CN103946609A

CN103946609A - 浮动密封件

Info

Publication number: CN103946609A
Application number: CN201280056391.8A
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: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2032-09-27
Also published as: DE112012005191T9; JPWO2014027425A1; WO2014027425A1; US20140300059A1; DE112012005191T5; US9194500B2; DE112012005191B4; JP5965988B2; KR20140070647A; CN103946609B

Abstract

浮动密封件材料为C、Si、Mn、Ni、Cr、B及余量，其中余量为Fe与不可避免的杂质，所述C、Si、Mn、Ni、Cr、B含量分别为，C：2.2～3.8wt％，Si：0.5～3.5wt％，Mn：0.1～2.0wt％，Ni：2.0～5.5wt％，Cr：0.9～4.0wt％，B：0.02％～0.4wt％，母相中的Cr含量为0.30～1.07wt％，石墨含量为0.35～2.33面积％，碳硼化合物含量为14～40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

目前，液压挖掘机或者推土机等履带式作业机械包括：驱动轮、惰轮和上下转轮等旋转轮。为了抑制轴承用润滑油的泄漏和抑制水分及砂土等侵入，在转动轮上设置有密封结构。

密封结构通常由设置在固定侧壳体与旋转侧壳体之间的一对浮动密封件和一对弹性环构成。成对的浮动密封件形成为圆环状，并在同一轴上滑动自如地接触。各浮动密封件经由与各浮动密封件的外周抵接的弹性环支承在各壳体上(例如，参照专利文献1)。

如上所述的浮动密封件通过离心铸造法或者砂型铸造法等制造(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

发明要解决的技术课题

该浮动密封件要求耐磨性和耐烧结性等的同时还要求高强度。作为高强度化的方法，虽然可以考虑增加浮动密封件的厚度，但是这样会增加成本。

另外，为了改善浮动密封件的耐磨性和耐烧结性，通常会使大量硬质碳化物结晶析出。但是，如果使大量碳化物结晶析出，就会违背高强度化。另一方面，通过减少碳量等变更成分量来减少碳化物量，能够改善浮动密封件的强度。但是，如果减少碳量，则铸造流动性变差，从而会产生制造不良率增加等制造效率方面的问题。另外，如果碳化物量减少，就会有耐磨性和耐烧结性降低的可能性。

本发明的目的在于提供一种浮动密封件，其能够抑制制造效率的降低，并且能够提高强度、耐热性和耐磨性。

用于解决技术课题的技术方案

本发明第一方式的浮动密封件是由C、Si、Mn、Ni、Cr、B及余量构成，所述余量为Fe与不可避免的杂质。所述C、Si、Mn、Ni、Cr、B含量分别为：C：2.2～3.8wt％，Si：0.5～3.5wt％，Mn：0.1～2.0wt％，Ni：2.0～5.5wt％，Cr：0.9～4.0wt％，B：0.02％～0.4wt％。母相中的Cr含量为0.30～1.07wt％。石墨含量为0.35～2.33面积％。碳硼化合物含量为14～40面积％。

在第一方式的浮动密封件的基础上，本发明第二方式的浮动密封件的母相中的Cr含量为0.3～0.8wt％。石墨含量为0.4～2.3面积％。碳硼化合物含量为20～35面积％。

发明效果

在本发明中，通过向浮动密封件中添加B来调整母相中的Cr含量、石墨含量、碳化物含量的关系。在向浮动密封件中添加B时，石墨容易析出，由此减少碳化物的析出量。其结果，浮动密封件的强度提高。另外，由于能够不减少碳量地减少碳化物的析出量，因此能够维持铸造流动性。由此，能够抑制制造效率的降低。而且，即便碳化物的析出量减少，利用析出的石墨也提高了耐磨性。另外，利用析出的石墨也提高了密合性(馴染み性)。并且，因碳化物的析出量减少而使不添加B时本应作为碳化物析出的那一部分的Cr混入母相中。因此，母相中的Cr含量增加。其结果，耐热性提高。这样，在本发明中，通过向浮动密封件中添加B，母相中的Cr含量、石墨含量、碳化物含量彼此关联而被调整。由此，能够抑制制造效率的降低，并且能够提高强度、耐热性和耐磨性。

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％的计量方法的试样的表面照片。

图4是表示石墨的面积％的计量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是表示密封测试器结构的示意图。

图7是表示试验前后的浮动密封件的滑动面外形变化的视图。

图8是表示试验后的浮动密封件的滑动面的外观图。

具体实施方式

接下来，参照附图说明本发明的实施方式。在以下附图的记载中，相同或者相似的部分标记相同或者相似的附图标记。需要说明的是，附图为示意图，有时会有各尺寸比例等与实物不同的情况。因此，具体尺寸等应参照以下说明来判断。另外，附图间的相互尺寸关系和比例不同的部分当然也包含在附图中。

