōu)選在鹽浴中進行。
按照發(fā)明的另一種優(yōu)選的實施形式，使球體在磨削之后或者在氮碳共滲之后在另外一個工序里進行拋光或者說重新磨削并接著拋光。因此進一步提高了球體表面的耐蝕性和耐磨性，并且進一步降低了磨擦系數(shù)。
按照發(fā)明的另外一個同樣也是優(yōu)選的實施形式這種碳錳鋼具有一種微合金化元素用于加速在滲氮或者氮碳共滲時氮的滲透。對于微合金化元素來說特別優(yōu)選的是指釩。
通過應用尤其是釩作為微合金化元素使?jié)B氮時氮的滲透加速。按此方式可以在不改變滲氮時間的情況下實現(xiàn)連接層較大的硬度值和較大的淬火深度，因此除此之外還進一步改善腐蝕性能。另一種可選方案用較短的工序時間或者滲氮時間可以實現(xiàn)連接層的如同在調(diào)質(zhì)鋼時那樣相同的有利的性能。試驗例如已經(jīng)表明鹽浴過程時間按此方式可以以90分鐘降低33％至60分鐘。
總之通過優(yōu)化的滲氮過程或者通過縮短滲氮時間相比于由現(xiàn)有技術所已知的使用調(diào)質(zhì)鋼的球體的制造方法來說，按發(fā)明的方法具有另一個成本方面的優(yōu)點。
發(fā)明還涉及一種球形元件，尤其用于對分式球面軸頸。一種對分式球面軸頸以其本身已知的方式基本上由一個軸頸元件和一個打有孔的球形元件組成。然而按照發(fā)明球形元件的特征在于它由具有微合金化元素的非調(diào)質(zhì)碳錳鋼組成。
微合金化碳錳鋼不需要調(diào)質(zhì)過程，而由于通過冷擠壓的冷加工而具有突出的強度和硬度。如開頭已表示的那樣，因此可以取消用于按現(xiàn)有技術制造球體所必需的調(diào)質(zhì)，因而就取消了相應的費用以及與之關聯(lián)的成本。此外也解決了在球體表面上不想要的撞擊點問題，因為無備用地取消了與之有關的成問題的將熱的或者說軟的球體從調(diào)質(zhì)爐里傾倒入淬火介質(zhì)里的過程。微合金化碳錳鋼按照發(fā)明的優(yōu)選實施形式進行了拉拔、GKZ處理或者涂層，尤其是磷化。
按照發(fā)明的一種優(yōu)選實施形式球形元件進行了氮碳共滲。因此改善了球形元件的耐蝕性和耐磨性以及磨擦特性，尤其是涉及到對于球節(jié)來說由于小的角速度而產(chǎn)生的在球體和軸瓦之間的粘附。
按照發(fā)明的另一種優(yōu)選的實施形式將球形元件磨削和/或拋光，因此得到用于質(zhì)量特別高級的，長壽命和少磨擦的球節(jié)的球體。
按照另一種同樣也優(yōu)選的發(fā)明的實施形式微合金化元素包括有釩。
因此滲氮的或者氮碳共滲的球體有一種特別硬的或者說特別厚的連接層，因此尤其是改善了耐蝕性能。


以下根據(jù)只是表示了一個實施例的附圖對發(fā)明詳細加以說明。附圖示出圖1按現(xiàn)有技術的一種用于球體的調(diào)質(zhì)鋼的組織的顯微照片圖，圖2按照本發(fā)明的用于球體的一種微合金化碳錳鋼的組織的對應于圖1的圖；圖3按韋泊分布的累積斷裂概率P與抗拉強度σ(MPa)的對數(shù)圖；圖4按發(fā)明制造的球體與按現(xiàn)有技術的調(diào)質(zhì)的球體的強度對比的一種直線柱圖；圖5在按照發(fā)明制造的球體的通過氮碳共滲制造的連接層與按照現(xiàn)有技術調(diào)質(zhì)的球體對比的性能曲線圖；圖6用于對分式球面軸頸的一種按照發(fā)明制造的球體的二個不同視圖。
具體實施例方式
