CN103635717B - 驱动板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

板部(10)和齿形部(2)由一张钢板原料一体成形。在板部(10)以及齿形部(2)的表层的整个面上形成有碳浓度比厚度方向中央部的碳浓度高的渗碳层(15、25)。板部(10)的渗碳层(15)的硬度比厚度方向中央部(17)的硬度高，且齿形部(2)的渗碳层(25)进行了淬火处理，从而齿形部(2)的渗碳层(25)的硬度比板部(10)的渗碳层(15)的硬度更高。板部(10)以及齿形部(2)的厚度方向中央部(17、27)的碳浓度为0.2质量％以下，渗碳层(15、25)的碳浓度超过0.2质量％。

Description

驱动板及其制造方法
技术领域
本发明涉及驱动板及其制造方法。
背景技术
作为向车辆等的发动机传递起动马达的旋转力的构件，例如使用驱动板。驱动板具有：板部，其固定在发动机的旋转轴上；齿形部，其设置在板部的外周端上，与起动马达的齿轮相卡合。另外，在就有自动变速器的车辆中，在连接发动机的旋转轴和自动变速器的旋转轴时也利用驱动板。
作为驱动板的制造方法，已知将所述板部和齿形部分别单独制造，最终将两者接合的方法(参照专利文献1)。另一方面，将制造工序的合理化作为目的，也提出了将所述的板部和齿形部由一张板材一体成形的方案(参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010－291419号公报
专利文献2：日本特开2002－286117号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，以往的由一张板材一体成形而成的驱动板，由于最终对齿形部进行淬火处理的关系，需要使用碳浓度超过0.3质量％的钢板作为材料。另外，由于这样的钢板的材料强度比一般的碳含量比较低的冲压用钢板的材料强度高，因此在通过冲压成形来形成板部以及齿形部时，需要昂贵的高负载的冲压装置。因此，使设备投资成本上升，从而难以使产品成本充分降低。
另一方面，近几年对驱动板要求的性能比以往更严格，需要齿形部的硬度比以往的硬度更高。为了应对所述齿形部的高硬度化要求，需要采用碳浓度高的材料。但是，这样会使冲压成形性进一步恶化而导致制造成本上升。
本发明是基于该背景提出的，其目的在于提供一种能够使齿形部实现高硬度化又能够降低制造成本的驱动板及其制造方法。
用于解决问题的手段
本发明的一个技术方案的驱动板，其特征在于，具有圆盘状的板部和形成在该板部的外周端上的齿形部；所述板部和所述齿形部由一张钢板原料一体成形；在所述板部以及所述齿形部的表层的整个面上形成有碳浓度比厚度方向中央部的碳浓度高的渗碳层；所述板部的所述渗碳层的硬度比厚度方向中央部的硬度高；所述齿形部的所述渗碳层进行了淬火处理，从而所述齿形部的所述渗碳层的硬度比所述板部的所述渗碳层的硬度更高，所述板部的厚度方向中央部的组织是铁氧体组织，所述板部的所述渗碳层的组织是珠光体组织，所述齿形部的所述渗碳层的组织是马氏体组织。
本发明的其它技术方案的驱动板的制造方法，为用于制造驱动板的方法，其特征在于，包括：成形工序，通过对从一张钢板原料冲切而得的坯件进行冲压加工，得到一体具有圆盘状的板部和形成在该板部的外周端的齿形部的成形品；渗碳工序，将所述成形品在渗碳环境气体中加热至奥氏体化温度以上，从而在所述板部以及所述齿形部的表层的整个面形成碳浓度比厚度方向中央部的碳浓度高的渗碳层；冷却工序，接着该渗碳工序，以小于发生马氏体相变的冷却速度的冷却速度对所述成形品进行冷却，并且对所述成形品冷却到因冷却而引起的组织相变结束的温度以下为止，使所述板部的厚度方向中央部变成铁氧体组织，所述板部的所述渗碳层变成珠光体组织；淬火工序，通过高密度能量将所述齿形部加热至奥氏体区域之后，以发生马氏体相变的冷却速度以上的冷却速度对所述齿形部进行冷却，使所述齿形部的所述渗碳层形成马氏体组织。
