長(zhǎng)壽命小齒輪軸及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種通過(guò)以高碳合金鋼形成外徑部并以中碳鋼形成內(nèi)徑部而具有改善的耐久性的長(zhǎng)壽命小齒輪軸。具體地，高碳合金鋼選自高碳鉻軸承鋼；高速工具鋼；合金工具鋼；和/或碳合金鋼。
【專利說(shuō)明】長(zhǎng)壽命小齒輪軸及其制造方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C.§ 119要求于2012年7月4日在韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)第10-2012-72608號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其公開(kāi)的全部?jī)?nèi)容并入本申請(qǐng)以供參考。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及一種小齒輪軸及其制造方法，更具體地，涉及一種插入小齒輪的中心并與承載器(carrier)結(jié)合 的小齒輪軸。該小齒輪軸具有改良的耐久性(“長(zhǎng)壽命”)，具體地，其通過(guò)由包括一些附加原子的高碳合金鋼形成小齒輪軸的外徑部并且由中碳鋼形成小齒輪軸的內(nèi)徑部而提供。
【背景技術(shù)】
[0004]行星齒輪一般是包括一對(duì)彼此嚙合的齒輪從而當(dāng)一個(gè)齒輪圍繞另一齒輪的軸旋轉(zhuǎn)時(shí)使兩個(gè)齒輪的每一個(gè)分別轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪系統(tǒng)。
[0005]這些行星齒輪主要用于工程機(jī)械或車輛的自動(dòng)傳動(dòng)器的齒輪傳動(dòng)裝置中，并且它們一般包括:恒星齒輪；圍繞所述恒星齒輪同軸地安置的環(huán)形齒輪；兩個(gè)或更多個(gè)小齒輪，它們與所述恒星齒輪和所述環(huán)形齒輪嚙合并圍繞所述恒星齒輪旋轉(zhuǎn)；和承載器，它圍繞所述恒星齒輪和環(huán)形齒輪同軸地安置并支撐所述小齒輪的旋轉(zhuǎn)。
[0006]此外，與所述承載器相連的小齒輪軸插入所述小齒輪的中心。由多個(gè)滾動(dòng)元件組成的滾針軸承進(jìn)一步安裝在所述小齒輪與所述小齒輪軸之間。所述滾針軸承是指使用細(xì)而長(zhǎng)的圓柱形輥的軸承。
[0007]在本文中，小齒輪軸起到支撐小齒輪的作用。因而，需要高尺寸穩(wěn)定性、高耐久性和長(zhǎng)壽命。通常進(jìn)行使用軸承鋼的熱處理來(lái)制作小齒輪軸。在熱處理過(guò)程中，馬氏體結(jié)構(gòu)和殘留奧氏體結(jié)構(gòu)在材料的內(nèi)部形成。
[0008]由于頻繁使用小齒輪軸，其尺寸會(huì)改變。這種由于小齒輪軸的使用而產(chǎn)生的尺寸改變是由其體積逐漸膨脹而引起的，因?yàn)榘诓牧现械臍埩魥W氏體通過(guò)外力和熱量而分解。只要材料中存在奧氏體，這就是不可避免的現(xiàn)象。
[0009]特別地，因?yàn)樾↓X輪軸固定在承載器上，在其中間沒(méi)有任何轉(zhuǎn)動(dòng)，所以當(dāng)承載器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)施加到它的力(比如離心力)朝向特定的方向。結(jié)果，小齒輪軸能夠通過(guò)殘留奧氏體的局部分解(即體積膨脹)而彎曲。
[0010]當(dāng)小齒輪軸彎曲時(shí)，在滾針軸承與小齒輪軸之間的不均勻接觸導(dǎo)致邊緣荷載的產(chǎn)生。這能夠?qū)е滦↓X輪軸的表面的損壞和脫落。
[0011 ] 盡管減少包含在材料中的殘留奧氏體的數(shù)量可以防止小齒輪軸的彎曲，殘留奧氏體對(duì)于小齒輪軸是不可或缺的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗ㄟ^(guò)為材料提供韌性并對(duì)接觸疲勞抑制裂紋擴(kuò)展而改善耐久性并延長(zhǎng)壽命。
[0012]基于對(duì)殘留奧氏體的數(shù)量與小齒輪軸的壽命之間的相關(guān)性的分析，發(fā)現(xiàn)在小齒輪軸的深處部分中殘留奧氏體的數(shù)量越少并且在小齒輪軸的外層中殘留奧氏體的數(shù)量越多，小齒輪軸的壽命越長(zhǎng)。
