垫圈

申请号 CN201580024942.6 申请日 2015-05-15 公开(公告)号 CN106460145B 公开(公告)日 2019-08-16
申请人 埃克斯潘尼特技术公司; 发明人 T·S·胡梅尔肖;
摘要 本 发明 涉及一种异形元件,其适合于重复的 变形 和松弛,所述异形元件由包含至少9%铬和至多5%镍的表面硬化的不锈 钢 制成,所述异形元件具有在从0.2mm至3mm的范围内的材料厚度以及具有在从0μm至50μm的范围内的表面深度和至多750HV0.05的表面硬度的氮 马 氏体表面,并且本发明涉及一种使 工件 表面硬化的方法,所述工件由包含至少9%铬和至多5%镍的 不锈钢 制成,所述工件具有在从0.2mm至3mm的范围内的材料厚度,所述方法包括以下步骤:‑提供由不锈钢的片材 冲压 的工件,‑任选地在所述工件上压花,‑在含氮的气体的气氛中,在高于氮化物的 溶解度 温度 且低于所述不锈钢的熔点的温度T高下,将至少氮溶解在所述工件中,其中进行在温度T高下的氮的溶解以获得在10μm至50μm的范围内的扩散深度以及在0.05%至0.5%的范围内的氮的含量,‑在温度T高下的溶解步骤之后,将所述工件冷却至温度T低,以提供氮马氏体表面,温度T低低于氮化物形成在所述不锈钢中时的温度,其中所述冷却在60秒内实现。异形元件可以是用于使 轴承 元件和紧固元件抵靠彼此固定的固定元件,并且所述方法适合于制造固定元件。
权利要求

1.一种表面硬化的异形元件,其适合于重复的变形和松弛,所述表面硬化的异形元件由包含至少9%铬和至多5%镍的素体不锈制成,所述表面硬化的异形元件具有在从
0.2mm至3mm的范围内的材料厚度以及具有在从10μm至50μm的范围内的表面深度和至多
750HV0.05的表面硬度的氮氏体表面,所述氮马氏体表面包括至少95%的马氏体相。
2.根据权利要求1所述的表面硬化的异形元件,其中所述表面硬化的异形元件选自由固定元件、弹簧、用于保持纸的夹子、或发卡组成的组。
3.根据权利要求1或2所述的表面硬化的异形元件,其中所述表面硬化的异形元件是具有环形的、截头圆锥形的或螺旋状的形状的固定元件。
4.根据权利要求1或2所述的表面硬化的异形元件,其中所述表面硬化的异形元件是具有第一接合表面和第二接合表面的固定元件,所述第一接合表面和/或所述第二接合表面被结构化。
5.根据权利要求4所述的表面硬化的异形元件,其中结构化的接合表面包括突出部,所述突出部具有的垂直尺寸相对于所述表面硬化的异形元件的结构化的接合表面在大于等于100μm的范围内。
6.根据权利要求5所述的表面硬化的异形元件,所述突出部具有的垂直尺寸相对于所述表面硬化的异形元件的结构化的接合表面在从100μm至1mm的范围内。
7.一种使工件表面硬化的方法,所述工件由包含至少9%铬和至多5%镍的铁素体不锈钢制成,所述工件具有在从0.2mm至3mm的范围内的材料厚度,所述方法包括以下步骤:
-提供由所述铁素体不锈钢的片材冲压的工件,
-在包含氮的气体的气氛中,在1000℃至1300℃范围的温度T高下,将至少氮溶解在所述工件中,其中进行在所述温度T高下的氮的溶解以获得在10μm至50μm的范围内的扩散深度以及在0.05%至0.5%的范围内的氮的含量,
-在于温度T高下的溶解步骤之后,将所述工件冷却至温度T低,以提供包括至少95%的马氏体相和至多750HV0.05的表面硬度的氮马氏体表面,所述温度T低低于氮化物形成在所述铁素体不锈钢中时的温度,其中所述冷却在60秒内实现。
8.根据权利要求7所述的使工件表面硬化的方法,还包括在提供由铁素体不锈钢的片材冲压的工件之后,在所述工件上压花。
9.根据权利要求7所述的使工件表面硬化的方法,其中所述溶解步骤在纯的N2中进行。
10.根据权利要求7所述的使工件表面硬化的方法,其中将至少氮溶解在所述工件中在从50毫巴至350毫巴的范围内的含氮的气体的压P氮下来进行。
11.根据权利要求7所述的使工件表面硬化的方法,其中将至少氮溶解在所述工件中以在从10分钟至90分钟的范围内的溶解时间来进行。
12.根据权利要求7所述的使工件表面硬化的方法,其中T高是在1075℃至1125℃的范围内。
13.根据权利要求7所述的使工件表面硬化的方法,其中T高是在1125℃至1175℃的范围内。
14.根据权利要求12所述的使工件表面硬化的方法,其中所述溶解的时间是60分钟。
15.根据权利要求13所述的使工件表面硬化的方法,其中所述溶解的时间是60分钟。
16.根据权利要求7所述的使工件表面硬化的方法,其中所述冷却使用在4巴至20巴的范围内的压力下的气体来进行。
17.根据权利要求7所述的使工件表面硬化的方法,其中所述冷却的步骤在不包含氮的惰性气体中进行。
18.根据权利要求7至17中任一项所述的使工件表面硬化的方法,其中所述工件处于其最终形状。
19.根据权利要求7至17中任一项所述的使工件表面硬化的方法,其中所述方法不包括低于T低的温度下的退火步骤。
20.根据权利要求7至17中任一项所述的使工件表面硬化的方法,其中所述方法不包括低于T低的温度下的、氮、或碳和氮的溶解。
21.根据权利要求9至17中任一项所述的使工件表面硬化的方法,还包括在提供由铁素体不锈钢的片材冲压的工件之后,在所述工件上压花。
22.一种组件,包括被压缩在轴承元件和紧固元件之间的根据权利要求1至6中任一项的表面硬化的异形元件,所述表面硬化的异形元件是固定元件。
23.一种成套工具,包括根据权利要求1至6中任一项所述的表面硬化的异形元件、轴承元件和紧固元件,所述表面硬化的异形元件是固定元件。

说明书全文

垫圈

技术领域

[0001] 本发明涉及一种异形元件(profiled element),例如固定元件,其由表面硬化的不锈制成。当紧固元件和轴承元件的组件被暴露于机械时,固定元件用于使轴承元件和紧固元件抵靠彼此固定。异形元件具有超过现有技术的可比较的元件的改进的可重用性和腐蚀性质。本发明还涉及一种使由不锈钢制成的工件表面硬化例如以提供本发明的异形元件的方法。现有技术
[0002] 不锈钢被用于许多结构应用中,其中不锈钢的范围广泛的组成和处理可以提供对于给定应用所期望的材料性质。然而,由于不锈钢的复杂性,因此仍存在其中材料性质可以被改性以更好地适合特定目的的特定区域。特别地,没有完整地详细阐述不锈钢的表面硬化的领域。