发明的效果
如上述那样，在所述驱动板的板部以及齿形部的表层的整个面上形成有碳浓度比厚度方向中央部的碳浓度高的渗碳层。因此，在所述板部中，能够将被渗碳层夹着的厚度方向中央部的碳浓度设定成比以往低。并且，在由该低碳区域维持高的韧性的基础上，能够得到因表面的渗碳层而强度变高的部位，使整体拉深强度提高的结构。因此，所述驱动板的板部，与以往的不具有渗碳层的高碳钢构成的板部相比，能够实现拉深强度为以往的同等程度以上的强度特性。
另外，由于对所述齿形部的渗碳层实施了淬火处理，因此所述齿形部具有硬度比板部的渗碳层的硬度更高的表面层。另外，由于齿形部的厚度方向中央部能够维持低碳状态，因此处于韧性高的状态。通过这样的结构，就所述齿形部的特性而言，与以往的驱动板相比，能够提高表面硬度，并且能够提高韧性，从而具有高的耐冲击性。
另外，所述驱动板的板部和齿形部由一张钢板原料一体成形。在此，通过积极地采用形成有所述渗碳层的板部以及齿形部的结构，使钢板原料的碳量尽量少，从而与以往的一体成形品相比，能够使冲压成形性大幅度提高。由此，能够使制造工序合理化，由于因该合理化而引起的成本降低和钢板原料本身的成本降低，使得到的所述驱动板比以往更价格低。
接着，所述驱动板的制造方法至少包括所述成形工序、渗碳工序、冷却工序以及淬火工序。通过该制造方法，能够容易地制造所述的良好的驱动板。并且，在该制造方法中应该注意的一点是，所述渗碳工序之后，不紧接着进行淬火处理而实施所述特定的冷却工序。
在该冷却工序中，以小于发生马氏体相变的冷却速度的冷却速度对所述成形品进行冷却，并且对所述成形品冷却到因冷却而引起的组织相变结束的温度以下为止。由此，能够尽量抑制在渗碳处理后的所述成形品上产生冷却时的热变形的情况。
而且，在之后的所述淬火工序中，利用高密度能量来对所述齿形部进行局部淬火处理。由此，能够抑制在所述成形品(驱动板)上产生的热变形。因此，根据本制造方法得到的驱动板，产生的热变形少且尺寸精度良好。
附图说明
图1是示出第一实施例中的坯件的侧视图。
图2是示出第一实施例中的驱动板的侧视图。
图3是第一实施例中的驱动板的剖视图(沿着图2的A－A线剖切的剖视图)。
图4是示出第一实施例中的驱动板内部组织的状态的说明图。
图5是示出第一实施例中的驱动板的使用例的说明图。
图6是示出第一比较例中的驱动板内部组织的状态的说明图。
图7是示出第二比较例中的驱动板内部组织的状态的说明图。
具体实施方式
所述驱动板能够采用如下的结构，即，所述板部以及所述齿形部的厚度方向中央部的碳浓度为0.2质量％以下，所述渗碳层的碳浓度超过0.2质量％。即，能够使钢板原料的碳浓度为0.2质量％以下，由此，使制造时的冲压成形性更可靠地提高。另外，渗碳层的碳浓度能够通过渗碳处理的条件来进行调整，但是使渗碳层的碳浓度至少比厚度方向中央部的碳浓度高。为了使板部的强度适度提高且使齿形部的淬火特性提高，渗碳层的碳浓度，优选为0.3质量％以上，更优选为0.4质量％以上。此外，为了防止过渗碳，优选渗碳层的碳浓度的上限为0.9质量％。
另外，能够采用如下的结构，即，所述板部的厚度方向中央部的组织是铁氧体组织，所述板部的所述渗碳层的组织是珠光体组织，所述齿形部的所述渗碳层的组织是马氏体组织。通过采用这样的内部组织结构，能够容易地得到适于板部以及齿形部的韧性和强度。
另外，能够采用所述齿形部的表面维氏硬度为700以上的结构。即，如上述那样，由于齿形部形成有渗碳层，因此既能够使所述驱动板为一体成形品，又能够在不降低成形性的基础上比较容易地使齿形部的表面硬度提高。因此，通过调整渗碳层的碳浓度以及淬火条件，能够使所述驱动板的表面硬度比以往的一体成形品的平均的维氏硬度500～650提高很多。