[0013]在這種相關(guān)性的基礎(chǔ)上，已經(jīng)研究了許多通過(guò)提高其耐久性來(lái)延長(zhǎng)小齒輪軸的壽命的方法。一種已提出的方法涉及應(yīng)用多個(gè)熱處理過(guò)程以便為外層提供15%?40%的殘留奧氏體，并且使小齒輪軸的深處部分的殘留奧氏體的數(shù)量最小化。
[0014]然而，由于復(fù)雜的制造過(guò)程，這種方法具有低生產(chǎn)率的問(wèn)題，并且進(jìn)一步增加了生產(chǎn)成本。
[0015]除了對(duì)于克服小齒輪軸的彎曲問(wèn)題的需求以外，小齒輪軸也必須由高耐久性的材料制成。然而，已經(jīng)使用在小齒輪軸中的軸承鋼沒(méi)有滿足這些需求。這特別是由于在汽車工業(yè)中需要制造重量輕和燃料效率高的車輛，它們具有小型和高性能的并且使用低粘度傳動(dòng)器油的自動(dòng)傳動(dòng)器。
[0016]于是，添加有硅、鎳、鑰、釩等的材料已經(jīng)被提出以便提高強(qiáng)度和耐久性。然而，這種方法由于使用這些昂貴的附加原子而增加了生產(chǎn)成本。
[0017]作為本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)而在上面提供的描述僅用來(lái)幫助理解本發(fā)明的【背景技術(shù)】，并不應(yīng)該被解釋為包括在本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的相關(guān)技術(shù)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明提供具有更加持久壽命(更長(zhǎng)壽命)的小齒輪軸及其制造方法。具體地，本發(fā)明通過(guò)以高碳合金鋼形成小齒輪軸的外徑部并以中碳鋼形成小齒輪軸的內(nèi)徑部，確保耐久性和尺寸穩(wěn)定性，并同時(shí)抑制小齒輪軸的彎曲。優(yōu)選地，整個(gè)外徑部(外層，沿著小齒輪軸的整個(gè)長(zhǎng)度)由高碳合金鋼形成，并且整個(gè)內(nèi)徑部(內(nèi)層，沿著小齒輪軸的整個(gè)長(zhǎng)度)由中碳鋼形成。然而，也有可能但不是優(yōu)選的，僅以指定的材料形成外徑部和/或內(nèi)徑部的一部分(例如，通過(guò)以中碳鋼僅沿著小齒輪軸的一部分長(zhǎng)度形成內(nèi)徑部)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供小齒輪軸及其制造方法，這通過(guò)以中碳鋼形成小齒輪軸的內(nèi)徑部增加了注油孔等的處理效率，并同時(shí)減少了生產(chǎn)成本。盡管為了改善持久的壽命而通過(guò)在制造過(guò)程中應(yīng)用靜液力擠壓步驟和單獨(dú)熱處理步驟而可能添加原子，本發(fā)明仍進(jìn)一步保持了低材料成本。
[0020]本發(fā)明將要解決的技術(shù)問(wèn)題不限于上述技術(shù)問(wèn)題，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員從以下描述中可以明白其他技術(shù)問(wèn)題。
[0021]根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明提供與承載器結(jié)合并且穿過(guò)小齒輪的中心插入的長(zhǎng)壽命小齒輪軸。該小齒輪軸形成為具有由高碳合金鋼形成的外徑部和由中碳鋼形成的內(nèi)徑部。
[0022]根據(jù)各種實(shí)施方式，高碳合金鋼從選自以下的任何一種或更多種材料制成:高碳鉻軸承鋼，比如 SUJ1、SUJ2、SUJ3、SUJ4 和 SUJ5 ;高速工具鋼，比如 SKH2、SKH3、SKH4、SKHlO和 SKH51 到 SKH59 ;合金工具鋼，比如 SKS2、SKS3、SKS4、SKS5、SKS7、SKS8、SKSl1、SKS21、SKS31、SKS41、SKS43、SKS44、SKS51、SKS93、SKS94、SKS95、SKD1、SKDll 和 SKD12 ;和碳合金鋼，其包括約0.8?1.3重量％的碳、約0.5?2.0重量％的錳、約1.0?3.0重量％的硅、約
0.5?3.0重量％的鉻、約0.3?2.0重量％的鎳、約0.05?0.3重量％的鑰和約0.05?
