CN103339267A - 用于传动带金属环构件的生产方法的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种金属环(14)生产方法中的热处理方法，该金属环用于传动带(1)，其中环(14)在数百度的温度下在含有氨的气氛下处理，在该热处理步骤中，组合使用了环(14)材料的时效热处理和氮化。根据本发明，在这种组合方法中，工艺气体气氛的温度逐渐降低和/或工艺气体中的氨含量逐渐增加。

Description

用于传动带金属环构件的生产方法的热处理方法
技术领域
本发明涉及一种金属环的生产方法，该金属环在传动带(drive belt)中使用，更具体地涉及其热处理方法部分，如权利要求1主题限定的那样。该传动带典型地作为在主要用于机动车辆中的已知的连续可变传输的两个可调节滑轮(adjustable pulley)之间的动力传输的装置。
背景技术
传动带的一种已知的形式在EP-A-1403551中进行了详细描述，并且其由多个相对较薄的横向金属元件构成，该横向金属元件可滑动地结合在两个层叠的环形拉伸装置上，该装置的每个均由一组相互嵌套的平金属环构成，选择性地指示为环形带或者环。所述环典型地由沉淀硬化钢生产，例如马氏体时效钢，其具有极大的拉伸强度和良好的抗张应力和抗挠曲疲劳性，并具有相对有利的可能性来处理钢的薄板材料至最终产品环所需的形状和材料性能，其优选地不会沿着环的圆周变化。本发明特别涉及具有如下基本组成的马氏体时效钢合金的范围：17-19质量％的镍，4-6质量％的钼，8-18质量％的钴，可能含有少量的其它合金化元素(例如少于1质量％的钛)和/或杂质及余量的铁。
这些所需的材料性质包括，环芯部材料的良好硬度和环的极其硬的外表面层，所述环芯部材料的良好硬度用于与极大的拉伸强度以及足够的弹性性质配合从而允许环的纵向弯曲，所述环的极其硬的外表面层提供耐磨性。另外，外表面层具有残余压应力从而提供了高的抗金属疲劳性，这是环的重要特性，这是由于在皮带的使用寿命期间，在环上施加了众多的载荷次数和弯曲循环。
这种环的已知生产方法的基本要点已经成为本领域的公知常识，并且例如在欧洲专利公开EP-A-1753889中公开。该环由薄板基体材料(sheet basematerial)形成，所述薄板基体材料被弯曲和焊接成圆筒形或者管，其进行了热处理，即退火，从而恢复原始材料性能，即最大程度地消除由弯曲和焊接引入的改变。该管然后切割为多个环体(hoop)，该环体然后进行轧制和延伸至所需厚度，其在最终产品中典型地为约0.185mm。在轧制后，环体通常成为环(ring)或带(band)。该环进行下一步退火步骤，从而除去在轧制过程中引入的内应力。随后，该环进行校准，即，将其围绕两个旋转辊安装，然后将其拉伸至预定的圆周长度。
最后根据EP-A-1753889，在含氨工艺气体气氛中，该环进行热处理方法，其同时包括如下两者即将如下两者结合：沉淀硬化(时效或芯部硬化)和气体软氮化的(插入氮原子进行的表面硬化(case hardening))热处理。该已知的组合方法在含10体积％或更高氨气的气氛中在440至480摄氏度的温度下持续45-65分钟。
已知的组合热处理方法相对于更传统、连续的热处理方法例如在EP-A-1055738中所描述的方法来说更划算，但是其还包括缺点，即其更加难以控制。具体地，已经发现利用组合热处理方法更加难以达到传动带中环所需的材料性质，至少是难以可靠地和/或批量地达到传动带中环所需的材料性质。更具体地，已经发现利用该组合的热处理方法，在其外表面上或外表面附近，在环的疲劳强度方面，环的微观结构常常未能达到最优。
发明内容
基于以下理解，即由此生产的传动带环传动带具有与利用时效和氮化的连续热处理方法生产的传动带环至少相似和优选甚至超过其的疲劳强度，本发明旨在改进典型的组合热处理方法。
根据本发明，上述目的可以利用下面给出的权利要求1的改良的组合热处理方法来实现。根据本发明，在该组合的热处理方法中，温度随着该组合方法的进行逐渐降低。