另外，在所述驱动板的制造方法中，能够使所述钢板原料的碳浓度为0.2质量％以下。即，如上述那样，至少能够通过进行所述的渗碳工序、冷却工序以及淬火工序来提高强度特性，因此能够将钢板原料的强度设定得低一些。并且，通过使钢板原料的碳浓度为0.2质量％以下，使成形工序中的冲压加工性提高，能够使冲压装置小型化以及设备减少，并且能够实现其它工序合理化。
另外，作为用于实施所述成形工序的冲压装置，例如能够使用排列多个金属模具来一边使成形品移动一边实施多个加工工序的传递冲压装置。另外，也能够开发双动冲压装置，来通过一次冲压来实施多个加工工序。
另外，优选所述渗碳工序在氧浓度比大气的氧浓度低的低氧渗碳环境气体中进行。作为具体的方法，例如存在如下的方法，即，在以压力降低得比大气压的压力低的减压状态下的渗碳环境气体中进行。即，采用减压渗碳工序是有效的。在减压渗碳工序中，能够一边使高温的渗碳炉的内部维持减压状态一边通过比较少量的渗碳气体来进行渗碳处理，因此能够比以往更高效地进行渗碳处理。另外，不需要使用了以往的大型的热处理炉的长时间的加热处理，因此能够缩短处理时间、减少消耗能量，而且能够使渗碳淬火设备变小。
另外，通过采用减压渗碳，在渗碳工序中，相对大气压对渗碳环境气体进行减压，由此能够将环境气体中的氧量抑制得低。由此能够防止渗碳层的界面氧化。
另外，作为在氧浓度比大气的氧浓度低的渗碳环境气体中进行的渗碳方法，并不限定于所述的减压渗碳方法，例如还能够采用如下的方法，即，在不对环境气体进行减压，而通过填充氮气或非活性气体，来将环境气体中的氧量抑制得低，由此防止渗碳层界面氧化。
所述减压渗碳也可以是真空渗碳，真空渗碳是对炉内的环境气体进行减压并将烃类气体直接导入炉内作为渗碳气体的渗碳处理。减压渗碳处理通常包括如下过程：渗碳期，在渗碳气体与钢的表面接触时分解而产生的活性的碳，在钢的表面上变为碳化物来蓄积在钢中；扩散期，碳化物进行分解，所蓄积的碳溶解于基体中并朝向内部扩散。此外，碳的供给途径并不限定于经由碳化物的途径，也存在经过直接溶解于基体中的途径。
另外，优选所述渗碳工序在1～100hPa的减压条件下进行。在采用减压渗碳工序的情况下，可能产生如下的问题，即，在渗碳时的减压为小于1hPa的情况下，为了维持真空度而需要昂贵的设备。另一方面，可能产生如下的问题，即，在减压条件超过100hPa的情况下，在渗碳中产生碳黑，渗碳浓度不均匀。
另外，作为所述渗碳气体，例如能够应用乙炔、丙烷、丁烷、甲烷、乙烯、乙烷等烃类气体。
另外，作为在所述淬火工序中作为热源的所述高密度能量，例如存在电子束、激光束等高密度能量束，另外，存在不是束但能够进行高频加热等的高密度能量。通过利用高密度能量，能够进行短时间加热，并且能够进行局部加热。
实施例
(第一实施例)
利用图1至图5，对于驱动板及其制造方法的实施例进行说明。
如图2所示，本例的驱动板1是具有圆盘状的板部10和形成在板部10的外周端的齿形部2的车辆用的驱动板。如图5所示，该驱动板1的板部10配置在汽车的发动机81和自动变速器82之间，在该板部10上连接发动机81和自动变速器82来使用。另外，在驱动板1的外周部的齿形部2附近配置有起动马达83，起动马达83的齿轮部831与所述齿形部2适当地进行卡合。