[0003] Georgiev等人(Journal of Materials Science and Technology,第4卷,1996,第4期,第28页)和Bashchenko等人(Izvestiya Akademii Nauk SSSR.Metally,第4期,1985,第173-178页)表明,氮和可以在平衡条件下在高于1050℃的温度下被溶解在不锈钢中。示出的是,在此类温度下,不锈钢的钝化层的渗透的问题可能被忽视,因为这在这些高温下变得不稳定。此外,碳化物和氮化物在这些高温下不被形成。为了避免碳化物/氮化物在冷却期间沉淀,需要快速的冷却速率。对于氏体不锈钢类型,表面的显著硬化可以通过快速冷却发生。
[0004] EP 0652300公开了一种热处理工艺,以形成奥氏体表面和近表面层,该近表面层具有在不锈钢组分中的溶解的氮且几乎具有其最终形状。工艺包括在含氮的气体气氛中在从1000℃至1200℃的温度下使该组分富有氮以及随后以避免氮化物分离的这种速率冷却该组分。
[0005] WO 2008/124239提出了具有中间迅速淬火的混合的碳化工艺,根据该工艺,可以在金属工件中形成碳硬化的表面,而不通过使工件经历高温碳化和低温碳化二者来形成碳化物沉淀,其中紧接在高温碳化之后,将工件迅速淬火至这样的温度,低于该温度时形成碳化物沉淀。
[0006] WO 2012/146254公开了一种用于使钝化金属的冷变形工件溶液硬化的方法。该方法包括第一步骤和后续的第二步骤,在所述第一步骤中,在高于氮化物形成的溶解度温度且低于工件的熔点的温度下将氮溶解在工件中,在所述第二步骤中,在大体上没有碳化物和/或氮化物的形成发生的温度下溶解氮和/或碳。方法还可以包括从第一温度快速冷却至第二温度。
[0007] WO 2013/159781是基于WO 2012/146254的技术并且进一步公开的是,改进的腐蚀防护可以通过在氮的高温溶解之后在不包含氮的惰性气体中冷却工件来获得。
[0008] WO 2008/092640提供了由具有马氏体边界层素体不锈钢制成的进餐或上菜的刀具。边界层通过利用氮化和后续的冷却的热处理来形成,并且基本上是马氏体的。边界层的表面硬度(HV3)必须比根据HV3测量的芯部的最低硬度大30%至300%。然而,WO 2008/092640未公开如何获得这种马氏体边界层。
[0009] Edenhofer等人(2008,Ionic Technologies Inc,http://ionic-tech.com/wp-content/uploads/solutionnitriding.pdf)以及Irretier和Rink(2006,International,7:491-495)描述了被称作固溶氮化(SolNit)工艺的技术。固溶氮化工艺解决的问题是:高度合金的不锈钢在500℃和1000℃之间的正常温度区域中碳化和氮化在不大量损耗耐腐蚀性的情况下不是可能的。固溶氮化工艺允许形成深得多的表面并且通过在高于1050℃的温度下插入氮随后淬火而实现可能最高的氮表面浓度。
[0010] 将氮高温插入至不锈钢中的特定实施例在DE 10 2004 039926中被公开,其中钢部分被处理以将氮插入至0.3%至0.6%的平,至在0.3mm和1.5mm之间的深度。据说该工艺提供了较高的耐腐蚀性。
[0011] US 2012/101531涉及由抗锈的合金不锈钢制成的生物相容性材料,该抗锈的合金不锈钢配置成具有至少一个马氏体表面层,该至少一个马氏体表面层通过利用氮表面硬化和后续的冷却的热处理来形成。热处理可以是在1000℃至1200℃之间的温度下,至通常80μm至300μm的厚度。
[0012] JP 2002 194504提供了一种具有弹簧性质的铬不锈钢箔片。钢可以在1050℃的温度下处理持续5s至90s,之后淬火、随后在100-600℃下老化热处理。JP 2002 194504的工艺利用约100μm厚度的材料来采用,并且因此JP 2002 194504的材料将被完全氮化。因此,材料将在其整个厚度中具有均匀的轮廓,这对于某些应用可能不是最佳的。
[0013] 如通过现有技术文件所示出的,存在使不锈钢硬化的若干方法。然而,相同的硬化方法对于硬化的不锈钢的全部用途可能不是同样相关的。例如,在现有技术的方法中处理的、固定元件例如锁紧垫圈可能在金属损失其性质之前仅被重新使用约三次,该性质对于锁紧垫圈是需要的。相同的观察对于其中重复的变形和松弛是重要的其他异形元件是相关的。
[0014] 发明的公开内容
[0015] 本发明的目的是提供改进的异形元件,例如固定元件,该异形元件具有比通过现有技术提供的异形元件大的可重用性。还旨在提供具有较大的耐腐蚀性质的异形元件,例如固定元件。还旨在提供一种用于使工件硬化例如以便提供改进的异形元件例如固定元件的方法。本发明的另外的目的是提供较便宜地生产的改进的异形元件。
[0016] 本发明涉及一种异形元件,其适合于重复的变形和松弛,所述异形元件由包含至少9%铬和至多5%镍的表面硬化的不锈钢制成,所述异形元件具有在从0.2mm至3mm的范围内的材料厚度以及具有在从10μm至50μm的范围内的表面深度和如根据DIN EN ISO 6507标准所测量的至多750HV0.05的表面硬度的氮马氏体表面。异形元件适合于重复的变形和松弛。一般地,当异形元件不暴露于外力时,异形元件将具有松弛状态,但在使用时,该异形元件将暴露于使异形元件变形的外力。在除去外力之后,异形元件将返回至其松弛状态,允许异形元件可以被重新使用。本发明的异形元件可以被重新使用至少5次、优选地至少10次或更多次。在本发明的上下文中,“异形元件”通常被视作已由不锈钢的片材冲压的元件,尽管异形元件不限于已由不锈钢的片材冲压。异形元件可以是意图在其中异形元件被暴露于重复的变形和松弛的条件下使用的任何异形元件。当异形元件不被暴露于外力时发生松弛状态,并且松弛状态还可以被称作其中外力被释放或除去的状态,并且外力的术语“松弛”和“释放”或“除去”可以被可交换地使用。
[0017] 本发明通常被描述为“异形元件”,但在具体的实施方案中,本发明涉及“固定元件”。应注意,对于固定元件所观察到的任何优势对于异形元件也是相关的,并且反之亦然,并且两个术语可以被可交换地使用。