1.0重量％的釩。
[0023]根據(jù)示例性的實(shí)施方式，中碳鋼包括約0.45重量％到約0.55重量％的碳。
[0024]根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供用于插入小齒輪的中心的長(zhǎng)壽命小齒輪軸的制造方法，其包括以下步驟:使中碳鋼圓棒插入高碳合金鋼管，然后焊接和密封以便形成鋼坯；靜液力擠壓所述鋼坯以便使其材料(中和高碳材料)在高溫和高壓下結(jié)合；使所述靜液力擠壓的鋼坯球化退火；切割和加工所述退火的鋼坯；熱處理所述切割和加工的鋼坯；以及拋光所述熱處理的鋼坯以便形成小齒輪軸。
[0025]根據(jù)示例性的實(shí)施方式，熱處理步驟是經(jīng)由使切割和加工的鋼坯淬火或碳氮共滲然后對(duì)其回火的單獨(dú)熱處理。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]本發(fā)明的上述和其他特征現(xiàn)在將參考其在附圖中示出的某些示例性的實(shí)施方式詳細(xì)描述，這些實(shí)施方式僅以舉例說(shuō)明的方式在以下給出，因此并不限制本發(fā)明，并且其中:
[0027]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的行星齒輪和小齒輪的平面圖。
[0028]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的小齒輪的橫截面圖。
[0029]圖3是示出殘留奧氏體的量與小齒輪軸的持久壽命之間的相關(guān)性的曲線圖。
[0030]圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的長(zhǎng)壽命小齒輪軸的透視圖。
[0031]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的長(zhǎng)壽命小齒輪軸的制造步驟的流程圖。
[0032]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的靜液力擠壓的示例圖。
[0033]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0034]100:行星齒輪
[0035]110:恒星齒輪
[0036]120:環(huán)形齒輪
[0037]200:小齒輪
[0038]210:滾針軸承
[0039]300:小齒輪軸
[0040]310:外徑部
[0041]320:內(nèi)徑部
[0042]330:注油孔
[0043]400:鋼坯
[0044]410:高碳合金鋼管
[0045]420:中碳鋼圓棒
[0046]A:負(fù)載區(qū)域
[0047]B:離心力
[0048]C:本發(fā)明的理想?yún)^(qū)域
[0049]應(yīng)當(dāng)理解到，所附的附圖并非必然是按比例的，其說(shuō)明了本發(fā)明基本原理的各種優(yōu)選特征的一定程度上簡(jiǎn)化的代表。本文公開(kāi)的本發(fā)明的具體設(shè)計(jì)特征，包括，例如，具體大小、方向、位置和形狀將部分取決于具體的既定用途和使用環(huán)境。
[0050]在附圖中，附圖標(biāo)記在附圖的幾張圖中通篇指代本發(fā)明的相同或等同部件。
【具體實(shí)施方式】[0051 ] 在下文，現(xiàn)在將參考所述附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
