CN103946610B

CN103946610B - 浮动密封件

Info

Publication number: CN103946610B
Application number: CN201280057526.2A
Authority: CN
Inventors: 西冈正人
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2012-08-13
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2032-09-27
Also published as: US20140300060A1; JP5938465B2; JPWO2014027426A1; CN103946610A; KR20140070646A; US9200710B2; DE112012005163T5; WO2014027426A1; DE112012005163B4

Abstract

本发明提供一种浮动密封件，该浮动密封件是由C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V、B、以及余量为Fe和不可避免的杂质所构成的浮动密封件材料。所述C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V、B的含量为，C：2.2～3.9wt％、Si：0.5～3.5wt％、Mn：0.1～2.0wt％、Ni：0.5～4.3wt％、Cr：7.5～25.0wt％、Mo：0～8.0wt％(其中，不含0)、V：0～6.0wt％(其中，不含0)、B：0.02～0.4wt％。母相中的Cr的含量为2.00～5.41wt％。石墨的含量为0.05～0.35面积％。碳硼化合物的含量为19～40面积％。

Description

浮动密封件

技术领域

本发明涉及一种浮动密封件。

背景技术

以往，液压挖掘机、推土机等履带式作业机械具有驱动轮、惰轮及上下滚轮等转动轮。以抑制轴承用润滑油的泄漏、抑制水分及砂土等侵入为目的，在转动轮设置有密封结构。

通常，密封结构由设置在固定侧壳体与转动侧壳体之间的一对浮动密封件及一对弹性环构成。成对的浮动密封件形成为圆环状，在同一轴上滑动自如地相接。各浮动密封件经由抵接于各浮动密封件的外周的各弹性环，支承于各壳体(例如，参照专利文献1)。

这样的浮动密封件是通过离心铸造法、砂型铸造法等制造的(例如，参照专利文献2～专利文献4)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005－240065公报

专利文献2：日本特开2008－221311公报

专利文献3：日本特开2008－221312公报

专利文献4：日本特开平10－99953公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

该浮动密封件要求耐磨损性以及耐烧结性(耐烧结性)等，并且还要求高强度。作为高强度化的手法，考虑到增厚浮动密封件，但是会导致成本变高。

另外，在浮动密封件中，为了改善耐磨损性以及耐烧结性，一般会使硬质的碳化物大量结晶析出。但是，使碳化物大量结晶析出违背了高强度化的要求。另一方面，通过使碳量降低等改变组分量来降低碳化物量，能够改善浮动密封件的强度。但是，如果碳量减少，则流动性变差，产生制造不良率增加等制造效率上的问题。另外，如果碳化物量减少，则存在耐磨损性以及耐烧结性降低的可能性。

本发明的课题在于，提供一种能够抑制制造效率的降低，并提高强度、耐热性、耐磨损性的浮动密封件。

用于解决技术问题的技术手段

本发明的第一方式的浮动密封件是由C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V、B、以及余量为Fe、不可避免的杂质所构成的浮动密封件。所述C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V、B的含量是，C：2.2～3.9wt％、Si：0.5～3.5wt％、Mn：0.1～2.0wt％、Ni：0.5～4.3wt％、Cr：7.5～25.0wt％、Mo：0～8.0wt％(其中，不含0)、V：0～6.0wt％(其中，不含0)、B：0.02～0.4wt％。母相中的Cr的含量为2.00～5.41wt％。石墨的含量为0.05～0.35面积％。碳硼化合物的含量为19～40面积％。

本发明的第二方式的浮动密封件在第一方式的浮动密封件的基础上，母相中的Cr的含量为2.00～3.50wt％。石墨的含量为0.05～0.30面积％。碳硼化合物的含量为25～35面积％。

【发明的效果】

在本发明中，通过向浮动密封件添加B，调整母相中的Cr的含量、石墨的含量、碳化物的含量之间的关系。如果将B添加到浮动密封件中，则石墨容易析出。由此，降低碳化物的析出量。其结果是，提高浮动密封件的强度。另外，因为能够在不降低碳量的基础上降低碳化物的析出量，所以能够维持流动性。由此，可抑制制造效率的降低。而且，即使减少了碳化物的析出量，也能够利用析出的石墨来提高耐磨损性。另外，也能够利用析出的石墨来提高密合性。而且，因碳化物的析出量降低而使未添加B时本应作为以碳化物形式析出的那一部分Cr溶入母相。因此，母相中的Cr的含量增大。其结果是，提高耐热性。如此，在本发明中，通过向浮动密封件添加B，使母相中的Cr的含量、石墨的含量、碳化物的含量彼此关联地配合而被调整。由此，能够抑制制造效率的降低，并且提高强度、耐热性、耐磨损性。