通过该方法，在组合热处理方法的早期阶段实现了该目的，因而当该方法温度仍然相对较高时，环的时效(ageing)是比较强烈的，即以比较高的速度发生，然而，环的氮化完全不受影响，即以或多或少的稳定速度发生。由于温度随着该组合方法进行而降低，从而环的时效过程减缓，避免了过时效。另外，环的氮化主要仅发生在环的实质沉淀硬化已经发生后。本发明依靠于申请人的试验观察，与标准的组合热处理方法所获得的相比，所获得的微观组织使得环具有显著更高的疲劳强度。
根据本发明，所述目的还可以由权利要求7限定的改良的组合热处理方法实现。根据本发明，工艺气体中的氨含量随着该组合方法的进行逐渐增加。
通过该方法，在组合热处理方法的初期阶段额外实现了该目的：当氨浓度仍然相对较低的时候，环的氮化比较适度，即以比较低的速度进行，因而，环的时效几乎不受影响，即以较高或较低的稳定速度发生。由于氨浓度随着组合方法的进行而增加，环的氮化随之增强，然而，此时环的实质沉淀硬化已经发生。本发明依靠申请人的试验观察，与标准的组合热处理方法获得的相比，所获得的微观组织使得环具有显著更高的疲劳强度。假设在标准的组合热处理方法中，进入到马氏体时效钢合金的点阵中的氮不仅能够与合金元素反应形成沉淀物，而且能够在环的外表面附近形成氮化物化合物，不利的是，这将作为疲劳裂纹起始点。
优选地，当利用时效和氮化的组合方法生产时，同时应用上述的两种方法从而进一步增强本发明提高传动带环构件的疲劳强度的效果。在后者的情况中，在该组合方法期间，工艺气体气氛的温度优选地从480-520℃降低至400-440℃，同时供应给环的工艺气体中的氨气浓度优选地从0-6体积％增加至4-12体积％，优选仅混入氮气。
同样优选地，根据本发明，方法温度的降低和/或氨气浓度的增加(被控制到)持续到该方法持续的时间，即从开始到结束。同样优选地，所述降低和/或增加(被控制)的发生以基本上线性形式发生。具体地，从组合热处理方法的开始直到结束，在该方面有效的方法设定为所述温度从500℃至420℃的线性降低，和所述氨气浓度从2体积％至5体积％线性增加。
本发明的上述基本特征将通过实施例结合附图来进行说明。
附图说明
图1为本发明传动带以及应用该传动带的传动机构的示意图；
图2为在传动带中层叠的拉伸工具和横向元件相互定向方式的示意图；
图3形象地表示了金属环的已知制造方法，该金属环在传动带的环状拉伸工具中应用，该方法包括组合时效和氮化的工艺步骤。
图4图示了本发明的组合时效和氮化期间的工艺设定，以摄氏度计的温度T和在供应给环的工艺气体中的以体积％表示的氨气NH3浓度。
在附图中，已知的和新的制造方法的各自工艺步骤由罗马数字标识。
具体实施方式
图1示意性地图示了连续可变传动器(CVT，continuous variabletransmission)，其带有缠绕在两个滑轮4和5周围的传动带1，该带1由层叠的拉伸工具2制成，所述层叠的拉伸工具2由两组相互嵌套的环状薄且平的金属环14(参见图2)制成，或者表示为带14和横向元件3的基本连续阵列，或者表示为沿着拉伸工具2的圆周安装并且可以沿着那里自由滑动的横向元件3。所述连续可变传动器本身是已知的。
图2描述了横向元件3的前视图和层叠的拉伸工具2的横截面。该横向元件3侧向地图示了侧面6，通过该侧面其停留在传动或驱动滑轮的一个槽轮(sheave)的锥形面上。拉伸工具2的环14由高质量钢例如马氏体时效钢生产。环14的典型厚度为0.15-0.25mm，典型地宽度为8-35mm，典型地圆周长度为500-1000mm。
图3图示了上述带1用已知生产方法的相关部分，特别用于环14，如从早些年开始的金属推进带中生产的。在第一步骤I中，基础材料11的板被弯曲成圆柱形，因此相互碰头的板端12在第二工艺步骤II中被焊接到一起从而形成管13。在工艺的第三步骤III中，管13在不超过800℃的温度下在惰性环境中退火，例如在真空或者主要由氮气N2构成的气氛中退火。随后，在第四步骤IV中，管13被切割为多个环体14，其随后进行-步骤V-轧制并拉伸至一定厚度。在轧制后，环体14通常被称为环14或者带14。该环14进行进一步的退火处理步骤VI从而除去由轧制带来的内部应力。随后，在第七工艺步骤VII，该环14被校准，即其围绕两个旋转轧辊安装，并被拉长至预定的圆周长度。在该第七工艺步骤VII中，同样内应力分布会被引入环14中，其限定了各自环14的所谓卷边半径。
