CN104662328A - 链元件以及用于制造链元件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于连接至少两个链节(3)的链元件(2)，特别是链销(4)，其特征在于，该链元件具有通过至少一种用于将硼和钒扩散到链元件(2)的近表面区域中的措施形成的含硼和钒的边沿层(5)，其中，含硼和钒的边沿层(5)通过渗硼和随后的渗钒形成。

Description

链元件以及用于制造链元件的方法
技术领域
本申请涉及一种链元件，其构造为特别是使用在链传动装置中的链，或者构造为这种链的部件、例如链销，本申请还涉及制造这种链元件的方法。
背景技术
这种链元件例如用作链传动装置或相应的链传动装置的部件以传递力，并且应用在多种不同的技术领域中、例如机动车辆技术领域。
由于在链元件运行中占主导的高的机械应力，链元件通常由在机械上尤其能应变的钢形成。此外公知的是，链元件特别是在接触其他链元件或另外的构件的区域中，配设有影响机械特性的表面改性、特别是表面硬化，其可理解为耐磨损的并且相对腐蚀介质稳定的覆层。相应的表面改性、也就是说特别是特殊的边沿层的构造可以例如用于给形成链元件的基材在其表面区域中赋予改变的多种多样的特性。那么，例如可以为具有特定的强度和韧度的材料特别是钢配设有特别耐磨损且对腐蚀稳定的边沿层，并且因此有针对性地在其机械特性上进行改变。公知的用于对钢表面进行改性的方法，也就是说用于构造出相应的边沿层的方法例如为渗碳(碳化)处理、氮化处理和/或施加基于钛或钼的覆层。
然而，由于在相应的链元件的应用领域中的特别是磨损强烈并且可能还额外起腐蚀性作用的条件(这例如通过内燃机的燃烧残留物或润滑剂或润滑剂残留物的污染导致)，通过相应的过程构造出的边沿层针对稍后的应用经常是不令人满意的或者只是有条件地令人满意的。
发明内容
本发明的任务在于说明一种特别是在耐磨损性和防腐蚀性方面得到改进的链元件。
为了解决该任务，在开头提到类型的链元件的情况下规定，该链元件具有边沿层，该边沿层含有通过至少一种用于将硼(B)和钒(V)扩散到链元件的近表面区域中的措施形成的硼和钒，也就是说特别是硼钒化合物、例如VB和/或V2B。
根据本发明的链元件通过边沿层具有改进的特性分布，该边沿层通过至少一种用于将硼和钒扩散到链元件的近表面区域中的措施形成的硼和钒形成。通过构造出含硼和钒的边沿层，根据本发明的链元件不仅在其机械特性方面，例如尤其是表面硬度(其中，通常还保证了充足的延展性)、耐磨损性、抗过度碾压性等方面具有卓越的特性分布，而且对于其相对于腐蚀性介质的、也就是说尤其是开头提到的润滑剂(例如特别是降解的润滑油或润滑脂等)的耐腐蚀性也具有卓越的特性分布。
因此，根据本发明的链元件可以例如毫无问题地在通常机械上以及腐蚀性上高负载的运行条件下用作现代机动车辆的动力总成的部件，其中，该链元件的突出之处在于相对于传统链元件改进了的使用寿命。这特别是基于前述相对于在机动车辆运行中产生的由动力总成的部件通过磨损导致的磨蚀性颗粒的提高的耐磨损性，以及根据本发明的链元件的含硼和钒的边沿层的相对于由降解的润滑剂造成的腐蚀性环境的提高的耐腐蚀性。
因为含硼和钒的边沿层仅构造在根据本发明的链元件的近表面区域中，其余的形成根据本发明的链元件的基材或其基础结构在其特性方面保持不变，该基材通常为钢，例如SAE 1010、SAE 1012、SAE 8620、DIN 16MnCr5。优选的是，使用具有约0.8重量％的碳含量的材料，特别是钢作为基材。形成链元件的基材例如还可以由CK75型或100Cr6型的钢形成。
能够想象到的是，含硼和钒的边沿层可以按如下方式与链元件的其他材料划定界限，即，使得该边沿层相对于形成链元件的基材具有更高份额的硼和钒或者说硼化合物和钒化合物，这例如可以借助显微照片呈现。
同样地，根据本发明，链元件的近表面区域可以理解为链元件的表面的其中构造有含硼和钒的边沿层的区域。
根据本发明，含硼和钒的边沿层通过至少一种用于将硼和钒扩散到链元件的近表面区域中的措施来构造。因此，依赖于相应的在用于将硼和钒扩散到链元件的近表面区域中的措施的范畴中具体选择的或者说使用的过程参数，例如温度、压力、持续时间等，可以有针对性地对待构造的或者已构造出的含硼和钒的边沿层产生影响。特别地，以这种方式硼原子和/或钒原子或者硼化合物和/或钒化合物在含硼和钒的边沿层中的侵入深度，以及硼原子和/或钒原子或者硼化合物和/或钒化合物在含硼和钒的边沿层中的浓度在过程技术上是能影响或者说是能控制的。
如还将进一步阐述的那样，含硼和钒，也就是说特别是含硼钒化合物(例如VB或V2B)的边沿层特别是通过用于扩散硼和钒的热化学方法，也就是说通过用于将硼原子和钒原子以及可能还有硼化合物和钒化合物扩散到链元件的近表面范围中的热化学方法来构造。
作为相应的用于将硼和钒氮扩散到链元件的近表面区域中的措施特别是采用对链元件的热化学处理，也就是说，硼和钒的扩散(用以构造出含硼和钒的边沿层)有利地基于热化学处理，例如对链元件渗硼和随后的渗钒。