(密封结构的构成)

首先，说明使用本发明实施方式的浮动密封件的密封结构。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上。

密封结构设置在固定侧部件11与旋转侧部件12之间。旋转侧部件12经由轴承13安装在固定侧部件11上。旋转侧部件12设置为能够相对于固定侧部件11旋转。密封结构密封填充有轴承13用润滑油的内部空间N。密封结构抑制润滑油从内部空间N泄漏。另外，密封结构抑制水分和砂土等从固定侧部件11与旋转侧部件12之间的间隙R侵入内部空间N内。

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是后述浮动密封件。第一弹性环16和第二弹性环17是例如丁腈橡胶、硅橡胶等橡胶部件。

图2是第一浮动密封件14的立体图。第一浮动密封件14具有包括贯通孔141的环状形状。如图1所示，在第一浮动密封件14的贯通孔141内插入有固定侧部件11的一部分。需要说明的是，第一浮动密封件14的内表面远离固定侧部件11配置，与固定部件不接触。第一浮动密封件14经由第一弹性环16弹性支承在旋转侧部件12上。

第二浮动密封件15与第一浮动密封件14同样地也具有包括贯通孔151的环状形状。第二浮动密封件15配置成与第一浮动密封件14的中心轴线同心。第二浮动密封件15关于与中心轴线垂直的平面与第一浮动密封件14对称配置。第二浮动密封件15经由第二弹性环17弹性支承在固定侧部件11上。第一浮动密封件14与第二浮动密封件15彼此相对配置。第一浮动密封件14通过与旋转侧部件12一起转动，相对第二浮动密封件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与第二底面153彼此相对配置。

第一底面143具有第一滑动面145和第一锥面146。第二底面153具有第二滑动面155和第二锥面156。在第一底面143中，第一滑动面145位于第一锥面146的径向外侧。在第二底面153中，第二滑动面155位于第二锥面156的径向外侧。第一滑动面145与第二滑动面155彼此接触。第一锥面146与第二锥面156以朝向径向内侧彼此之间的距离增大的方式倾斜。

第一侧面144与第一弹性环16接触。第一侧面144具有凹状形状。利用第一侧面144的凹状形状保持第一弹性环16。第一侧面144从第一底面143侧朝向第一前端面142侧外径缩小地倾斜。需要说明的是，旋转侧部件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向与第一侧面144相同的方向倾斜。第二侧面154与第二弹性环17接触。第二侧面154具有凹状形状。利用第二侧面154的凹状形状保持第二弹性环17。第二侧面154从第二底面153侧朝向第二前端面152侧外径缩小地倾斜。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向与第二侧面154相同的方向倾斜。

通过使第一浮动密封件14与旋转侧部件12一起转动，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和第二弹性环17的弹性力彼此挤压。由此，无论旋转侧部件12在转动时还是停止时，第一滑动面145与第二滑动面155之间都被密封。

(浮动密封件的结构)

接下来，说明浮动密封件的组成。本实施方式的浮动密封件是由C、Si、Mn、Ni、Cr、B以及余量构成，其中余量为Fe与不可避免的杂质。C、Si、Mn、Ni、Cr、B的含量为：C：2.2～3.8wt％，Si：0.5～3.5wt％，Mn：0.1～2.0wt％，Ni：2.0～5.5wt％，Cr：0.9～4.0wt％，B：0.02％～0.4wt％。另外，母相中的Cr含量为0.30～1.07wt％。石墨含量为0.35～2.33面积％。碳硼化合物含量为14～40面积％。更优选的是，母相中的Cr含量为0.30～0.80wt％，石墨含量为0.4～2.3面积％，碳硼化合物含量碳硼化合物含量为20～35面积％。各成分的意义如下所述。

C形成碳化物。另外，C是用于使母相发生马氏体化而必需的。需要说明的是，如果C含量少，该效果就不充分。如果C含量多，韧性就会降低。因此，C含量为2.2～3.8wt％。

Si促进脱氧，并且使铸造流动性良好。需要说明的是，如果Si含量少，该效果就小。如果Si含量多，韧性就会降低。因此，Si含量为0.5～3.5wt％。

Mn是用于脱氧和脱硫所必需的元素。如果Mn含量少，该效果就不充分。如果Mn含量多，韧性就会降低。因此，Mn含量为0.1～2.0wt％。

Ni提高淬透性(焼き入れ性)，促进马氏体化。但是，如果Ni含量少，该效果就小。如果Ni含量多，奥氏体就过于稳定，会形成大量残留奥氏体。因此，Ni含量为2.0～5.5wt％。

Cr形成碳化物，并且提高母相的淬透性。但是，如果Cr含量少，碳化物含量就少，从而耐磨性降低。如果Cr含量多，由于碳化物粗大化，会促进异常磨耗。因此，Cr含量为0.9～4.0wt％。