圖1高倍放大表示了按照現(xiàn)有技術用于球體的一種調(diào)質(zhì)鋼的鐵素體-珠光體組織的顯微照片圖。具體是指一種熱軋的鋼號為41Cr4的標準調(diào)質(zhì)鋼的組織。
圖2表示了按照本發(fā)明的用于球體的微合金化碳錳鋼的同樣也是鐵素體-珠光體組織的顯微照片，它有與按圖1的調(diào)質(zhì)鋼的顯微照片相同的放大倍數(shù)。
在此這是指制造時同樣也熱軋的微合金化鋼，其牌號為35V1或者C-M-V。
這種鋼具有以下合金元素(所有參數(shù)為重量百分比)
0.35％C；0.20％Si；0.75％Mn；0.02％P；0.02％S；0.20％Cr；0.15％Ni；0.20％Cu；0.10％V；0.02％Al；0.01％N。
綜觀圖1和2可以見到在與按圖1的通常調(diào)質(zhì)鋼相比時，按圖2的微合金化鋼的組織要細得多。按照圖2的微合金化鋼的細組織尤其造成了微合金化鋼的特別良好的冷加工性，這有利地有助于通過冷擠壓制造按照本發(fā)明的球體。
圖3表示了不同冷擠壓的球體的由硬度測量值計算出的強度。此圖中縱軸是雙對數(shù)表示的累積斷裂概率P，以韋泊分布的形式，而橫軸表示的是抗拉強度σ(MPa)。按DIN 50 150的抗拉強度由所測的硬度值計算出，其中測量了在球體不同點上的硬度值。
按圖3所示為三個不同類型球體的測量值。圖中用字母A表示的菱形測量點是指按照發(fā)明通過冷擠壓制成的由微合金化碳-錳鋼組成的球體。圖3中用字母B所表示的方塊形測量點涉及由調(diào)質(zhì)鋼制成的按照現(xiàn)有技術的球體。具體來說指一種牌號為38MnB5的通常的調(diào)質(zhì)鋼。圖3中用字母C表示的三角形測量點又是指按發(fā)明的由微合金化碳錳鋼制成的球體，其中三角形測量點涉及在氮碳共滲之后的按照發(fā)明的球體。
由圖3可見，按發(fā)明的由微合金化碳錳鋼制成的球體(菱形)的強度遠遠高于按現(xiàn)有技術的調(diào)質(zhì)鋼的強度(正方形)。這種較高的硬度還在通過磨削加工球體時是有利的，這是因為按此方式可以明顯縮短磨削時間，因此節(jié)省了成本。
另一方面由于較高的硬度而在操作球體時在制造過程期間和之后特別少地在球體表面上產(chǎn)生撞擊點。無撞擊點的用于球節(jié)的球體是特別有利的，因為按此方式可以使球節(jié)特別輕巧靈便、長壽命和少磨損，這種球節(jié)在運行時當球體在軸瓦里顯示出一種特別小的滯滑效應傾向。
按照發(fā)明的由微合金化碳錳鋼制成的球體的較大硬度最終也是有利的，這是由于在球節(jié)里使用球體時，因此也改善了耐蝕性和耐磨性能。
圖3還表示了用三角形測量點形式表示的按照發(fā)明的由微合金化碳錳鋼制成的球體的強度，是在按照發(fā)明的球體進行了氮碳共滲之后。
根據(jù)想象的韋泊直線(這由各自一組測量點所規(guī)定的直線)與y軸線在零點時的交點可以看到按照發(fā)明的由微合金化碳錳鋼制成的球即使在氮碳共滲之后(三角形測量點)也還具有如同由調(diào)質(zhì)鋼制成的球體那樣高(正方形測量點)的強度值。
盡管原本預料的是由于在氮碳共滲時所用的接近600℃的溫度應該使球體在擠壓時在球體表面上的冷作硬化的組織得到恢復并與之相關地使得由于擠壓而達到的高強度大大回復降低，但令人驚奇地已經(jīng)表明按照發(fā)明的球體的高強度即使在氮碳共滲之后以有利的方式幾乎完全保持住。這原因在于在按照發(fā)明的球體材料里所含有的微合金化元素在氮碳共滲過程的條件下沒有使冷作硬化的組織完全恢復。