[0018] 在优选的实施方案中,异形元件是固定元件,并且在本发明的上下文中,“固定元件”是设计成用于插入在轴承元件和紧固元件之间的元件,允许紧固元件和轴承元件在紧固元件和轴承元件的组件暴露于机械力例如振动、冲击、撞击、旋转等等时抵靠彼此固定。一般而言,当固定元件被插入在紧固元件和轴承元件之间时,固定元件将被暴露于从紧固元件和轴承元件的变形,并且固定元件的材料性质允许紧固元件和轴承元件抵靠彼此固定。紧固元件可以例如是具有紧固装置例如外部螺旋状螺纹的螺杆或类似物,并且轴承元件可以例如是具有这样的表面的螺母或物体,该表面具有对于紧固元件互补的紧固装置,例如,内部螺旋状螺纹。
[0019] 本发明人观察到,当WO 2012/146254的工艺被应用至奥氏体不锈钢例如AISI 316的工件以产生固定元件时,可以提供具有对于超过1mm的深度300-400HV的芯部硬度和对于30-35μm的深度>1100HV的表面硬度的固定元件。然而,使用WO 2012/146254的工艺制备的此种固定元件通常可以重新使用在紧固元件和轴承元件之间的变形和从该变形中释放的仅三个循环。
[0020] 本发明人现在已惊人地发现,当如上文所定义的不锈钢元件例如铁素体不锈钢被提供有氮马氏体表面时,异形元件例如固定元件获得相对于可重用性优越的性质,允许例如固定元件在紧固元件和轴承元件之间的变形和从该变形中释放多于5个、例如多于10个循环之后保留其固定效果,其中所述氮马氏体表面具有在从10μm至50μm例如从10μm至25μm的范围内的表面深度,特别地具有在0.05%至0.5%例如0.2%至0.4%的范围内的氮含量,并且具有至多750HV例如至多680HV的表面硬度。对于其他类型的异形元件例如弹簧、用于保持纸的夹子、或发卡作出相似的观察。因此,提供了增加的可重用性的异形元件例如固定元件。不受理论所束缚,本发明人相信,具有在0.2mm至3mm的范围内的材料厚度并且具有10μm至50μm例如10μm至25μm的氮马氏体表面的不锈钢的可延展芯部的组合,提供适合用于重复的变形和松弛。优选的材料厚度为在0.5mm至1.5mm的范围内。在本发明的上下文中,术语“氮马氏体表面”意指用氮稳定化的马氏体,并且氮马氏体表面不包含多于5%的保留的奥氏体。优选的是,氮马氏体表面不包含任何保留的奥氏体。相比之下,当该表面的表面硬度超过750HV时,或当表面深度超过50μm时,固定元件变得太脆,使得紧固元件和轴承元件之间的变形破坏固定元件或至少预防其重新使用。应注意,一般而言,为了获得该效果,异形元件的材料厚度越低,氮马氏体表面的厚度越低。同样地,为了获得该效果,材料越厚,氮马氏体表面越厚。然而,对于材料厚度低于0.2mm或高于3mm的元件,本发明人已发现,可能不获得适合于重复的变形和松弛的效果。其中材料厚度低于0.2mm的元件当被提供有至多10μm表面深度的氮马氏体表面时变得太脆,而其中材料厚度高于3mm的元件当被提供有高于50μm表面深度的氮马氏体表面时变得太软。因此,当提供有具有从10μm至50μm的范围内的表面深度和至多750HV0.05的表面硬度、特别地具有在从10μm至25μm的范围内的表面深度和至多680HV0.05的表面硬度的氮马氏体表面时,对于具有从0.2mm至3mm的范围内的材料厚度的异形元件观察到效果。
[0021] 可重用性对于本发明的异形元件的任何实施方案是相关的。然而,可重用性对于具有或具备三维结构的固定元件是特别地相关的,例如当固定元件具有结构化表面时或当固定元件的形状从二维结构偏离时,例如当固定元件具有截头圆锥形形状或螺旋状形状时。氮马氏体表面将通常具有至少620HV的硬度。因此,硬度的优选的范围是从620HV至680HV,并且硬度的更优选的范围是从620HV至650HV。对于具有在从10μm至20μm的范围内的氮马氏体表面深度的异形元件例如固定元件,观察到最好的结果。在表1中总结了关于AISI 
430不锈钢获得的表面深度和表面硬度以及关于固定元件的相应的可重用性的示例性组合。
[0022] 表1 示例性表面深度和表面硬度
[0023]
[0024] 除增加的可重用性之外,本发明的异形元件例如固定元件还具有超过现有技术的异形元件的改进的耐腐蚀性。
[0025] 本发明的异形元件例如固定元件可以由具有低含量的镍即至多5%例如至多4%、至多3%、至多2%、至多1%的镍或无镍的任何不锈钢来制备。因为镍是昂贵的合金元素,所以采用低的镍含量的不锈钢由于降低的制造成本而是有利的。这对于无镍不锈钢是特别地相关的。优选的不锈钢是铁素体不锈钢,例如AISI 430。
[0026] 在另一个方面,本发明涉及一种使工件表面硬化的方法,使工件表面硬化的方法,所述工件由包含至少9%铬和至多5%镍的不锈钢制成,所述工件具有在从0.2mm至3mm的范围内的材料厚度,所述方法包括以下步骤:
[0027] -提供由所述不锈钢的片材冲压的工件,
[0028] -任选地在所述工件上压花,
[0029] -在包含氮的气体的气氛中,在高于氮化物的溶解度温度且低于所述不锈钢的熔点的温度T高下,将至少氮溶解在所述工件中,其中进行在所述温度T高下的氮的溶解以获得在10μm至50μm的范围内的扩散深度以及在0.05%至0.5%的范围内的氮的含量,[0030] -在于温度T高下的溶解步骤之后,将所述工件冷却至温度T低,以提供氮马氏体表面,所述温度T低低于氮化物形成在所述不锈钢中时的温度,其中所述冷却在60秒内实现。
[0031] 不锈钢的任何工件可以根据本发明来处理。特别地,该方法提供了适合于重复的变形和松弛的不锈钢,这允许固定元件的高的可重用性或允许其中这种适合性是重要的其他应用。该方法尤其适合于使工件表面硬化以变成本发明的异形元件。工件已由不锈钢的片材冲压的事实对于意图用于重复的变形和松弛的元件是尤其相关的,其中这些性质允许重复的变形和松弛。
[0032] 本发明的方法包括在高于氮化物的溶解度温度的温度下将氮溶解在工件中,并且该方法还包括将工件冷却至低于氮化物形成在不锈钢中时的温度的温度。这两种温度极限对于技术人员是已知的,例如依据相图。不锈钢还可以包含碳,并且当工件包含碳时,应注意,温度极限,即T高和T低,也分别是高于和低于碳化物可以形成在钢中的温度。方法可以包括,但优选地不包括,例如在T高下将碳溶解在工件中。
