專利名稱：燒結(jié)鏈輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于例如汽車的凸輪軸定時鏈用鏈輪等的燒結(jié)鏈輪及其制造方法。
如上所述，過去鏈輪各有利弊，因此人們迫切需要一種齒面抗承載性、齒面精度及制造成本均出色的鏈輪。
在用燒結(jié)材料制造鏈輪時出現(xiàn)了問題(如上所述地是齒面抗承載性問題)，所述齒面抗承載性因不可避免地存在于材料內(nèi)部的空位而降低。因此，為提高齒面抗承載性而應(yīng)首先考慮的是提高密度，因此可考慮采用以下方法。首先，在煅燒粉末壓實體后，進行定尺精壓加工。接著，對煅燒材料進行沖壓成形，在真正燒結(jié)后進行定尺精壓加工。之后，通過進行兩次當(dāng)時的沖壓成形和定尺精壓加工，能夠提高鏈輪密度。但是，即使采用所述的多工序制造方法，密度的提高也是有限的，不能說齒面齒面抗承載性是足夠高的。另外，雖然通過鍛造燒結(jié)材料而提高了密度并提高齒面抗承載性，但仍存在制造成本增大的與上述相同的問題。
因此，本發(fā)明的目的在于提供無需成本較高的鍛造工序便能提高齒面抗承載性的燒結(jié)鏈輪及其制造方法。
就具有上述結(jié)構(gòu)的燒結(jié)鏈輪來說，由于鐵素體與空位相鄰，因此，通過在齒面進行滾軋加工等塑性加工，使鐵素體產(chǎn)生塑性變形并破壞齒面內(nèi)側(cè)的空位。因此，由于空位的體積減小且齒面附近的密度提高，所以在保持利用粉末冶金法的高精度齒面和低制造成本的同時，能夠提高齒面抗承載性。另外，由于在內(nèi)部基層中含有貝氏體，因此增強了基體強度和硬度。
為獲得上述金屬組成而必需上述成分。下面，對限定上述成分的理由進行說明。另外，在以下的說明中，“％”為“重量百分比”。
C0.2％-0.5％如果碳含量不足0.2％，則由于形成較少貝氏體，所以基體強度及硬度不夠高。另外，若碳含量超過0.5％，則由于鐵素體不夠多，因此在對齒面進行塑性加工時的密度提高變得不充分。由這個觀點出發(fā)，希望基層的鐵素體按面積比地至少有40％。
Mo，Ni0.2％-1.0％Ni及Mo在強化基層基體的同時，也提高了淬火性，從而有助于貝氏體的生成。若Ni及Mo的含量分別不足0.2％，則其效果不充分。另一方面，若Ni及Mo的含量分別超過1％，則易于析出馬氏體，以至強度降低。另外，在本發(fā)明中，不排除貝氏體和馬氏體共存的情況。
基層鐵素體最好按面積比地至少有40％，由此能夠進一步增大滾軋加工后的密度，從而提高齒面抗承載性。另外，最好在基層外側(cè)的最表層部上具有碳化物層，由此能夠提高耐磨損性。所述碳化物層是通過浸碳處理形成的。
本發(fā)明的燒結(jié)鏈輪的制造方法的特征在于，對鐵基燒結(jié)合金進行滾軋加工并隨后進行浸碳淬火，其中所述鐵基燒結(jié)合金含有C、Mo、Ni，其中C的重量百分比為0.2％-0.5％，Mo的重量百分比為0.2％-1.0％、Ni的重量百分比為0.2％-1.0％，其內(nèi)部基層含有鐵素體和貝氏體并且它表現(xiàn)出鐵素體與空位相鄰的金屬組織。
圖2(A)是表示滾軋加工后的鏈輪表面部的金屬組織的照片，(B)是表示鏈輪燒結(jié)后的金屬組織的照片，(C)是表示再次燒結(jié)后的金屬組織的照片。
圖3是表示滾軋加工裝置的照片。
圖4是表示同本發(fā)明鏈輪表面的距離和密度之間關(guān)系的圖表。
圖5是表示本發(fā)明鏈輪中的鐵素體率與密度之間關(guān)系的圖表。
圖6是表示本發(fā)明鏈輪中的鐵素體率與齒面抗承載極限之間關(guān)系的圖表。
圖7是表示本發(fā)明鏈輪中石墨添加量與鐵素體率之間關(guān)系的圖表。
圖8是表示本發(fā)明鏈輪的滾軋加工量與密度之間關(guān)系的圖表。