如图1至图3所示，驱动板1的板部10和齿形部2由一张钢板原料(坯件19)一体成形。另外，如图4所示，在板部10以及齿形部2的表层的整个面上形成有渗碳层15、25，该渗碳层15、25的碳浓度比板部10以及齿形部2的厚度方向中央部的碳浓度高。板部10中的渗碳层15虽然没有进行淬火处理，但是其硬度比厚度方向中央部17的硬度高。且，齿形部2中的渗碳层25进行了淬火处理，硬度比板部10的渗碳层15的硬度还高。通过组织观察可知，板部10的厚度方向中央部17的组织是铁氧体(ferrite)组织F，板部10的渗碳层15的组织是珠光体(pearlite)组织P，齿形部2中的渗碳层25的组织是马氏体(martensite)组织M，齿形部2的厚度方向中央部27的组织是马氏体、贝氏体(bainite)、铁氧体、珠光体的混合组织(MBFP)。即，当观察渗碳层时得知，板部10中的渗碳层15不包括马氏体组织M，而齿型部2中的渗碳层25为马氏体组织M。
在制造该驱动板1时，首先，通过对从一张钢板原料中冲切而得的坯件19进行冲压加工，实施得到一体成形有圆盘状的板部和形成在该板部的外周端的齿形部的成形品的成形工序。作为钢板原料，使用了碳浓度为0.1质量％左右的材料(材质SPH370)。坯件19呈在中央形成有矩形的定位孔190的圆盘形状，以该定位孔190为基准，实施多次加工。在本例中，使用新开发的双动冲压装置(省略图示)，由一次冲压进行多个加工工序。得到的成形品(驱动板)1一体成形有：圆盘状的板部10，其具有多个贯通孔12；齿形部2，其具有朝向外侧形成的多个齿部21。
接着，对该成形品1实施包括渗碳工序、冷却工序以及淬火工序的热处理。对成形品1实施的热处理，利用如下的热处理设备(省略图示)来实施，即，该热处理设备具有：加热室；具有减压渗碳室以及减压缓冷却室的减压渗碳缓冷却装置；高频淬火机。
在所述渗碳工序中，在渗碳环境气体中，将成形品1加热至奥氏体化温度以上，从而在板部10以及齿形部2的表层的整个面上形成碳浓度比厚度方向中央部的碳浓度高的渗碳层。具体地说，在将成形品1加热至奥氏体化温度以上的保持温度之后，在减压渗碳环境气体中保持，从而进行渗碳期以及扩散期的处理。就此时的减压渗碳环境气体而言，将减压度设为1～3.5hPa，并且作为渗碳气体使用了乙炔。另外，本例的渗碳工序的条件，将距得到的成形品1的表层的渗碳层的表层的深度500μm的部分的碳浓度变为超过0.2质量％的0.3质量％设定为目标。
减压渗碳处理的扩散期结束之后，接着实施冷却工序，在该冷却工序中，以小于进行马氏体相变的冷却速度的冷却速度，将成形品1冷却到因冷却而发生的组织相变结束的温度以下为止。在本例中，作为冷却工序，采用减压缓冷工序，设其减压条件为600hPa。另外，设冷却环境气体为氮(N2)。另外，减压缓冷工序的冷却速度具有如下的条件，即，从刚刚进行渗碳处理之后的奥氏体化温度以上的温度变为比A1相变点低的150℃的温度为止，冷却速度处于0.1～3.0℃/秒的范围内。此外，这里表示的渗碳工序以及冷却工序的加热模式以及条件为一个例子，能够适当地通过预备试验等，变更为最适合于成形品1的材质的条件。
在冷却工序之后实施淬火工序，在该淬火工序中，通过高密度能量将齿形部2加热至奥氏体区域之后，以发生马氏体相变的冷却速度以上的冷却速度进行冷却。在本例中，作为所述淬火工序的加热方法采用高频加热，作为急冷方法，采用了将冷却水喷设到加热部分的水冷。水冷用的冷却水可以是通常的水即可，但是也能够使用含有防淬裂剂的冷却水。此外，该淬火工序的加热模式以及条件也能够适当地通过预备试验等，来变更为最适合于成形品1的材质的条件。
在所述淬火工序之后，经过精加工的机械加工、涂敷防锈油、各种试验等其他工序，得到作为产品的驱动板1。得到的驱动板1，如所述那样，在板部10以及齿形部2的表层的整个面上形成有碳浓度比厚度方向中央部的碳浓度高的渗碳层15、25。因此，在板部10中，能够将被渗碳层15夹持的厚度方向中央部17的碳浓度设定得比以往低。并且，在由该低碳区域维持高的韧性的基础上，能够得到通过表面的渗碳层15而实现高强度的部位使整体拉深强度提高的结构。因此，驱动板1的板部10，与后述的第一比较例所表示的由以往的不具有渗碳层的高碳钢构成的驱动板91的板部910相比，能够实现耐冲击性更高且拉深强度为以往的同等以上的强度特性。