[0033] 本发明的方法需要将氮溶解在不锈钢中至10μm至50μm例如10μm至25μm的深度。在本发明的上下文中,当可以在特定深度处测量氮时,将氮溶解至该深度。氮在硬化的不锈钢中例如在氮马氏体表面中的含量为在0.05%至0.5%例如0.2%至0.4%的范围内。特别地,当将氮溶解至0.3%的浓度时,在于T高下溶解氮之后使不锈钢淬火之后,没有不利的氮化物且具有足够硬度的氮马氏体将形成在不锈钢中。对比之下,当氮含量高于0.5%时,存在形成氮化物的增大的险并且此外不锈钢将变得太脆。因此,当将氮溶解至在该方法中处理的不锈钢中的10μm至50μm的深度时,提供在从10μm至50μm的范围内的表面深度的氮马氏体的表面。优选的是,氮马氏体表面的氮含量是在0.05%至0.5%例如0.2%至0.4%的范围内,并且在较高深度处例如在高于50μm的深度处的氮含量是低于0.05%。特别地,如果元件在高于50μm的深度处包含0.05%或高于0.05%的氮,则元件将是太脆的并且元件将不适合于重复的变形和松弛。优选的是,在高于50μm的深度处的氮含量是0%。
[0034] 溶解深度的控制对于技术人员是公知的,并且对于控制溶解深度相关的参数是含氮的气体的压力(P氮)、温度(即,T高)和溶解时间。参数值一般取决于不锈钢的特定类型。一般而言,这些参数的值可以被自由地选择,只要获得从10μm至50μm例如从10μm至25μm的溶解深度,以及在0.05%至0.5%例如0.2%至0.4%的范围内的在硬化的不锈钢中例如在氮马氏体表面中的氮的含量。在表2中示出对于AISI 430不锈钢所获得的这些参数和相应的表面深度的示例性组合。优选的是,含氮的气体是N2,例如基本上纯的N2,例如等级5.0或更好的,尽管其他气体还可以存在。如果其他气体存在,则优选的是,所述其他气体是相对于不锈钢中的溶解是惰性的气体。示例性惰性气体是氩气或任何其他稀有气体或氢气(H2)。氮气压力(P氮)可以表示为氮气在含其他化合物的气体中的分压或当没有其他气体存在时的氮气的绝对压力。
[0035] 表2 获得的表面深度
[0036]
[0037] P氮通常是在确定溶解深度时的重要参数。优选的是,P氮是或低于350毫巴,特别地是或低于200毫巴;P氮的优选的值是在从50毫巴至350毫巴例如100毫巴至300毫巴的范围内,例如约100毫巴、150毫巴、200毫巴或300毫巴。溶解时间将通常是至多约120分钟,尽管在该溶解时间下,P氮应当通常不高于200毫巴,例如低于或是150毫巴或低于或是100毫巴,以便不超过最大溶解深度。
[0038] 在高温下的高的处理时间,例如大于90分钟,可能导致不锈钢例如AISI 430中的晶粒尺寸的增大,这对于本发明被视作是不合意的。在至多90分钟的溶解时间下,例如在从10分钟至90分钟的范围内的溶解时间,特别地在90分钟或更低、尤其60分钟或更低的溶解时间下,晶粒尺寸的增大对于本发明被视作是可忽略的,并且60分钟或更少的溶解时间是优选的,例如60分钟、50分钟、40分钟、30分钟、20分钟、10分钟。优选的是,溶解时间是或低于60分钟,特别是当P氮是在100毫巴至300毫巴的范围内例如100毫巴或200毫巴时。P氮的某些值允许溶解时间是30分钟或更少。例如,100毫巴、200毫巴或300毫巴的P氮可以与30分钟的溶解时间组合以获得在10μm至20μm的范围内的表面深度。
[0039] 温度T高通常可以是在从1000℃至1300℃的范围内,例如在从1050℃至1250℃的范围内。在1075℃至1125℃例如1090℃至1110℃的范围内例如约1100℃的温度T高下,氮在钢中的溶解度被认为高于当温度T高是在从1125℃至1175℃的范围内的时候,使得氮可以在1075℃至1125℃的范围内的T高下比在高于1125℃的温度下溶解更快,例如在较短的时间内溶解至较深的深度。因此,在一个实施方案中,T高是在1075℃至1125℃的范围内,例如1100℃,并且溶解时间是在至多30分钟的范围内,例如30分钟,例如从10分钟至30分钟。对于T高和溶解时间的这些范围,压力可以是在从100毫巴至300毫巴的范围内。
[0040] 对于在从1125℃至1175℃例如从1140℃至1160℃的范围内的溶解温度,通常观察到,耐腐蚀性相对于在1075℃至1125℃的范围内的温度下对于溶解的耐腐蚀性并且还相比于通常对于表面硬化的不锈钢所看到的耐腐蚀性被改进。不受理论所束缚,本发明人相信,该效果由例如相比于1075℃至1125℃的范围、在该温度范围内的较低的氮溶解度引起。在实施方案中,因此,T高是在从1125℃至1175℃的范围内。
[0041] 因为不锈钢的主要成分是铁,所以参数T高、溶解时间和P氮的所陈述的范围被视作还对于不同于AISI 430的其他类型的不锈钢是相关的。
[0042] P氮、T高和溶解时间的某些组合是特别地有利的,并且在表3中给出参数值的优选组合。
[0043] 表3 参数值的优选组合
[0044]
[0045] 与现有技术的某些方法相比,本发明的方法有利地不需要例如在300℃至500℃的范围内的温度下的氮或碳的低温度溶解。氮或碳的低温溶解通常是耗时的,例如,需要若干小时(例如,10小时至30小时),并且本发明的方法远快于当需要低温的时候。一般而言,低温溶解步骤可以提供被称作“膨胀奥氏体”或“膨胀马氏体”的表面层。本发明的固定元件不需要膨胀奥氏体或膨胀马氏体的表面。
[0046] 该方法包括在于温度T高下溶解之后将材料冷却至温度T低,温度T低低于氮化物或碳化物和氮化物形成在不锈钢中时的温度。该温度对于技术人员是公知的并且其通常将低于500℃。例如在无氮的惰性气体中的冷却步骤在60秒内实现,但优选地,冷却在无氮的惰性气体中在少于30秒中例如在少于10秒中进行。因此,当工件被冷却至温度T低时,避免了敏化作用,即,避免了氮化物以及还有碳化物的沉淀。
[0047] 在T高下例如在1075℃至1175℃的范围内的高温处理引起金属结构变成奥氏体,并且据相信,氮马氏体层在使工件冷却之后形成。本发明人现在已惊人地发现,当将氮溶解成在0.05%至0.5%例如0.2%至0.4%的范围内的氮的含量,并且溶解成在10μm至50μm例如10μm至25μm的范围内的扩散深度时,组合有低的镍含量即至多5%例如至多4%、至多3%、至多2%、至多1%的镍或没有镍的这种事实,将确保充分转变、例如至少95%转变或完全转变成马氏体。在现有技术的方法中,通常已经必需的是包括低温处理,例如,将工件冷却至低于0℃、例如在-40℃至-200℃的范围内的温度,例如,使用或液氮,以确保完全转变成马氏体。在本发明的方法中,有利地不需要低温处理,并且优选的是,该方法不包括低温处理。如果经处理的工件在冷却之后包含多于5%保留的奥氏体相,例如,如果工件具有高于5%的镍含量或高于0.5%的氮含量,则本发明的关于可重用性的效果将不被获得。本发明人已惊人地发现,当扩散深度低于300μm外加达到在0.05%至0.5%的范围内的氮的含量和低于5%例如3%的镍含量的溶解时,工件的淬火将导致包含至少95%马氏体相的氮马氏体表面的形成。因此,在另一个方面,本发明涉及在工件上形成氮马氏体表面的方法,方法包括以下步骤:提供具有至多5%的镍含量的不锈钢的工件,在含氮的气体的气氛中在温度T高下将至少氮溶解在工件中,温度T高高于氮化物的溶解度温度且低于不锈钢的熔点,其中进行在温度T高下的氮的溶解以获得在10μm至300μm的范围内的扩散深度与在0.05%至