[0052]應(yīng)理解，本文使用的術(shù)語(yǔ)“車輛”或“車輛的”或其它類似術(shù)語(yǔ)包括通常的機(jī)動(dòng)車，例如，包括多功能運(yùn)動(dòng)車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商務(wù)車的客車，包括各種船只和船舶的水運(yùn)工具，飛行器等等，并且包括混合動(dòng)力車、電動(dòng)車、插入式混合電動(dòng)車、氫動(dòng)力車和其它代用燃料車(例如，來(lái)源于石油以外的資源的燃料)。如本文所提到的，混合動(dòng)力車是具有兩種或多種動(dòng)力源的車輛，例如，具有汽油動(dòng)力和電動(dòng)力的車輛。
[0053]本文使用的術(shù)語(yǔ)僅僅是為了說(shuō)明【具體實(shí)施方式】的目的而不是意在限制本發(fā)明。如本文所使用的，單數(shù)形式“一個(gè)”、“一種”和“該”也意在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文中清楚指明。還可以理解的是，當(dāng)本說(shuō)明書中使用術(shù)語(yǔ)“包括”和/或“含有”時(shí)，是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其群組。如本文所使用的術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)所列項(xiàng)目的任何和所有組合。
[0054]除非特別說(shuō)明或從上下文中明顯看出，本文所用的術(shù)語(yǔ)“約”被理解為在本領(lǐng)域中的正常容限范圍內(nèi)，例如在平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差2之內(nèi)?！凹s”能夠理解為在所述值的10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%、0.1%、0.05%或0.01%的范圍內(nèi)。除非從上下文中明顯看出，本文所提供的所有數(shù)值都由術(shù)語(yǔ)“約”修飾。
[0055]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的行星齒輪和小齒輪的平面圖。具體地，圖1的左部示出行星齒輪100,其包括:恒星齒輪110 ;圍繞所述恒星齒輪110同軸地安置的環(huán)形齒輪120 ;以及兩個(gè)或多個(gè)小齒輪200，它們與所述恒星齒輪110和所述環(huán)形齒輪120嚙合并經(jīng)配置以便圍繞所述恒星齒輪110旋轉(zhuǎn)。在該圖中，示出四個(gè)小齒輪200。然而，應(yīng)該明白在本發(fā)明中能夠恰當(dāng)?shù)厥褂萌魏纹渌麛?shù)量的小齒輪200。
[0056]這些行星齒輪100包括經(jīng)配置以使一個(gè)齒輪圍繞另一齒輪的軸線旋轉(zhuǎn)的齒輪系統(tǒng)。行星齒輪主要應(yīng)用在自動(dòng)傳動(dòng)器的齒輪傳動(dòng)器裝置中，尤其是在工程機(jī)械和車輛中。
[0057]圖1的右部示出小齒輪200。所述小齒輪200與恒星齒輪110和環(huán)形齒輪120通過(guò)沿著它們外周的配合齒嚙合，并且圍繞所述恒星齒輪110轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0058]如圖1所示，小齒輪200包括:小齒輪軸300，它在其中心布置；和滾針軸承210，它圍繞所述小齒輪軸300的圓周布置。
[0059]在本文中，小齒輪軸300起到支撐小齒輪200的作用。根據(jù)傳統(tǒng)方法，小齒輪軸300經(jīng)形成以使馬氏體結(jié)構(gòu)和殘留奧氏體結(jié)構(gòu)在熱處理過(guò)程中在其材料中形成。這種奧氏體的殘留體積在使用過(guò)程中膨脹，因?yàn)樗赏饬蜔崴纸?。也就是說(shuō)，因?yàn)樾↓X輪軸300在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中沒(méi)有固定到承載器，由承載器的旋轉(zhuǎn)生成離心力B (參見(jiàn)圖1和2)，并且隨著殘留奧氏體的分解而發(fā)生體積膨脹。結(jié)果，小齒輪軸300彎曲。