附图说明

图1是密封结构的剖视图。

图2是浮动密封件的立体图。

图3是表示碳硼化合物的面积％的计测方法的试样的表面照片。

图4是表示石墨的面积％的计测方法的试样的表面照片。

图5是表示抗压强度的评价方法的图。

图6是表示密封试验装置的结构的示意图。

图7是表示试验前后的浮动密封件的滑动面的外形变化的图。

图8是试验后的浮动密封件的滑动面的外观的图。

具体实施方式

接着，利用附图对本发明的实施方式进行说明。在以下附图的记载中，相同或类似的部分标注相同或类似的附图标记。其中，附图仅是示意性的表示，有时也有各尺寸的比率等与实际情况不同的情况。因此，应参照以下说明来判断具体的尺寸等。另外，当然在附图彼此之间也包含彼此尺寸关系、比率不同的部分。

(密封结构的构成)

首先，对使用本发明实施方式的浮动密封件的密封结构进行说明。图1是密封结构的剖视图。该密封结构设置在例如液压挖掘机、推土机等履带式作业机械所具有的最终减速装置。

密封结构设置在固定侧部件11与转动侧部件12之间。转动侧部件12经由轴承13安装在固定侧部件11上。转动侧部件12被设置为能够相对于固定侧部件11转动。密封结构对填充有轴承13用润滑油的内部空间N进行封闭。密封结构抑制润滑油从内部空间N泄漏。另外，密封结构抑制水分及砂土等从固定侧部件11与转动侧部件12之间的间隙R浸入内部空间N。

密封结构具有第一浮动密封件14、第二浮动密封件15、第一弹性环16、第二弹性环17。第一浮动密封件14和第二浮动密封件15是后述的浮动密封件。第一弹性环16和第二弹性环17是例如，丁晴橡胶、硅橡胶(シリコーンゴム)等橡胶部件制的。

图2是第一浮动密封件14的立体图。第一浮动密封件14具有设置有贯通孔141的环状形状。如图1所示，固定侧部件11的一部分插入第一浮动密封件14的贯通孔141中。其中，第一浮动密封件14的内表面离开固定侧部件11地配置，不与固定部件接触。第一浮动密封件14经由第一弹性环16，弹性支承于转动侧部件12。

第二浮动密封件15也与第一浮动密封件14相同地，具有设置有贯通孔151的环状形状。第二浮动密封件15与第一浮动密封件14的中心轴线同心地配置。第二浮动密封件15相对于垂直于中心轴线的平面、与第一浮动密封件14对称地配置。第二浮动密封件15经由第二弹性环17，弹性地支承于固定侧部件11。第一浮动密封件14和第二浮动密封件15彼此对置地配置。由于第一浮动密封件14与转动侧部件12一起转动，所以第一浮动密封件14相对于第二浮动密封件15滑动。

第一浮动密封件14具有第一前端面142、第一底面143、第一侧表面144。第二浮动密封件15具有第二前端面152、第二底面153、第二侧表面154。第一前端面142位于第一底面143的相反侧。第二前端面152位于第二底面153的相反侧。第一底面143和第二底面153彼此对置地配置。

第一底面143具有第一滑动面145、第一锥面146。第二底面153具有第二滑动面155、第二锥面156。第一滑动面145在第一底面143上位于第一锥面146的径向外侧。第二滑动面155在第二底面153上位于第二锥面156的径向外侧。第一滑动面145和第二滑动面155彼此接触。第一锥面146和第二锥面156以越朝向径向内方而彼此间的距离越宽的方式倾斜。