即，在燒結(jié)粉末壓實體時，石墨粉附近的鐵粉的碳濃度局部增加，由此鐵粉熔點降低并最先熔化，其會與石墨粉一起浸入顆粒間隙，從而在石墨顆粒所在處形成空位。而且，在石墨侵入之處，碳會擴散至鐵粉(鐵素體)內(nèi)，由于在該處的碳含量增加，所以在冷卻后會析出貝氏體。另一方面，可以推斷出，原來與石墨粉相鄰的鐵粉或其中一部分在未受到碳擴散時仍以鐵素體形式殘存著。但這完全是推測，當(dāng)然不應(yīng)通過該作用的有無來限制本發(fā)明。
在上述燒結(jié)鏈輪的制造方法中，通過滾軋加工使鏈輪產(chǎn)生塑性變形，以此破壞空位以提高密度。另外，通過浸碳淬火引起鐵原子擴散，使空位進一步收縮。因此，能夠提高燒結(jié)鏈輪表面的密度，從而進一步提高齒面抗承載性。而且，浸碳熱處理最好是在CO濃度大于1％的條件下進行的高濃度浸碳，由此能夠進一步提高齒面抗承載性。
圖2(A)是表示滾軋加工后的鏈輪表面部的金屬組織的照片，從圖2(A)中能夠較理想地判斷出壓迫空位的狀態(tài)。圖2(B)是表示在滾軋加工后在900℃下進行浸碳淬火的鏈輪表面部的金屬組織，與圖2(A)中的金屬組織相比，可以判斷出，通過浸碳淬火能夠幾乎完全堵塞了細長空位的中央部。圖2(C)是表示代替浸碳淬火在1130℃下進行再次燒結(jié)的鏈輪金屬組織的照片，其與浸碳淬火無太大的差別，仍然幾乎完全堵塞了細長空位的中央部。由此可判斷出，通過溫度低于再燒結(jié)的浸碳淬火，能夠充分使組織變得致密。
并且，在本發(fā)明的燒結(jié)鏈輪的制造方法中，基層中的鐵素體最好那面積比地至少有40％。另外，滾軋加工量最好為0.09mm-0.15mm，由此可以使表面部的密度達到最大限度。
實施例下面，參照本發(fā)明的實施例對本發(fā)明作更詳細的說明。
將由體積比為0.5％的Ni粉、體積比為0.5％的Mo粉、體積比為0.3％-0.6％的石墨粉、余量為鐵粉所組成的粉末制成鏈輪，在1150℃±20℃的大氣中燒結(jié)60分鐘。接著，利用圖3所示的滾軋加工裝置，以0.09mm的滾軋加工量對鏈輪進行滾軋加工。圖中標(biāo)號1為鏈輪，2為沖模，在沖模2的外周面上形成與鏈輪相等的齒。隨后，在兩個沖模之間插入鏈輪1，通過使沖模2轉(zhuǎn)動來壓縮鏈輪齒面，從而形成按照規(guī)定的齒形。并且，滾軋加工量是指沿與鏈輪齒面正交的方向的壓下量。在表1中給出了各鏈輪的石墨添加量(體積％)、碳含量(重量％)、成形密度、表面硬度、基體硬度以及鐵素體的面積率。另外，分別設(shè)定同表面的距離地測定各鏈輪滾軋加工后的密度。其結(jié)果如表2和表1所示。
表1
表2
如由圖4中判斷出的那樣，若通過滾軋加工增加密度，則鐵素體的面積率(鐵素體率)增大，那么經(jīng)較大程度的滾軋加工后的密度提高。這是因為與空位鄰接的鐵素體產(chǎn)生塑性變形并從而破壞空位。圖5表示鐵素體率和在同表面相距0.2mm部分處的密度之間的關(guān)系。從該圖可判斷出，若鐵素體率至少為40％，則表層部能獲得至少為7.5g/cm3的密度。
接著，對上述鏈輪進行浸碳淬火。浸碳淬火是在將鏈輪保持在CO濃度為0.8％的900℃氣氛中60分鐘的常規(guī)浸碳以及使CO濃度升至1.2％而進行的高濃度浸碳的兩種條件下進行的。接著，調(diào)節(jié)各鏈輪密度與齒面抗承載極限之間的關(guān)系，其結(jié)果如圖6所示。此處，齒面抗承載極限為將在鏈輪齒面上施加壓力以產(chǎn)生變形時的壓力代入赫茲公式中獲得的值，以稱為凹痕或壓曲的疲勞破壞表示產(chǎn)生的齒面抗承載性。即在齒面抗承載極限下使用時，就意味著會產(chǎn)生凹痕或壓曲，齒面抗承載極限越大，所述齒面抗承載性越好。凹痕為鏈輪齒面剝落的疲勞破壞，壓曲為齒面凹入的疲勞破壞。如圖6所示，隨著鏈輪密度的提高，齒面抗承載極限也會提高。另外，如圖6所示，若密度為7.5g/cm3或更高，則齒面抗承載極限會急劇增加。特別是，在本實施例的鏈輪中，由于密度最大為7.8g/cm3，因此在實施了常規(guī)浸碳淬火的鏈輪中，齒面抗承載極限會達到180kgf/mm2，而在實施了高濃度浸碳淬火的鏈輪中，齒面抗承載極限會達到220kgf/mm2。