[0060]在這種傳統(tǒng)的小齒輪軸中，在外力被施加到小齒輪軸300的部分處局部形成負(fù)載區(qū)域A，并且滾針軸承210圍繞該部分。
[0061]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的小齒輪200的橫截面圖。虛線描繪了傳統(tǒng)的小齒輪軸如何通過(guò)使用而典型地彎曲。具體地，當(dāng)外力(即離心力B)局部地施加到傳統(tǒng)的小齒輪軸的負(fù)載區(qū)域A時(shí)，小齒輪軸的殘留奧氏體的體積由所述殘留奧氏體的分解而膨脹。這導(dǎo)致小齒輪軸彎曲。
[0062]圖3是殘留奧氏體的量與小齒輪軸的持久壽命之間的相關(guān)性的曲線圖。[0063]如圖3所示，在小齒輪軸300的深處部分中殘留奧氏體的量越少，并且在小齒輪軸300的外層中殘留奧氏體的量越多，小齒輪軸300的壽命越長(zhǎng)。
[0064]因此，所述曲線圖的區(qū)域“C”描繪了本發(fā)明的理想?yún)^(qū)域，其中殘留奧氏體的量在小齒輪軸300的深處部分少并且在小齒輪軸300的外層多。
[0065]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的長(zhǎng)壽命小齒輪軸的透視圖。
[0066]根據(jù)本發(fā)明，為了控制殘留奧氏體的量以便延長(zhǎng)小齒輪軸300的壽命，小齒輪軸300的外徑部310由高碳合金鋼制成；并且小齒輪軸300的內(nèi)徑側(cè)320由中碳鋼制成。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，高碳合金鋼可以包括選自以下的一種或多種材料:碳、硅、錳、磷、硫、鉻、鎳、鑰、釩和鎢。通過(guò)為小齒輪軸300提供這種結(jié)構(gòu)和組成，改善了小齒輪軸300的耐久性。
[0067]此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，滾動(dòng)接觸疲勞性能通過(guò)以高碳合金鋼形成小齒輪軸300的外徑部310而改善，該高碳合金鋼還包括用來(lái)提高耐久性的附加原子。根據(jù)本發(fā)明，小齒輪軸300的耐久性得到提高，同時(shí)材料成本的增加最小化。
[0068]如本文所提到的，用于形成外徑部310的材料的高碳合金鋼可為選自以下的任何一種或多種材料:高碳鉻軸承鋼，比如SUJl、SUJ2、SUJ3、SUJ4和SUJ5 ;高速工具鋼，比如 SKH2、SKH3、SKH4、SKHlO 和 SKH51 到 SKH59 ;合金工具鋼，比如 SKS2、SKS3、SKS4、SKS5、SKS7、SKS8、SKS11、SKS21、SKS31、SKS41、SKS43、SKS44、SKS51、SKS93、SKS94、SKS95、SKD1、SKDll和SKD12 ;和碳合金鋼，其包括約0.8?1.3重量％的碳、約0.5?2.0重量％的錳、約1.0?3.0重量％的硅、約0.5?3.0重量％的鉻、約0.3?2.0重量％的鎳、約0.05?0.3重量％的鑰和約0.05?1.0重量％的釩。
[0069]SUJ是高碳鉻軸承鋼，并且它的JIS標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)是G4805。
[0070]SUJl是高碳鉻軸承鋼，其包括約0.95?1.10重量％的碳、約0.15?0.35重量％的硅、約0.50重量％或更少的錳、約0.025重量％或更少的磷、約0.025重量％或更少的硫、約0.90?1.20重量％的鉻、約0.08重量％或更少的鑰、約0.025重量％或更少的銅和約