在圖3中可見的按照發(fā)明的由微合金化碳錳鋼(三角形或者正方形)制成的球體的韋泊直線在與調(diào)質(zhì)鋼比較中的較小斜度只是表明由于在球體的不同點上有不同的應變，因此材料的冷作硬化程度也不同，因為所示的測量值是在整個球體斷面上求出的。如試驗所指出的那樣，由此沒有得出對于按照發(fā)明的用在球節(jié)中的球體的突出性能的負面影響。
圖4又表示了由另一種鋼號為10MnSi7的微合金化碳錳鋼制成的不同的按發(fā)明的球體(分別為右側)點出的豎柱條的按DIN 50150由硬度確定的抗拉強度以及用于制成各自球體的線材的抗拉強度(分別為左邊陰影線的豎柱條)。此外為了比較在圖4中又包含了按照現(xiàn)有技術的調(diào)質(zhì)鋼的強度值(水平柱條)。在橫軸上的百分比說明了各自擠壓成示體的線材在擠壓之前已經(jīng)拉拔多大尺寸。其中線材的拉拔在在熱軋之后以及擠壓之前進行。
可見，未調(diào)質(zhì)的，由微合金化碳錳鋼制成的球體(分別為右側點出的柱條)比由調(diào)質(zhì)鋼(水平柱條)制成的球體無例外地都具有更高的強度，也就是說很大程度上與線材拉拔程度并和與之相關的線材或者初始材料的強度(分別為左側的陰影柱條)無關。
圖5表示了一種按照發(fā)明由一種不調(diào)質(zhì)的微合金化碳錳鋼(35V1)制成的球體在氮碳共滲之后的硬度曲線，其中硬度測量值為縱座標，球體表面之下的深度為橫座標。
按照圖5的說明字母C又表示碳錳鋼的測量值(三角形測量點)。為了進行比較，在這圖5中還標出有由通常的調(diào)質(zhì)鋼按照現(xiàn)有技術制成的球體的對應的硬度測量值，又見圖5的說明中的字母B(正方形測量點)。
可見，按照發(fā)明的由微合金化碳錳鋼制成的球體(三角形測量點)甚至在氮碳共滲之后還比由調(diào)質(zhì)鋼按照現(xiàn)有技術制成的對應球體(正方形測量點)具有更高的硬度。這較高的硬度，正如上面所述那樣，還對于按照發(fā)明的球體的特別良好的耐磨性以及對于磨削時球體的省時、省經(jīng)費的改善的可加工性是有利的。
為了進行對比，在圖5中還指明了在用于球節(jié)的球體中結構方面規(guī)定的表面硬度或者0.2mm深度處硬度的名義值，見圖5中的二個水平柱條?？梢?，按照發(fā)明的球體(三角形測量點)的連接層達到或者說甚至超出所要求的硬度名義值。
最后圖6表示了一種按照發(fā)明由非調(diào)質(zhì)的，微合金化碳錳鋼制成的用于一種對分式球面軸頸的球體，它打有孔用于承接軸頸元件，有二個視圖?？梢姡鶕?jù)按照發(fā)明的方法可以沒有問題地，尤其是無裂縫地以及具有無可指責的表面質(zhì)量地制成球體。
結果因此很明顯，由于發(fā)明可以比過去更簡單、更經(jīng)濟有利地制成尤其是用于對分式球面軸頸的球體，并且同時可以保持或者甚至提高球體表面質(zhì)量和材料質(zhì)量以及必需的強度和耐磨性。此外還由于取消了以前必要的調(diào)質(zhì)，一方面大大節(jié)省了成本，而且另一方面消除了在調(diào)質(zhì)時常常在球體表面上產(chǎn)生的撞擊點的問題。
因此發(fā)明對于特別經(jīng)濟地生產(chǎn)高質(zhì)量的球體，尤其是用于球節(jié)、輪懸掛裝置、穩(wěn)定裝置以及用于類似的使用目的的球體具有重要作用。
權利要求
1.制造尤其是用于球節(jié)的球體或者球形元件的方法，具有以下工序a)由一種熱軋的由微合金化碳錳鋼組成的毛坯制造一種桿段或者線材段；b)酸洗；c)將所述段冷擠壓成球體或者球形元件；和d)對球體表面磨削。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，在工序b(酸洗)之后在下一個工序b’中至少進行拉拔過程。