第一侧表面144与第一弹性环16接触。第一侧表面144具有凹状形状。利用第一侧表面144的凹状形状，保持第一弹性环16。第一侧表面144以越从第一底面143侧朝向第一前端面142侧而外径越小的方式倾斜。需要说明的是，转动侧部件12具有与第一弹性环16接触的第一接触面121。第一接触面121向与第一侧表面144相同的方向倾斜。第二侧表面154与第二弹性环17接触。第二侧表面154具有凹状形状。利用第二侧表面154的凹状形状，保持第二弹性环17。第二侧表面154以越从第二底面153侧朝向第二前端面152侧而外径越小的方式倾斜。需要说明的是，固定侧部件11具有与第二弹性环17接触的第二接触面111。第二接触面111向与第二侧表面154相同的方向倾斜。

由于第一浮动密封件14与转动侧部件12一起转动，所以第一滑动面145相对于第二滑动面155滑动。另外，第一滑动面145和第二滑动面155利用第一弹性环16及第二弹性环17的弹力彼此按压。由此，无论转动侧部件12转动时还是停止时，第一滑动面145与第二滑动面155之间都被密闭。

(浮动密封件的结构)

接着，对浮动密封件的组成进行说明。本实施方式的浮动密封件是由C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V、B、以及余量由Fe、不可避免的杂质构成的浮动密封件。C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V、B的含量为，C：2.2～3.9wt％、Si：0.5～3.5wt％、Mn：0.1～2.0wt％、N：0.5～4.3wt％、Cr：7.5～25.0wt％、Mo：0～8.0wt％(其中，不包含0)、V：0～6.0wt％(其中，不包含0)、B：0.02～0.4wt％。另外，母相中的Cr的含量为2.00～5.41wt％。石墨的含量为0.05～0.35面积％。碳硼化合物的含量为19～40面积％。更优选的是，母相中的Cr的含量为2.00～3.50wt％，石墨的含量为0.05～0.30面积％，碳硼化合物量为25～35面积％。各组分的意义如下所示。

C形成碳化物。另外，C是为了使母相发生马氏体化而必需的。其中，如果C的含量少，则其效果不足。另外，如果C的含量多，则韧性降低。因此，C的含量为2.2～3.9重量％。

Si促进脱氧并使流动性良好。其中，如果Si的含量少，则其效果小。另外，如果Si的含量多，则韧性降低。因此，Si的含量为0.5～3.5重量％。

Mn是为了脱氧及脱硫所必需的元素。如果Mn的含量少，则其效果不足。另外，如果Mn的含量多，则韧性降低。因此，Mn的含量为0.1～2.0重量％。

Ni提高淬透性并促进马氏体化。但是，如果Ni的含量少，则其效果小。另外，如果Ni的含量多，则奥氏体过于稳定，导致形成大量的残留奥氏体。因此，Ni的含量为0.5～4.3重量％。

Cr形成碳化物，并且提高母相的淬透性。但是，如果Cr的含量少，则碳化物的含量变少，从而降低耐磨损性。另外，如果Cr的含量多，则碳化物粗大化，从而促进异常磨损。因此，其含量为7.5～25重量％。

Mo形成碳化物，并且固溶于母相来强化母相。但是，如果Mo的含量多，则韧性降低。因此，Mo的含量为0～8重量％。

V形成碳化物，提高耐磨损性。但是，如果V的含量多，则韧性降低。因此，V的含量为0～6重量％。

通过添加B来提高抗压强度。但是，如果B的含量少，则其效果小。另外，如果B的含量多，则不能发挥其效果。因此，其含量为0.02～0.4重量％。

母相中的Cr提高耐热性。石墨提高耐磨损性以及密合性。碳硼化合物提高耐磨损性以及耐烧结性。它们的含量彼此关联，利用B的含量进行调整。因此，母相中的Cr的含量为2～5.41重量％。石墨量为0.05～0.35面积％。碳硼化合物的含量为19～40面积％。

【实施例】

以下，对本发明的实施例进行说明。表1表示本发明的实施例的组分、硬度、抗压强度。表2表示比较例的组分、硬度、抗压强度。需要说明的是，母相中的Cr量为wt％，石墨量及碳硼化合物量为面积率。

【表1】

【表2】

碳硼化合物的面积％的计测方法如下所示。利用1μm的氧化铝磨石研磨各实施例及比较例的试样之后，利用硝酸乙醇腐蚀液进行腐蚀，使碳化物浮出来。作为例子，图3表示了使碳化物浮出来的状态的实施例13的表面照片。在图3中，颜色比其他部分浅的部分是碳化物。利用图像处理从如此得到的表面照片仅识别出碳化物，求出其占整体的面积率作为碳硼化合物的面积％。