0.025重量％或更少的鎳。應(yīng)該注意的是上述重量％，當(dāng)提到重量％ “或更少”時(shí)，通常是指
大于O重量％的量。
[0071]SUJ2是高碳鉻軸承鋼，其包括約0.95?1.10重量％的碳、約0.15?0.35重量％的硅、約0.50重量％或更少的錳、約0.025重量％或更少的磷、約0.025重量％或更少的硫、約1.30?1.60重量％的鉻、約0.08重量％或更少的鑰、約0.025重量％或更少的銅和約0.025重量％或更少的鎳。再次，應(yīng)該注意的是上述重量％，當(dāng)提到重量％ “或更少”時(shí)，通常是指大于O重量％的量。
[0072]SUJ3是高碳鉻軸承鋼，其包括約0.95?1.10重量％的碳、約0.40?0.70重量％的硅、約0.90?1.15重量％的錳、約0.025重量％或更少的磷、約0.025重量％或更少的硫、約0.90?1.20重量％的鉻、約0.08重量％或更少的鑰、約0.025重量％或更少的銅和
約0.025重量％或更少的鎳。再次，應(yīng)該注意的是上述重量％，當(dāng)提到重量％ “或更少”時(shí)，通常是指大于O重量％的量。
[0073]SUJ4是高碳鉻軸承鋼，其包括約0.95?1.10重量％的碳、約0.15?0.35重量％的硅、約0.50重量％或更少的錳、約0.025重量％或更少的磷、約0.025重量％或更少的硫、約1.30?1.60重量％的鉻、約0.10?0.25重量％的鑰、約0.025重量％或更少的銅和約0.025重量％或更少的鎳。再次，應(yīng)該注意的是上述重量％，當(dāng)提到重量％ “或更少”時(shí)，通常是指大于O重量％的量。
[0074]SUJ5是高碳鉻軸承鋼，其包括約0.95?1.10重量％的碳、約0.40?0.70重量％的硅、約0.90?1.15重量％的錳、約0.025重量％或更少的磷、約0.025重量％或更少的硫、約0.90?1.20重量％的鉻、約0.10?0.25重量％的鑰、約0.025重量％或更少的銅和
約0.025重量％或更少的鎳。再次，應(yīng)該注意的是上述重量％，當(dāng)提到重量％ “或更少”時(shí)，通常是指大于O重量％的量。
[0075]作為可以用來(lái)形成外徑部310的進(jìn)一步的材料，SKH是具有JIS標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)G4403的高速工具鋼，并且SKS和SKD是具有JIS標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)G4404的合金工具鋼。全部所述SKH、SKS和SKD的特征在于包括約0.75重量％或更多的碳，其余為鉻、鎳、鑰、鎢和釩。
[0076]也有可能添加除了上述列出的原子以外的其他原子。然而，優(yōu)選以約0.25重量％或更少的量添加所述原子。盡管有可能不添加所述原子(并因此提供O重量％)，優(yōu)選原子的量大于O重量％。
[0077]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，小齒輪軸300的內(nèi)徑部320以中碳鋼形成。這減少了在小齒輪軸300的深處部分中殘留奧氏體的量，并由此抑制變形。另外，通過(guò)使用中碳鋼材料，能夠提高加工注油孔330等的效率，并且能夠減少生產(chǎn)成本。
[0078]在本文中，優(yōu)選用作內(nèi)徑部320的材料的中碳鋼包括約0.45重量％到約0.55重
量％的碳。
[0079]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的長(zhǎng)壽命小齒輪軸300的制造步驟的流程圖。
[0080]如圖所示，該方法包括以下步驟:將中碳鋼圓棒420插入高碳合金鋼管410，然后焊接和密封以便形成鋼坯400S1 ;靜液力擠壓鋼坯400以便使其材料在高溫和高壓下結(jié)合S2 ;使靜液力擠壓的鋼坯400球化退火S3 ;切割和加工退火的鋼坯400S4、S5、S6 ;熱處理切割和加工的鋼坯400S7 ;以及拋光熱處理的鋼坯400以便形成小齒輪軸300S8。