0.5%的范围内的氮的含量,在于温度T高下的溶解步骤之后,将工件冷却至温度T低,以提供氮马氏体表面,温度T低低于氮化物形成在不锈钢中时的温度,其中冷却在60秒内实现,该方法不包括低温处理。在本发明的这方面中,工件的材料厚度具有较少的关注,并且材料厚度可以是在0.2mm至10mm或更大的范围内。关于本发明的第一方法方面所公开的全部其他特征对于该第二方法方面以其他方式是相关的,并且这些特征可以自由地组合。
[0048] 冷却可以使用任何适当的方法来进行,例如,在高压下的气体中,例如在4巴和20巴、例如6巴和10巴的范围内,例如在7巴下或在8巴下,或在9巴下。冷却可以在与用于在T高下溶解的气体相同的组成的气体中发生,或冷却可以在不包含氮气的惰性气体中发生,该不包含氮气的惰性气体是例如稀有气体,例如氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)或氡(Rn)、或它们的任何混合物,其中氩是特别优选的。在另一个实施方案中,冷却在高压下在氩中发生,该高压是例如在4巴和20巴的范围内,例如在6巴和10巴的范围内,例如在7巴下或在8巴下,或在9巴下。
[0049] 在优选的实施方案中,溶解步骤在气体中进行,例如包含N2的气体,例如大体上纯的N2,例如等级5.0或更好,而没有除不可避免的杂质之外的其他气体,并且冷却步骤也在气体中进行,该气体是不包含氮气的惰性气体(无氮的惰性气体),其中氩是特别优选的。在本发明的上下文中,“惰性气体”是不包含任何相当大的量的与合金的元素相互反应的分子的气体;在本发明中设想不包含氮气的任何惰性气体,或气体的混合物。当在冷却步骤中采用惰性气体时,在本发明的方法中处理的工件具有耐腐蚀性,该耐腐蚀性甚至优于使用其他冷却气体或当冷却步骤使用其他方法进行时获得的耐腐蚀性。特别地,当冷却在含氮的气体中进行时,相比于在惰性气体中冷却,认为含氮的气体加速氮化物的形成,使得用使用惰性气体的冷却步骤提供更稳固且灵活的方法。在温度T高下的处理中,P氮影响氮的溶解度,使得在温度T高下的处理中的P氮越高,氮溶解越多,并且在不包含氮的惰性气体中冷却的效果越显著。
[0050] 在工件已被冷却至温度T低之后,不需要工件的进一步加工。T低通常是500℃或更少。例如,不需要另外的机械步骤,并且观察到,在该方法中处理的工件的另外的机械加工可能破坏马氏体表面。因此,在该方法中处理的工件可以是处于其最终形状或呈其最终形式的工件。同样地,在冷却至T低之后不需要将工件退火,尽管在某些实施方案中,退火步骤可以在冷却至T低之后进行。如果包括退火步骤,则这将通常通过将经处理的工件暴露于这样的温度来进行,该温度低于T低,即碳化物和/或氮化物形成在不锈钢中时的温度,例如低于500℃,但至少200℃。退火相对于将另外的组分溶解在钢中通常在气体例如惰性气体中发生。退火步骤将通常持续至少一个小时,但也可能需要较长的时间。然而,退火可以伴随有不锈钢、尤其是AISI 430钢的增大的晶粒尺寸,并且优选的是,不包括退火步骤。特别地,当本发明的方法的溶解步骤在至多90分钟的时间范围内、例如60分钟或30分钟进行时,存在很小的增大晶粒尺寸的风险。
[0051] 在又另一个方面中,本发明涉及在使本发明的工件表面硬化的方法中可获得的工件。工件可以是可以从在该方法中获得的不锈钢的可重用性性质受益的任何工件。特别地,工件可以具有在从10μm至50μm例如10μm至25μm的范围内的氮马氏体表面深度和至多750HV的表面硬度、特别是与在从620HV至650HV的范围内的表面硬度组合的在从10μm至20μm的范围内的表面深度。氮马氏体表面可以具有在0.05%至0.5%例如0.2%至0.4%的范围内的氮含量。优选的是,工件是根据本发明的异形元件,例如固定元件。相关的其他工件是弹簧、用于保持纸的夹子、便签、发卡,等等。
[0052] 当异形元件是固定元件时,固定元件可以具有允许其插入在轴承元件和紧固元件之间的任何形状。例如,固定元件可以采用具有孔的板的形式,例如固定元件可以具有环形形状。固定元件还可以具有截头圆锥形形状,或固定元件可以具有螺旋状形状,例如弹簧。固定元件对于技术人员是公知的。特别地,技术人员可以容易地选择固定元件的类型以满足特定目的。优选类型的固定元件是通常被称作“垫圈”、“垫圈环”、“锁紧垫圈”等等的固定元件。
[0053] 在特定的实施方案中,异形元件是具有环形形状或截头圆锥形形状的固定元件,例如锁紧垫圈。固定元件例如环形或截头圆锥形的固定元件,可以通过从不锈钢的适当片材冲压工件来制备,例如,其中片材厚度在从0.5mm至3mm或更大的范围内,之后使工件经历本发明的方法,以便获得固定元件。工件应当具有确保工件在该方法中不被完全氮化的厚度,并且因此,优选的是,工件的最小厚度是0.2mm。同样的,异形元件的材料厚度是至少0.2mm。如果工件穿过其厚度被完全氮化,则得到的表面硬化的元件将是脆的并且不适合于重复的变形和松弛。与可重用性相关的性质将不被获得并且完全氮化的异形元件将不适合于重复的变形和松弛。经冲压的工件还可以经历压花。本发明的异形元件、特别是环形或截头圆锥形的固定元件的材料厚度是在从约0.2mm至约3mm的范围内。固定元件例如环形固定元件或截头圆锥形固定元件的尺寸将通常在从3mm至50mm的范围内。当固定元件是圆形或具有圆形占地面积时,尺寸可以是直径。其他异形元件将通常具有相同的表面尺寸,例如,具有在从3mm至50mm的范围内的尺寸。