如上所述，若鐵素體率至少為40％，那么密度則會達到7.5g/cm3以上，從而齒面抗承載極限大幅度增加。在圖7中示出了石墨添加量與鐵素體率的關(guān)系。如圖7所示，若石墨粉添加量(體積％)不大于0.38％，則鐵素體率至少為40％。因此，希望石墨粉末添加量按體積百分比地不大于0.38％。石墨粉添加量的體積百分比最好不大于0.3％，由此能夠使鐵素體率至少為50％。
下面，圖8示出了鏈輪滾軋加工量與密度之間的關(guān)系。如圖8所示，鏈輪表面密度在滾軋加工量為0.09mm-0.15mm時達到最大。另外，即使?jié)L軋加工量超過0.15mm，也不希望密度增加超過圖8所示的最大值，另外，還可以確定的是，因沖模負荷較高，使用壽命會降低。
如上所述，本發(fā)明能夠獲得的效果是，由于內(nèi)部基層含有鐵素體和貝氏體并且表現(xiàn)出鐵素體與空位相鄰的金屬組織，因此無需使用成本高的鍛造工序，就能提高齒面抗承載性。
權(quán)利要求
1.一種燒結(jié)鏈輪，其特征在于它由含有C、Mo、Ni的鐵基燒結(jié)合金構(gòu)成，其中碳的重量百分比為0.2％-0.5％，Mo的重量百分比為0.2％-1.0％、Ni的重量百分比為0.2％-1.0％，其內(nèi)部基層含有鐵素體和貝氏體并且它顯示出鐵素體與空位相鄰的金屬組織。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)鏈輪，其特征在于所述基層的鐵素體按面積比地至少有40％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燒結(jié)鏈輪，其特征在于在所述基層外側(cè)的最表層部上有碳化物層。
4.一種燒結(jié)鏈輪的制造方法，其特征在于對這樣的鐵基燒結(jié)合金進行滾軋加工并隨后進行浸碳淬火，即所述鐵基燒結(jié)合金含有C、Mo、Ni，其中碳的重量百分比為0.2％-0.5％，Mo的重量百分比為0.2％-1.0％、Ni的重量百分比為0.2％-1.0％，其內(nèi)部基層含有鐵素體和貝氏體并且它表現(xiàn)出鐵素體與空位相鄰的金屬組織。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燒結(jié)鏈輪的制造方法，其特征在于所述基層的鐵素體按面積比地至少有40％。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的燒結(jié)鏈輪的制造方法，其特征在于所述滾軋加工量為0.09mm-0.15mm。
全文摘要
本發(fā)明提供了無需鍛造工序便能提高齒面抗承載性的燒結(jié)鏈輪。對這樣的鐵基燒結(jié)合金進行滾軋加工并隨后進行浸碳淬火，即所述鐵基燒結(jié)合金含有C、Mo、Ni，其中C的重量百分比為0.2％－0.5％，Mo的重量百分比為0.2％－1.0％、Ni的重量百分比為0.2％－1.0％，其內(nèi)部基層含有鐵素體和貝氏體并且它表現(xiàn)出鐵素體與空位相鄰的金屬組織。
文檔編號C22C38/00GK1394238SQ01803304
公開日2003年1月29日 申請日期2001年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月25日
發(fā)明者藤原昭 申請人:本田技研工業(yè)株式會社