石墨的面积％的计测方法如下所示。利用氧化铝磨石研磨掉各实施例及比较例的试样1μm之后，利用显微镜进行观察。作为例子，图4表示了实施例2的显微镜照片。从如此得到的显微镜照片，求出黑色部分(石墨)占整体的面积率作为石墨的面积％。

图5是表示抗压强度的评价方法的图。如图5所示，将浮动密封件21经由O形环22配置在架台23上。沿浮动密封件21的径向施加压缩载荷F，测定浮动密封件21断裂时的载荷。

其结果是，如实施例1～实施例17那样，在B为0.02％～0.4wt％的范围时，石墨析出。另一方面，如比较例1、2、4～13那样，在B为0.01％以下时，石墨不析出。另外，如比较例3那样，在B为0.69％时，石墨不析出。而且，从表1及表2可知，在实施例1～17中，与比较例1～13相比提高了抗压强度。

另外，对于浮动密封件的滑动面，由于因转动侧部件的转动而引起的滑动、粘着等而可能导致局部暴露在500℃左右的高温下。因此，使用后的浮动密封件被看做有因回火而引起的软化的倾向。因此，利用图6所示的密封试验装置30，评价实施例4及比较例4的使用前后的变化。如图6所示，在密封试验装置30中，将一对浮动密封件31、32配置在泥水中。一个浮动密封件31由O形环33固定。另外，另一个浮动密封件32经由O形环34负载，并且施加使浮动密封件31、32绕中心轴线转动的转动R。彼此的滑动面相互按压。在将滑动面的按压线压力(线压力＝按压载荷/密封外径的圆周长度)设定为2.5kgf/cm，并封入EO#30的发动机油的条件下，进行300小时的耐久试验。在试验后，通过磨损量、外观、硬度变化来评价耐磨损性、耐烧结性以及密合性。

图7表示试验前后的滑动面变化。在图7中，虚线表示试验前的滑动面附近(参照图6的部分A)的形状。在图7中，实线表示试验后的滑动面附近的形状。图7(a)表示实施例4的浮动密封件的滑动面附近的形状。图7(b)表示比较例4的浮动密封件的滑动面附近的形状。需要说明的是，在图7中，为了容易观察而改变纵横比来表示。从图7可知，在实施例4中，与比较例4相比，滑动面的磨损量更少。

图8表示试验后的滑动面的外观。图8(a)是实施例4的浮动密封件的滑动面的放大图。图8(b)是比较例4的浮动密封件的滑动面的放大图。根据试验后的滑动面的外观观察，能够确认实施例4的浮动密封件与比较例4的浮动密封件相比，烧结更少，并且密合性良好。

表3表示试验前后的滑动面的硬度变化。如表3所示，在试验前，相比于实施例4的浮动密封件的滑动面，比较例4的浮动密封件的滑动面更硬。但是，在试验后，实施例4的浮动密封件的滑动面与比较例4的浮动密封件的滑动面相比更硬。因此，能够确认实施例4的浮动密封件与比较例4的浮动密封件相比，抑制了因滑动面的回火而引起的软化。

【表3】

	试验前的硬度[Hv]	试验后的硬度[Hv]
			实施例4	858	824
比较例4	891	803

【工业上的利用可能性】

根据本发明，可以提供一种能够抑制制造效率的降低，并且提高强度、耐热性、耐磨损性的浮动密封件。

Claims

1.一种浮动密封件，其特征在于，所述浮动密封件是由C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V、B、以及余量为Fe和不可避免的杂质所构成的浮动密封件，所述C、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、V、B的含量为：

C：2.2～3.9wt％、

Si：0.5～3.5wt％、

Mn：0.1～2.0wt％、

Ni：0.5～4.3wt％、

Cr：7.5～25.0wt％、

Mo：0～8.0wt％，其中，不含0、

V：0～6.0wt％，其中，不含0、

B：0.02～0.4wt％，

母相中的Cr的含量为2.00～5.41wt％，

石墨的含量为0.05～0.35面积％，

碳硼化合物的含量为19～40面积％。

2.如权利要求1所述的浮动密封件，其特征在于，

母相中的Cr的含量为2.00～3.5wt％，

石墨的含量为0.05～0.30面积％，

碳硼化合物量为25～35面积％。