[0054] 异形元件,尤其是由不锈钢的片材冲压的固定元件,可以具有第一接合表面和第二接合表面,其中例如,当固定元件被压缩在轴承元件和紧固元件之间时,第一接合表面面向轴承元件的表面并且第二接合表面面向紧固元件的表面。固定元件的任一接合表面或两个接合表面可以被结构化,例如以具有突出部或类似物。固定元件的表面的结构可以通过在工件上压花来提供,该工件通过由不锈钢的片材冲压来提供。可选择地,异形元件例如固定元件的表面的结构可以直接在冲压步骤中被提供。经冲压的工件或经压花的工件然后可以根据本发明的方法来处理以提供异形元件。
[0055] 结构,例如突出部,可以具有任何形状,并且在接合表面上的突出部的、相对于异形元件例如固定元件的接合表面的垂直尺寸将通常是在从约100μm至1mm或更大的范围内。固定元件的结构化的接合表面可以在固定元件被压缩在轴承元件和紧固元件之间时增强固定元件的固定效果。例如,结构化的接合表面可以包括夹紧轴承元件或紧固元件的相对的表面以便增强固定元件的接合表面和相应的相对的表面之间的摩擦的突出部,例如齿部、脊部、突出部或类似物。当具有结构化的接合表面例如具有突出部的异形元件例如固定元件被压缩在轴承元件和紧固元件之间时,突出部将通过压缩来变形。然而,通过在本发明的方法中的处理所获得的、例如来自与至多750HV的表面硬度组合的在从10μm至50μm例如
10μm至25μm的范围内的氮马氏体表面深度、例如与在620HV至650HV的范围内的表面硬度组合的在从10μm至20μm的范围内的表面深度的不锈钢的性质,允许异形元件或固定元件可以重新使用,因为突出部的结构在紧固元件和轴承元件之间的变形和从该变形中释放的多于
5个例如多于10个循环之后被保留。对于异形元件例如固定元件观察到的重复的变形和松弛的适合的效果,对固定元件的例如用于以其整体的固定元件的“宏观尺度”以及对例如用于在异形元件的接合表面上的结构的“微观尺度”二者是惊人地相关的。
[0056] 在异形元件例如固定元件的接合表面上的精确的结构和结构的尺寸,可以基于异形元件的预期应用来自由地选择。技术人员可以基于轴承元件和/或紧固元件的特性容易地选择适当的结构。在特定的实施方案中,固定元件在第一接合表面和第二接合表面上具有不同的结构。例如,固定元件,例如第一固定元件,可以具有构造成接合轴承元件的表面的第一接合部和构造成接合第二固定元件的互补的接合表面的第二接合表面,该第二元件又具有构造成接合紧固元件的表面的接合表面,使得第一固定元件和第二固定元件作为对被用于轴承元件和紧固元件之间。当第一固定元件和第二固定元件作为对被采用时,获得改进的固定效果。
[0057] 本发明的另外的方面涉及:
[0058] 一种组件,包括被压缩在轴承元件和紧固元件之间的根据本发明的固定元件;
[0059] 一种成套工具,包括本发明的固定元件、轴承元件和紧固元件。紧固元件可以例如是螺母并且紧固元件可以是螺杆或螺栓,其中螺母和螺杆或螺栓包括互补的紧固装置,例如视情况而定的内部和外部螺旋状螺纹;
[0060] 一种成套工具,包括本发明的固定元件和紧固元件,紧固元件用于紧固至轴承元件,轴承元件具有适当的互补的紧固装置。例如,紧固元件可以是具有外部螺旋状螺纹的螺杆,该外部螺旋状螺纹用于紧固在具有互补的内部螺旋状螺纹的轴承元件中;
[0061] 本发明的一对固定元件,其中第一固定元件具有与第二固定元件的接合表面互补的接合表面。
[0062] 一种成套工具,包括本发明的一对固定元件、轴承元件和紧固元件。紧固元件可以例如是螺母并且紧固元件可以是螺杆,其中螺母和螺杆包括互补的紧固装置,例如视情况而定的内部和外部螺旋状螺纹;
[0063] 一种成套工具,包括本发明的一对固定元件和紧固元件,紧固元件用于紧固至轴承元件,轴承元件具有适当的互补的紧固装置。例如,紧固元件可以是具有外部螺旋状螺纹的螺杆,该外部螺旋状螺纹用于紧固在具有互补的内部螺旋状螺纹的轴承元件中。
[0064] 一般而言,本发明的任何方面和实施方案的所有的变型和特征可以自由地组合。例如,本发明的方法可以提供本发明的固定元件的任何实施方案,特别是固定元件。同样地,对于异形元件相关的任何不锈钢对于该方法也是相关的。
附图说明
[0065] 在下文中,本发明将借助于实施例并且参考示意性附图来更详细地解释,在附图中,
[0066] 图1a示出本发明的一套固定元件;
[0067] 图1b示出插入在螺栓和螺母之间的本发明的一套固定元件;
[0068] 图2a和图2b示出用作一套固定元件的本发明的两个固定元件的示意性透视图。
[0069] 图3a示出提供有氮马氏体表面的工件的横截面的显微照片。
[0070] 图3b示出提供有氮马氏体表面的工件的横截面的显微照片的细节。
[0071] 图4a示出提供有氮马氏体表面的工件的横截面的显微照片。
[0072] 图4b示出提供有氮马氏体表面的工件的横截面的显微照片的细节。
[0073] 图5a示出提供有氮马氏体表面的工件的横截面的显微照片的细节。
[0074] 图5b示出提供有氮马氏体表面的工件的硬度分布。
[0075] 图6示出本发明的异形元件的横截面的显微照片。
[0076] 图7a示出本发明的锁紧垫圈的横截面的显微照片。
[0077] 图7b示出本发明的锁紧垫圈的照片。

具体实施方式

[0078] 本发明涉及异形元件,其适合于重复的变形和松弛,所述异形元件由包含至少9%铬和至多5%镍的表面硬化的不锈钢制成,所述异形元件具有在从0.2mm至3mm的范围内的材料厚度以及具有在从10μm至50μm的范围内的表面深度和至多750HV0.05的表面硬度的氮马氏体表面,并且涉及使工件表面硬化的方法,所述工件由包含至少9%铬和至多5%镍的不锈钢制成,所述工件具有在从0.2mm至3mm的范围内的材料厚度,所述方法包括以下步骤:
[0079] -提供由所述不锈钢的片材冲压的工件,
[0080] -任选地在所述工件上压花,
[0081] -在包含氮的气体的气氛中,在高于氮化物的溶解度温度且低于所述不锈钢的熔点的温度T高下,将至少氮溶解在所述工件中,其中进行在所述温度T高下的氮的溶解以获得在10μm至50μm的范围内的扩散深度以及在0.05%至0.5%的范围内的氮的含量,[0082] -在于温度T高下的溶解步骤之后,将所述工件冷却至温度T低,以提供氮马氏体表面,所述温度T低低于氮化物形成在所述不锈钢中时的温度,其中所述冷却在60秒内实现。
[0083] 本申请采用以下定义。
[0084] 本发明的异形元件在其硬度方面被描述。在本发明的上下文中,硬度通常是如根据DIN EN ISO 6507标准所测量的HV0.05。如果不以其他方式提到,则单位“HV”因此是指该标准。