[0081]如圖6所示，中碳鋼圓棒420被插入高碳合金鋼管410，然后焊接和密封以由此形成鋼坯400S1。如本文所提到的，鋼坯400在其軋制成型鋼以前是指扁鋼，并且在本發(fā)明中是隨后靜液力擠壓的材料。
[0082]接著，以本文所述的材料形成的鋼坯400被靜液力擠壓以便其在高溫和高壓下結(jié)合(具體地，用來(lái)結(jié)合由中碳鋼圓棒形成的部分和由高碳合金鋼管形成的部分；即用來(lái)結(jié)合中碳鋼和高碳鋼)S2。靜液力擠壓通常是在高壓下對(duì)含有金屬材料的特定類型和尺寸的容器施加壓力，并擠出所述材料的過(guò)程。靜液力擠壓具有防止材料之間界面強(qiáng)度減少的效果。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的靜液力擠壓在圖6中示出。應(yīng)當(dāng)注意靜液力擠壓是本領(lǐng)域中公知的，因此其細(xì)節(jié)在本文中將不進(jìn)一步描述。
[0083]接著，實(shí)施球化退火S3。退火通常是金屬材料被加熱到適當(dāng)?shù)臏囟热缓缶徛鋮s到室溫的過(guò)程。這種過(guò)程通過(guò)加工或淬火等消除硬化材料的內(nèi)部殘余應(yīng)力，并且通過(guò)精煉晶粒增加其柔軟性。此外，球化處理是鋼材中的碳化物變化成球形的過(guò)程。當(dāng)鋼材受到球化退火處理時(shí)，它的韌性增加，它的可加工性提高并且它作為工具的性能增強(qiáng)。
[0084]根據(jù)各種實(shí)施方式，球化退火步驟S3能夠依據(jù)所希望的最終結(jié)果而省略。
[0085]已處理的鋼坯400接著被切割和加工。根據(jù)所示的實(shí)施方式，加工步驟包括形成注油孔330、車床加工、切割加工和鉆孔加工S4、S5、S6。
[0086]在切割和加工以后，將鋼坯熱處理。如示例性實(shí)施方式所示，熱處理O是經(jīng)由淬火或碳氮共滲然后回火的單獨(dú)熱處理S7。這與經(jīng)由淬火或碳氮共滲、回火、高頻熱處理然后回火的傳統(tǒng)的結(jié)合熱處理形成對(duì)比。通過(guò)應(yīng)用根據(jù)本示例性實(shí)施方式的單獨(dú)熱處理，能夠簡(jiǎn)化制造過(guò)程并且能夠減少生產(chǎn)成本。通過(guò)這種熱處理，大約20?40%的殘留奧氏體能夠在小齒輪軸300的表面(外部)形成。
[0087]最后，可以拋光該熱處理的鋼坯400以完成小齒輪軸300的制造S8。
[0088]由本發(fā)明的示例性實(shí)施方式所制備的長(zhǎng)壽命小齒輪軸300的耐久性經(jīng)測(cè)試并且結(jié)果如下。
[0089]進(jìn)行基于圓柱的滾動(dòng)接觸疲勞測(cè)試，其中接觸應(yīng)力是5.88GPa，測(cè)試速度是46240次/分鐘，并且測(cè)試潤(rùn)滑油是透平油VG56。結(jié)果，耐久性比傳統(tǒng)小齒輪軸增加了至少三倍。具體地，由SUJ2制成的傳統(tǒng)小齒輪軸顯示6.3X IO7循環(huán)的Bltl壽命，而根據(jù)本發(fā)明的小齒輪軸顯不15.8 X IO7循環(huán)的Bltl壽命。(Bltl壽命:可靠性90%的壽命)
[0090]本發(fā)明的小齒輪軸300，其中它的外徑部310以高碳合金鋼(可以對(duì)其進(jìn)一步添加原子以提高耐久性)形成且它的內(nèi)徑部320以中碳鋼形成，通過(guò)確保耐久性和尺寸穩(wěn)定性并通過(guò)抑制彎曲而有利地提供延長(zhǎng)的持久壽命。
[0091]此外，本發(fā)明提高了加工效率，簡(jiǎn)化了制造過(guò)程，并且減少了其材料成本和生產(chǎn)成本。