另外，由于对驱动板1的齿形部2的渗碳层25实施了淬火处理，因此齿形部2具有硬度比板部10的渗碳层15的硬度更高的表面层。另外，由于齿形部2的厚度方向中央部27能够维持低碳状态，因此处于韧性高的状态。通过这样的结构，齿形部2的特性为，与以往的驱动板91相比，能够提高表面硬度，并且能够提高韧性，从而能够具有高的耐久性。
另外，驱动板1的板部10和齿形部2由一张钢板原料一体成形。在此，通过积极地采用形成有渗碳层15、25的板部10以及齿形部2的结构，使钢板原料的碳量尽量变少，从而与以往的一体成形品相比能够使冲压成形性大幅度提高。由此，能够使制造工序合理化，通过该合理化而引起的成本降低和钢板原料本身的成本降低，使得到的所述驱动板的成本也比以往降低。
另外，在本例的驱动板1的制造方法中，至少包括所述成形工序、渗碳工序、冷却工序以及淬火工序。通过该制造方法来进行制造，不仅能够得到所述良好的机械特性，而且能够得到热变形产生少且尺寸精度良好的驱动板1。
即，在所述制造方法中，接着渗碳工序，不紧接着进行淬火处理而实施所述特定的冷却工序。该冷却工序，如所述那样，以小于发生马氏体相变的冷却速度的冷却速度，且到因冷却而引起的组织相变结束的温度以下为止，对成形品(驱动板)1进行冷却。由此，能够尽量抑制在渗碳处理后的成形品1上产生冷却时的热变形的情况。
而且，在之后的所述淬火工序中，利用高密度能量来对齿形部2进行局部淬火处理。由此，能够抑制在成形品(驱动板)1上产生的热变形和组织相变变形。因此，得到的驱动板1的因热处理而引起的变形少且尺寸精度良好。
接着，为了定量地评价第一实施例的驱动板1的良好的特性，准备如下的作为两种比较例(第一比较例、第二比较例)的驱动板91、92，进行了各种试验。
(第一比较例)
第一比较例的驱动板91，利用碳浓度为0.32～0.38质量％的钢板原料(材质S35C)，通过冲压成形一体成形板部910和形成在板部910的外周端的齿形部912。对齿形部912实施与第一实施例相同的高频淬火。此外，无论在哪个部位都没有形成使碳浓度比其它部位的碳浓度高的渗碳层。如图6所示那样，在观察第一比较例的驱动板91的截面组织的结果，板部910的整体为铁氧体-珠光体组织FP，齿形部912的大致整体为马氏体组织M。
(第二比较例)
第二比较例的驱动板92是将板部920和齿形部922由不同的材料分别形成，最终将两者在焊接部929焊接接合而成的。驱动板92的板部920是利用碳浓度为0.09质量％左右的钢板原料(材质SPH440)且通过冲压成形来形成的。齿形部922是利用碳浓度为0.45～0.51质量％的钢材料(材质S48C)形成为环状之后，切削加工外周部的齿轮形状来制造的。将该齿形部922的内周侧以焊接的方式焊接接合在板部920的外周端上，并且实施与第一实施例相同的高频淬火处理。此外，无论在哪个部位也没有形成使碳浓度比其它部位的碳浓度高的渗碳层。如图7所示那样，在观察第二比较例的驱动板92的截面组织的结果，板部920的整体为铁氧体组织F，齿形部922的大致整体为马氏体组织M。其中，圆周上的焊接部929附近，由于焊接时的热影响而成为回火马氏体，从而导致硬度降低。
(试验例)
作为试验，首先，进行了测定第一实施例、第一比较例以及第二比较例的各驱动板1、91、92中的齿形部2、912、922的表面硬度的试验。测定的结果得知，第一比较例的齿形部912的维氏硬度处于500～650的范围，第二比较例的齿形部922的维氏硬度为700，而第一实施例的齿形部2的维氏硬度为750，从而表现出非常良好的硬度特性。