[0085] 本发明对于特定组成的不锈钢是相关的,并且在不锈钢中的合金元素的含量可以被称作百分比。在本发明的上下文中,此类百分比是指化学组成。具有至少9%例如至少10.5%的铬含量并且包含至多5%镍例如至多4%或至多3%镍的不锈钢和可比较的合金尤其适合于本发明。例如,不锈钢可以是无镍的。优选的不锈钢是铁素体不锈钢和马氏体不锈钢,例如AISI400-系列的不锈钢。特别优选的不锈钢是铁素体不锈钢,例如AISI 430。在AISI 400-系列中的其他相关的钢类型是409、410、439、434、444。根据DIN 17007-标准的相关的钢类型是1.4600、1.4512、1.4003、1.4000、1.4589、1.4016、1.4511、1.4520、1.4510、
1.4509、1.46071、1.4113、1.4513、1.4521或1.4713、1.4724、1.4736、1.4742、1.4762。
[0086] 不锈钢被视作“钝化”合金,意指它在表面上具有化物层。合金可以是自钝化的或由于合金所经历的工艺而被钝化二者。属于自钝化合金的组的是对氧具有强亲和力的合金(例如,Cr、Ti、V),包括含有此类合金元素(例如,至少9%Cr)的合金。一般而言,对于被分类为“不锈钢”的钢,需要9%的铬含量。
[0087] 在本发明的术语中,“合金元素”可以是指合金中的金属组分或金属元素,或在合金的分析中的任何成分。特别地,在本发明的方法中相关的合金包括可以分别用存在的氮和碳形成氮化物和/或碳化物的元素。本发明的方法有利地提供没有合金元素的氮化物和碳化物的表面。合金还可以包含其他元素,例如半金属元素、金属间元素或非金属元素。能够形成氮化物和/或碳化物的合金元素通常可以是对合金提供耐腐蚀性的金属元素,这归因于用合金元素形成钝化氧化物层。如在本发明的上下文中使用的术语“氮化物”和“碳化物”,是指分别形成在合金元素和氮和碳之间的氮化物和碳化物。示例性氮化物是氮化铬,CrN或Cr2N,尽管术语“氮化物”和“碳化物”不限于具有铬的氮化物和碳化物。示例性合金元素是通常以低于5%例如低于2%的范围存在的钼、钨、、铌、锆、锰、
[0088] 本发明的方法防止不锈钢的敏化作用。术语“敏化作用”应理解为,氮或碳通过与一种或更多种合金元素如例如在不锈钢中的铬反应来分别形成氮化物和碳化物,所述一种或更多种合金元素以其他方式用于在表面上形成保护性氧化物层。当敏化作用发生时,在固体溶液中的合金元素例如铬的游离含量被降低至不再足以维持完整的保护性氧化物层的水平,这意味着腐蚀特性被劣化。
[0089] 术语“氮化物的溶解度温度”应理解为氮化物不稳定时并且其中已经形成的氮化物被溶解的温度。同样地,还存在“碳化物的溶解度温度”,其是碳化物不稳定时并且其中已经形成的碳化物被溶解的温度。一般而言,能够形成氮化物和/或碳化物的包含金属合金元素的合金将具有其中当分别存在氮和碳时氮化物和/或碳化物可以形成的温度间隔。因此,高于该温度间隔时,氮化物和碳化物将不形成,并且已经形成的氮化物/碳化物被溶解。当氮化物或碳化物存在时,即,敏化作用已发生时,这些氮化物或碳化物通常可以仅通过将敏化的金属暴露于高于奥氏体化温度的温度来除去。此外,此类合金具有低于温度间隔的温度,其中氮化物和碳化物将不形成,尽管在合金中已经形成的氮化物或碳化物在低温下不能被除去。
[0090] 本发明的方法包括将至少氮溶解在不锈钢中的步骤,但在某些实施方案中,碳也可以被溶解。溶解氮的步骤还可以被称作“氮的溶解”或“氮化”,并且同样地,溶解碳的步骤还可以被称作“碳的溶解”或“碳化”。当在相同的工艺步骤中溶解氮和碳二者时,可以被称作“氮碳化”。
[0091] 图1示出本发明的一套固定元件(图1a)以及插入分别呈螺栓和螺母的形式的紧固元件和轴承元件之间的该套固定元件(图1b)。在图1中所示的实施方案中,固定元件例如“锁紧垫圈”,套件1包括两个固定元件2并且图示出这些元件的使用。每个垫圈2具有带有径向齿部4的第一接合表面3和相对的第二接合表面,带有凸轮6的“凸轮侧”5。在固定元件套件1的使用期间,固定元件2放置成如示出的与面向彼此的凸轮侧5一起。锁紧垫圈成对使用,安装有彼此抵靠的凸轮,以获得关键锁定效果。它们尤其适合于有效地锁定暴露于极端振动或动态负载的和暴露于腐蚀环境例如盐水的螺栓组件。因此,对这些垫圈的强度和耐腐蚀性存在强烈需要。
[0092] 在另一个实施方案(未示出)中,固定元件具有两个相同的接合表面,例如,具有齿部或凸轮,或不具有突出部,并且固定元件单独地使用,而没有第二固定元件。
[0093] 另外的示例性固定元件在US 2013/0243544A1中被描述,其内容据此通过引用并入。与本发明特别相关的实施例在据此通过引用并入的US2013/0243544A1的图1至图4以及随附的文本例如第[0024]-[0027]段和第[0028]-[0038]段中被描绘。
[0094] 在图2中示出本发明的又另一个实施方案,其中如图2a中所示的第一截头圆锥形的固定元件具有对应于第一固定元件的第一接合表面的内部垫圈冠14;该图以从上面观看的透视图示出固定元件。在图2b中,第二截头圆锥形的固定元件的与第一固定元件的第一接合表面互补的接合表面,外部垫圈冠12以从下面观看的视图呈现。外部垫圈冠12界定第一中间锥形物,而内部垫圈冠14界定第二中间锥形物。内部垫圈冠14具有凸状接合表面22,而外部垫圈冠12具有凹状接合表面24。两个接合表面22、24是互补的并且适用于与彼此接合,例如,在两个冠14、12之间不留下任何自由空间。当图2的两个固定元件被插入在紧固元件和轴承元件之间时,该两个固定元件可以在轴向方向上、在锥形状态和平坦状态之间弹性地变形;见例如图1b。可以将润滑剂施加至接合表面22、24上以促进滑动侧32、32'抵靠彼此的运动。
[0095] 关于图2b中示出的外部垫圈冠12的凹状接合表面24,该凹状接合表面24具有在垫圈冠12的圆周中有规律地分布的15个第一不对称径向齿部26。这些第一不对称径向齿部26中的每一个具有径向地延伸的第一齿顶28和与第一齿顶28大体上有度地分离24°的且还径向地延伸的第一齿底30。因此,在一方面,第一不对称径向齿部26中的每一个具有以倾斜方式在第一齿顶28和第一齿底30之间有角度地延伸的第一滑动侧32。第一不对称径向齿部26中的每一个的第一滑动侧32与上文定义的第一中间锥形物相交,同时相对于截面线的水平面形成某些度数例如5°的角。在另一方,第一不对称径向齿部26具有第一止动侧34,该第一止动侧34相对于第一齿顶28与第一滑动侧32相对地延伸并且连接接着的第一不对称径向齿部26的第一齿底30。依次地,第一止动侧34与第一中间锥形物相交,同时相对于截面线的水平面形成例如90°、95°加或减10°的相邻角。另外,第一止动侧34在接着的第一不对称径向齿部26的第一齿顶28和第一齿底30之间、根据上文定义的第一中间锥形物、以仅某些度数例如2度有角度地延伸。