最后，在已知生产方法的第八步骤VIII中，在环芯部硬化或时效和环表面硬化或气体软氮化法氮化的组合热处理方法步骤中，环14在460℃下进行热处理60分钟。在该实施例中，工艺气氛主要由惰性气体组成，即氮气“N2”，但还包括10体积％的氨气“NH3”。
由多个经过处理的环14，通过将多个该选定的环14嵌套形成拉伸工具2，即一个绕着另一个同心放置环14，如图3中所示，因此，在拉伸工具2的相邻环14之间仅允许微量的窜动或没有窜动(play)。
根据本发明，上述已知的生产方法，至少其中的组合热处理方法步骤可以通过如图4中图示、实施下述一种或两种方法显著地改进：
-在该组合方法期间，允许工艺气氛的温度逐渐降低或控制工艺气氛的温度逐渐降低(在示例性实施例中，在组合方法的开始从500℃开始，并在组合方法结束时降低至420℃)，
或者
-允许或控制工艺气体的氨浓度逐渐增加(在示例性实施例中，在组合方法的初期从2体积％开始，并在组合方法结束时增加至5体积％)，在该组合方法中，所述工艺气氛供应给环14，并额外优选地仅含有氮气。
根据本发明，该组合的时效和氮化的方法的新设定为进行如此处理的环提供了显著改良的疲劳强度，相应地提高了最终生产的传动带的疲劳强度。根据本发明，该良好的疲劳强度增加是由于下述影响，即在组合热处理方法的初期阶段，当氮原子还没有渗透到环材料中非常深的时候，实现了比较快速的、初期的沉淀生长。然而，在组合热处理方法的后期阶段，实现了几乎相反的效果，从而避免过时效，同时仍然保证了氮原子向环(表面)材料中的有效渗透。
优选地，例如为了避免过时效和/或所谓化合物层的形成，从开始到结束，该组合热处理方法持续了10-60分钟。
除了上述的内容和附图中所有未说明的然而对于本领域技术人员是直接和显而易见的内容之外，本发明还涉及权利要求书的所有细节。

Claims (10)

1.一种金属环(14)生产方法中的热处理方法，该金属环用于传动带(1)，其中环(14)在数百摄氏度的温度下在含氨气气氛中处理，其特征在于，在热处理方法期间，工艺气体气氛的温度被允许或者受控降低。
2.如权利要求1所述的热处理方法，其特征在于：在热处理方法期间，工艺气体气氛的温度逐渐从初始的480-520℃降低至最终的400-440℃。
3.如权利要求1或2所述的热处理方法，其特征在于：在热处理方法期间，工艺气体气氛的温度逐渐从热处理方法开始时的500℃逐渐降低至热处理方法结束时的420℃。
4.如权利要求1、2或3所述的热处理方法，其特征在于：温度的降低以基本上线性速度发生。
5.如上述一项或多项权利要求所述的热处理方法，其特征在于：在热处理方法期间，在供给环(14)的工艺气体中氨气的浓度是增加的。
6.如权利要求5所述的热处理方法，其特征在于：所述氨气浓度的增加以基本上线性速度发生。
7.一种金属环(14)生产方法中的热处理方法，该金属环用于传动带(1)，其中环(14)在数百摄氏度的温度下在含氨气气氛中处理，特别地，根据上述一项或多项权利要求，其特征在于：在热处理方法期间，在供给环(14)的工艺气体中氨气的浓度从初始的0-6体积％增加至最终的4-12体积％。
8.如权利要求7所述的热处理方法，其特征在于：在热处理方法期间，工艺气体中的氨气浓度从热处理方法开始时的2体积％逐渐增加至热处理方法结束时的5体积％。
9.如权利要求7或8所述的热处理方法，其特征在于：氨气浓度的增加以基本上线性速度发生。
10.如上述一项或多项权利要求所述的热处理方法，其特征在于：热处理方法从开始到结束持续10-60分钟。
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