3.按權利要求1所述的方法，其特征在于，在工序b(酸選)之后，在下一個工序b”中將所述段退火和拉拔至球形的滲碳體(GKZ)。
4.按權利要求2或3所述的方法，其特征在于，部段在工序’(拉拔)之前，或者在工序b”(GKZ)期間磷化和/或涂上一層干潤滑層。
5.按權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，在工序d(磨削)之后在接著的工序e中進行球體或者球形元件的氮碳共滲。
6.按權利要求5所述的方法，其特征在于，工序e中的氮碳共滲在鹽浴中進行。
7.按權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，球體或者球形元件在工序d(磨削)或e(氮碳共滲)之后在下一個工序f中進行磨削和/或拋光。
8.按權利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，碳錳鋼具有一種微合金化元素用于加速在滲氮或者氮碳共滲時氮的滲透。
9.按權利要求8所述的方法，其特征在于，另外的微合金化元素是釩。
10.球形元件，尤其用于對分式球面軸頸，該軸頸包括有球形元件和軸頸元件，其特征在于，球形元件由具有微合金化元素的非調(diào)質(zhì)碳錳鋼組成。
11.按權利要求10所述的球形元件，其特征在于，球形元件由拉拔的線材制成。
12.按權利要求10或11所述的球形元件，其特征在于，球形元件由一種退火至球形滲碳體(GKZ)的線材制成。
13.按權利要求10至12中任一項所述的球形元件，其特征在于，球形元件由一種涂層的，尤其是磷化過的線材制成。
14.按權利要求10至13中任一項所述的球形元件，其特征在于，球形元件進行了氮碳共滲。
15.按權利要求10至14中任一項所述的球形元件，其特征在于，球形元件進行了磨削。
16.按權利要求10至15中任一項所述的球形元件，其特征在于，球形元件進行了拋光。
17.按權利要求10至16中任一項所述的球形元件，其特征在于，微合金化元素包括有釩。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造球體，尤其用于球節(jié)的球體的一種方法以及涉及一種用于對分式球面軸頸的球形元件。按照發(fā)明的球體制造通過冷擠壓和緊接著的磨削來實現(xiàn)，其中應用了微合金化的碳錳鋼用于制造球體。由于應用了微合金化碳錳鋼球體具有一種由于冷加工而有突出的強度的硬度。按照現(xiàn)有技術用于制造屬于此類的球體所必需的調(diào)質(zhì)處理工序因此可以取消，因而可以使用價廉的材料并因此大大降低制造成本。發(fā)明可以更簡單和更經(jīng)濟有利地實現(xiàn)尤其是用于對分式球面軸頸的球體的制造，其中同時還保持或者提高了表面質(zhì)量和材料質(zhì)量以及強度和耐磨性，而且降低了球體的制造消耗并還排除了在調(diào)質(zhì)處理時經(jīng)常出現(xiàn)的在球體表面上的撞擊點的問題。
文檔編號C21D7/02GK1950619SQ200580014259
公開日2007年4月18日 申請日期2005年5月2日 優(yōu)先權日2004年5月4日
發(fā)明者J·克魯塞, D·阿達姆克茲克, R·斯托特勞, J·-P·卡斯塔納特 申請人:Zf腓特烈港股份公司