[0092]本發(fā)明提供了具有以高碳合金鋼形成的外徑部和以中碳鋼形成的內(nèi)徑部的改良的小齒輪軸，該高碳合金鋼可以包括添加的原子以提高耐久性，并且該小齒輪軸具有改善的持久壽命。特別地，本發(fā)明確保小齒輪軸的耐久性和尺寸穩(wěn)定性，并進(jìn)一步抑制彎曲，因?yàn)樯倭康臍埩魥W氏體在小齒輪軸的深處(內(nèi)部)部分形成而更大量的殘留奧氏體在小齒輪軸的外部部件/層形成。
[0093]此外，本發(fā)明通過(guò)以高碳合金鋼形成小齒輪軸的外徑部提高了滾動(dòng)接觸疲勞性能，并且通過(guò)以中碳鋼形成小齒輪軸的內(nèi)徑部增加了注油孔等的加工效率。而且，本發(fā)明在形成內(nèi)徑部和外徑部的材料之間提供了高界面強(qiáng)度。
[0094]本發(fā)明還通過(guò)以比較便宜的材料中碳鋼形成內(nèi)徑部和通過(guò)在制造過(guò)程中使用靜液力擠壓步驟和單獨(dú)熱處理步驟減少了小齒輪軸的材料成本和生產(chǎn)成本。
[0095]本發(fā)明已參考其優(yōu)選的實(shí)施方式詳細(xì)描述。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施方式作出改變或修改，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種用來(lái)插入小齒輪的中心并與承載器結(jié)合的小齒輪軸，所述小齒輪軸包括: 由高碳合金鋼制成的外徑部；和 由中碳鋼制成的內(nèi)徑部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)壽命小齒輪軸，其中所述高碳合金鋼選自以下一種或多種材料:高碳鉻軸承鋼；高速工具鋼；合金工具鋼；以及碳合金鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)壽命小齒輪軸，其中所述高碳鉻軸承鋼選自SUJ1、SUJ2、SUJ3、SUJ4和/或SUJ5 ;所述高速工具鋼選自SKH2、SKH3、SKH4、SKHlO和/或SKH51到SKH59 ;所述合金工具鋼選自 SKS2、SKS3、SKS4、SKS5、SKS7、SKS8、SKSlU SKS21、SKS31、SKS41、SKS43、SKS44、SKS51、SKS93、SKS94、SKS95、SKD1、SKDll 和 / 或 SKD12 ;且所述碳合金鋼包括約0.8?1.3重量％的碳、約0.5?2.0重量％的錳、約1.0?3.0重量％的硅、約0.5?3.0重量％的鉻、約0.3?2.0重量％的鎳、約0.05?0.3重量％的鑰和約0.05?1.0重量％的釩。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)壽命小齒輪軸，其中所述中碳鋼包括約0.45重量％到約0.55重量%的碳。
5.一種用來(lái)制造插入小齒輪的中心的小齒輪軸的方法，包括以下步驟: 在高碳合金鋼管內(nèi)布置中碳鋼圓棒，然后焊接和密封以形成鋼坯； 靜液力擠壓所述鋼坯以使所述中碳鋼圓棒和高碳合金鋼管在高溫和高壓下結(jié)合； 使所述鋼坯球化退火； 切割和加工所述鋼坯； 熱處理所述鋼坯；和 拋光所述鋼坯以形成小齒輪軸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述熱處理步驟是經(jīng)由淬火或碳氮共滲然后回火的單獨(dú)熱處理。
【文檔編號(hào)】C22C38/46GK103527612SQ201210592702
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月4日
【發(fā)明者】姜旻佑 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社, 起亞自動(dòng)車株式會(huì)社