通过添加B，提高抗压强度。但是，如果B含量少，该效果小。如果B含量多，则不能发挥该效果。因此，其含量为0.02～0.4wt％。

母相中的Cr使耐热性提高。石墨提高耐磨性和密合性。碳硼化合物提高耐磨性和耐烧结性。这些元素的含量相互关联，并且通过B含量调节。因此，母相中的Cr含量为0.30～1.07重量％。

实施例

以下，说明本发明的实施例。表1表示本发明的实施例的成分、硬度、抗压强度。表2表示比较例的成分、硬度、抗压强度。需要说明的是，母相中的Cr量为wt％，石墨量和碳硼化合物含量为面积％。

碳硼化合物的面积％的计量方法如下所述。将各实施例和比较例的试样利用细度为1μm的氧化铝磨石研磨加工后，通过硝酸乙醇腐蚀液腐蚀，使碳化物浮现。作为示例，图3表示使碳化物浮现状态的第四实施例的表面照片。在图3中，比其他部分颜色浅的部分为碳化物。通过利用图像处理从获得的表面照片仅识别碳化物，求得碳化物占整体面积的面积率作为碳硼化合物的面积％。

表1

表2

石墨的面积％的计量方法如下所述。将各实施例和比较例的试样利用细度为1μm的氧化铝磨石研磨加工后，通过显微镜观察。作为示例，图4表示第五实施例的显微镜下照片。利用获得的显微镜照片，求得黑色部分(石墨)占整体面积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视图。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。然后，向浮动密封件21的径向施加压缩荷重F，测定浮动密封件21断裂时的荷重。

其结果是，如第一实施例～第十七实施例所示，在B为0.02％～0.4wt％的范围内，石墨析出。另一方面，如第一～第七，第十～第十四比较例所示，在B为0.01％以下时，石墨不析出。另外，如第八、第九、第十五比较例所示，在B为0.58％以上时，石墨不析出。而且，从表1和表2可知，第一～第十七实施例中的抗压强度比第一～第十五比较例中的高。

另外，浮动密封件的滑动面有时由于旋转侧部件的旋转而引起的滑动、粘合等而局部暴露在500℃左右的高温下。因此，使用后的浮动密封件会因回火而产生软化的倾向。在此，利用图6所示的密封测试器30评价第二实施例和第二比较例的使用前后的变化。如图6所示，在密封测试器30中，一对浮动密封件31,32配置在泥水中。一个浮动密封件31固定在O形环33上。另一个浮动密封件32经由O形环34被施加荷重，并且被施加绕浮动密封件31,32的中心轴线的转动R。各滑动面彼此挤压。在使滑动面的挤压线压(线压＝挤压荷重/密封外径的圆周长度)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，根据磨耗量、外观、硬度变化评价耐磨性、耐烧结性和密合性。

图7表示试验前后的滑动面变化。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。图7中实线表示试验后的滑动面附近的形状。图7(a)表示第二是实施例的浮动密封件的滑动面附近的形状。图7(b)表示第二比较例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，为了便于观察，变更了横纵比来表示。如图7所示，第二实施例比第二比较例滑动面的磨耗量少。

图8表示试验后的滑动面的外观。图8(a)是第二实施例的浮动密封件的滑动面的放大图。图8(b)是第二比较例的浮动密封件的滑动面的放大图。通过观察试验后的滑动面的外观，能够确认第二实施例的浮动密封件比第二比较例的浮动密封件烧结少且密合性好。

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，与第二实施例的浮动密封件的滑动面相比，第二比较例的浮动密封件的滑动面更硬。但是，在试验后，第二实施例的浮动密封件的滑动面比第二比较例的浮动密封件的滑动面硬。因此，能够确认第二实施例的浮动密封件比第二比较例的浮动密封件更能抑制因滑动面的回火而导致的软化。

表3

	试验前硬度[Hv]	试验后硬度[Hv]
			实施例2	835	802
比较例2	879	785

工业实用性

利用本发明，能够提供一种浮动密封件，其能够抑制制造效率的降低，并能够提高强度、耐热性、耐磨性。

Claims

1.一种浮动密封件，其特征在于，由C、Si、Mn、Ni、Cr、B及余量构成，所述余量为Fe与不可避免的杂质，

所述C、Si、Mn、Ni、Cr、B含量分别为

C：2.2～3.8wt％，

Si：0.5～3.5wt％，

Mn：0.1～2.0wt％，

Ni：2.0～5.5wt％，

Cr：0.9～4.0wt％，

B：0.02％～0.4wt％，

母相中的Cr含量为0.30～1.07wt％，

石墨含量为0.35～2.33面积％，

碳硼化合物含量为14～40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含量为0.30～0.80wt％，

石墨含量为0.4～2.3面积％，

碳硼化合物含量为20～35面积％。