[0096] 现在对图2a作出参考,其中内部垫圈冠14的凸状接合表面22具有与外部垫圈冠12的凹状接合表面24的形状互补的形状。另外,其类似元件通过提供有原始符号'的相同参考标记来指示。因此,凸状接合表面22具有15个第二不对称径向齿部26',该第二不对称径向齿部26'具有与第一不对称径向齿部26相同的轮廓,并且沿着圆周分布。第二齿部26'中的每一个具有径向地延伸的第二齿顶28'和与第二齿顶28'有角度地分离约24°的第二齿底30'。另外,在一方面,第二不对称径向齿部26'中的每一个具有以倾斜方式在第二齿顶28'和第二齿底30'之间有角度地延伸的第二滑动侧32'。第二不对称径向齿部26'中的每一个的该第二滑动侧32'与上文定义的第二中间锥形物相交,同时相对于截面线的水平面形成某些度数例如5°的角。在另一方面,第二不对称径向齿部26'具有第二止动侧34',该第二止动侧34'相对于第二齿顶28'与第二滑动侧32'相对地延伸并且连接接着的第二不对称径向齿部26'的第二齿底30'。依次地,第二止动侧34'与第二中间锥形物相交,同时相对于截面线的水平面形成90°的相邻角。另外,第二止动侧34'在接着的第二不对称径向齿部26'的第二齿顶28'和第二齿底30'之间、根据上文定义的第二中间锥形物、以仅某些度数例如2度有角度地延伸。
[0097] 在外部垫圈冠12和内部垫圈冠14连接之后,凸状接合表面22抵靠凹状接合表面24,并且在由此形成在紧固元件例如可拧紧元件与轴承元件之间的锁定垫圈接合之后,可拧紧元件的旋转引起两个冠12、14的同相的轴向变形,同时两个冠12、14相对于彼此可旋转地锁定,这归功于齿部的止动侧34、34'分别邻接在彼此上。以此方式,两个冠12、14的齿部
26、26'在变形期间保持接合。另外,齿部26、26'在变形期间未被损坏成锁定垫圈的平坦状态。本发明提供,固定元件可以在紧固元件和轴承元件之间的变形和从该变形中释放多于5个例如多于10个循环之后被重新使用。
[0098] 上文描述的且在图2中示出的该套截头圆锥形的固定元件可以相对于齿部、脊部等等的数目根据需要来改变,并且本发明相对于径向齿部或类似物的数目不受限制。本发明的方法在以下实施例中被例证。
[0099] 实施例
[0100] 实施例1
[0101] 工件由1mm的厚度的AISI 430不锈钢的片材冲压并且处理以将氮溶解至265μm、111μm和175μm的深度,至在0.2%至0.4%的范围内的氮含量。氮溶解在高于1050℃的温度下进行,并且随后,使用氮气在小于60秒内将工件冷却至室温。所处理的工件的横截面被抛光并且使用光学显微术来分析。图3a示出被处理至265μm的深度的工件的横截面;工件具有
1.5mm的厚度,并且如从图3a明显的是,工件具有如图3b中示出的265μm厚度的定义明确的氮马氏体表面。同样地,对于惰性氮气将1mm厚度的工件处理至111μm的深度,并且该工件也具有111μm的厚度的(图4b)的定义明确的氮马氏体表面(图4a)。
[0102] 被处理成将氮溶解至175μm的深度的工件具有1.5mm的厚度,并且如图5a中图示的,工件具有定义明确的氮马氏体表面。针对在横截面上的硬度分布来进一步分析该工件。如从图5b看到的,表面硬度是约650HV,并且芯部硬度是约275HV。
[0103] 虽然这些工件无一适合于重复的变形和松弛,但当如上文所描述被处理即无低温处理时,可以在无镍的不锈钢中形成定义明确的氮马氏体表面的实验文件是必需的。
[0104] 实施例2
[0105] 工件由1mm的厚度的AISI 430不锈钢的片材冲压以具有环形形状。工件随后被压花以提供具有突出部的工件,从而提供固定元件的第一接合表面和第二接合表面。经压花的工件根据本发明的方法来处理,其中表4中示出的条件下从基本上纯的氮气气氛中溶解氮。通过紧固固定元件并且重复紧固来针对可重用性测试所制备的固定元件,紧固固定元件通过在从变形释放固定元件之前在螺栓和螺母之间拧紧来进行。固定元件的耐腐蚀性还根据ISO 9227盐雾测试来检查。在表4中示出来自可重用性和盐雾测试的结果。当表4中的值被指示为“-”时,这意味着相应的性质还没有被分析。
[0106] 表4 可重用性和耐腐蚀性
[0107]
[0108]
[0109] 惊人地,经发现,与10-50μm的马氏体硬表面和至多680HV的表面硬度组合的、铁素体不锈钢的固有的低的芯部硬度(220HV)足以避免凸轮和齿部的变形。因此,对于参数的某些组合,垫圈达到超过5次或10次的可重用性,同时仍具有锁定效果。
[0110] 实施例3
[0111] 1mm的厚度的铁素体不锈钢的工件根据本发明被处理以具有约0.3%的氮含量,从而提供32μm的氮马氏体表面。所处理的工件的横截面被抛光并且使用光学显微术来分析。图6示出工件的横截面,这示出定义明确的氮马氏体表面。
[0112] 实施例4
[0113] 如在图1a中示出的代表本发明的固定元件的锁紧垫圈在根据本发明的方法中被处理。锁紧垫圈2可以与如所示出的套件1中的相同的锁紧垫圈一起使用,并且锁紧垫圈2具有带有径向齿部4的第一侧3和带有凸轮6的相对的凸轮侧5。在锁紧垫圈2在套件1中使用期间,锁紧垫圈2可以放置成如示出的与面向彼此的凸轮侧5一起。
[0114] 锁紧垫圈(1.5mm的厚度的AISI 430不锈钢)在历时60秒的时间段内在氩气中冷却至室温之前在200毫巴的氮气压力下在1100℃下处理持续90分钟。锁紧垫圈具有13μm的氮马氏体表面和650HV的表面硬度。在图7a中示出了锁紧垫圈的横截面。
[0115] 锁紧垫圈通过在一起成对以及在螺栓和螺母之间重复的固定与从螺栓和螺母中重复的释放,来针对可重用性进行测试。可重用性测试揭示出,锁紧垫圈可以使用多于10次循环的变形和释放。
[0116] 根据ISO 9227盐雾测试,针对耐腐蚀性来进一步分析锁紧垫圈。在盐雾测试168小时之后,锁紧垫圈未示出如从图7b明显的被腐蚀的任何信号
QQ群二维码
意见反馈