接着，进行了测定第一实施例、第一比较例以及第二比较例的各驱动板1、91、92中的板部10、910、920的截面硬度的试验。测定的结果，第一比较例的板部910的维氏硬度为150，第二比较例的板部920的维氏硬度为160，而第一实施例的板部10的厚度方向中央部17的维氏硬度为130，距渗碳层15的表层200μm的深度的部位的维氏硬度处于150～200的范围。
接着，进行了求出第一实施例、第一比较例以及第二比较例的各驱动板1、91、92中的板部10、910、920的部位的拉深强度的试验。测定的结果，在将第二比较例的驱动板92中的板部920的部位的拉深强度作为基准值的情况下，第一比较例的驱动板91中的板部910的部位的拉深强度为基准值的1.1倍，第一实施例的驱动板1中的板部10的部位的拉深强度为基准值的1.2倍。
根据上面的各试验的结果得知，第一实施例的驱动板1的特性整体上比第一比较例、第二比较例的驱动板更好。
接着，对于在制造各驱动板的情况下的成本进行了考察。在对于包括材料成本的制造成本比较之后得知，在将第二比较例的驱动板92的制造成本作为基准时，第一比较例的驱动板91的制造成本能够减少，第一实施例的驱动板1的制造成本能够比第一比较例的成本减少更多。
接着，对于形成第一实施例的驱动板1以及第一比较例的驱动板91时的冲压成形负载进行了比较。结果得知，在将形成第一比较例的驱动板91时的冲压负载作为基准时，第一实施例的驱动板1的冲压负载能够减小20％。

Claims (6)

1.一种驱动板，其特征在于，
具有圆盘状的板部和形成在该板部的外周端上的齿形部，
所述板部和所述齿形部由一张钢板原料一体成形，
在所述板部以及所述齿形部的表层的整个面上形成有碳浓度比厚度方向中央部的碳浓度高的渗碳层，
所述板部的所述渗碳层的硬度比厚度方向中央部的硬度高，
所述齿形部的所述渗碳层进行了淬火处理，从而所述齿形部的所述渗碳层的硬度比所述板部的所述渗碳层的硬度更高，
所述板部的厚度方向中央部的组织是铁氧体组织，
所述板部的所述渗碳层的组织是珠光体组织，
所述齿形部的所述渗碳层的组织是马氏体组织。
2.根据权利要求1所述的驱动板，其特征在于，所述板部以及所述齿形部的厚度方向中央部的碳浓度为0.2质量％以下，所述板部以及所述齿形部的所述渗碳层的碳浓度超过0.2质量％。
3.根据权利要求1或2所述的驱动板，其特征在于，所述齿形部的表面维氏硬度为700以上。
4.一种驱动板的制造方法，为用于制造驱动板的方法，其特征在于，
包括：
成形工序，通过对从一张钢板原料冲切而得的坯件进行冲压加工，得到一体具有圆盘状的板部和形成在该板部的外周端的齿形部的成形品；
渗碳工序，将所述成形品在渗碳环境气体中加热至奥氏体化温度以上，从而在所述板部以及所述齿形部的表层的整个面形成碳浓度比厚度方向中央部的碳浓度高的渗碳层；
冷却工序，接着该渗碳工序，以小于发生马氏体相变的冷却速度的冷却速度对所述成形品进行冷却，并且对所述成形品冷却到因冷却而引起的组织相变结束的温度以下为止，使所述板部的厚度方向中央部变成铁氧体组织，所述板部的所述渗碳层变成珠光体组织；
淬火工序，通过高密度能量将所述齿形部加热至奥氏体区域之后，以发生马氏体相变的冷却速度以上的冷却速度对所述齿形部进行冷却，使所述齿形部的所述渗碳层形成马氏体组织。
5.根据权利要求4所述的驱动板的制造方法，其特征在于，
所述钢板原料的碳浓度为0.2质量％以下。
6.根据权利要求4或5所述的驱动板的制造方法，其特征在于，所述渗碳工序在氧浓度比大气的氧浓度低的低氧渗碳环境气体中进行。
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