含硼和钒的边沿层由于其通过渗硼和随后的渗钒的制造可以划分为至少两个边沿层区段，其中，第一边沿层区段与链元件的基材直接邻接并且主要由硼钒化合物构成，而与第一边沿层区段邻接的第二边沿层区段主要由钒构成。这可以通过在制造含硼和钒的边沿层时跟随渗硼之后进行渗钒来解释，其中，在通过渗硼形成的主要含硼的边沿层通过渗钒来扩散钒，其中，构造出一个含硼和钒或者硼钒化合物的边沿层区段，与其邻接额外地构造出另一个主要含钒的边沿层区段。这两个边沿层区段形成根据本发明的链元件的含硼和钒的边沿层。
含硼和钒的边沿层例如具有2000HV-3500HV(维氏硬度)的硬度，特别是大于3000HV的硬度。含硼和钒的边沿层的因此很高的硬度主要对根据本发明的链元件的改进的耐磨损性有所贡献。显然，含硼和钒的边沿层的硬度也可以在例外的情况下处在2000HV之下以及处在3500HV之上。
含硼和钒的边沿层具有例如10μm至350μm，优选100μm至300μm，特别优选150μm至250μm的层厚度。如已经提到的那样，通过选择和调整在构造含硼和钒的边沿层的过程中所使用的过程参数可以影响层厚度。显然，含硼和钒的边沿层的层厚度也可以在例外的情况下处在10μm之下以及350μm之上。
根据本发明的链元件特别是用于连接链的至少两个链节的链销。链销通常是承受高负载的链部件，从而通过至少一个用于将硼和钒扩散入链销的近表面范围中的措施所形成的含硼和钒的边沿层的根据本发明的构造是特别适宜的。
原则上，根据本发明的链元件的所有实施方案都类似地适用于根据本发明的链销。
此外，本发明涉及一种用于制造出具有含硼和钒的边沿层的用于连接至少两个链节的链元件，特别是链销的方法，其特征在于具有以下步骤：提供链元件，并且实施至少一种用于将硼和钒扩散到链元件的近表面区域中的措施以构造出含硼和钒的边沿层。
在此，优选实施链元件的热化学渗硼以及随后的热化学渗钒，作为用于将硼和钒扩散到链元件的近表面区域中以构造出含硼和钒的边沿层的措施。
渗硼通常是一种使硼侵入工件表面中的方法。在此，在升高的温度下，也就是说在尤其是在800℃之上，特别是850℃至1050℃之间的温度下进行粉末状或膏状地施加在待渗硼的工件的表面上的硼的扩散。针对基于铁的工件典型地形成特别构造为柱状的硼化物层。
在实施根据本发明的方法的范畴内，跟随用于构造出主要含硼或硼化合物的边沿层的渗硼之后的渗钒通常是一种用于使钒侵入工件的表面中的方法。与在渗硼的情况下相似地在此也进行将含钒或钒化合物的粉末或者含钒或钒化合物的膏施加到待渗钒的工件的表面上，其中，钒或钒化合物在升高的温度下侵入工件中，并且构造出含钒或钒化合物的边沿层。
对于根据本发明的方法的这种优选实施方案来说重要的是，跟随渗硼之后的导致构造出含硼和钒的边沿层的渗钒。如以上针对根据本发明的链元件所阐述的那样，至少能够想象到的是，含硼和钒的边沿层由其通过渗硼和随后的渗钒的构造方式决定地可以划分为至少两个边沿层区段，其中，第一边沿层区段与链元件的基材直接邻接并且主要由硼钒化合物构成，而与第一边沿层区段邻接的第二边沿层区段主要由钒构成。这可以通过在制造含硼和钒的边沿层时跟随渗硼之后进行渗钒来解释，其中，在通过渗硼形成的主要含硼的边沿层中通过渗钒来扩散钒或钒化合物，其中，构造出一个含硼和钒或者硼钒化合物的边沿层区段，与其邻接额外地构造出另一个主要含钒或钒化合物的边沿层区段。这两个边沿层区段形成根据本发明的链元件的含硼和钒的边沿层。
链元件的热化学处理，也就是说特别是热化学渗硼和跟随其后的热化学渗钒，分别可以在800℃至1200℃的温度范围中，特别是在850℃至1050℃的温度范围中实施。能够想到的是，紧接着渗硼立即实施渗钒或者可以在渗硼与渗钒之间进行链元件的冷却。显然，在例外的情况下也可以超过或低于提到的温度。
可行的是，热化学处理持续2至24个小时的持续时间，特别是4至16个小时的持续时间。在热化学处理的持续时间内，也就是说特别是用于渗硼和跟随其后的渗钒的相应的持续时间内，可以在过程技术上对含硼和钒的边沿层的特性，例如硬度、侵入深度、均一性等产生影响。显然，在例外的情况下热化学处理也可以持续比提到的时间更短或更长的时间。
至少一种用于构造出含硼和钒的边沿层的措施可以有利地按照如下方式实施，即，使得含硼和钒的边沿层以10μm至350μm、优选100μm至300μm、特别优选150μm至250μm的层厚度来构造。在例外的情况下，至少一种用于构造含硼和钒的边沿层的措施还可以按如下方式实施，即，构造出10μm之下或350μm之上的相应的层厚度。
原则上，根据本发明的用于制造具有含硼和钒的边沿层的链元件的方法的所有实施方案都类似地适用于根据本发明的链元件以及根据本发明的链销。
附图说明
在附图中示出了本发明的实施例并将在以下进行详细说明。在附图中：
图1示出了链的表征性截段，其包括多个链元件；
图2示出了用于连接链的至少两个链节的链销形式的链元件；
图3示出了在图1和图2中所示出的含硼和钒的边沿层的放大视图。
具体实施方式
图1示出了链1的表征性截段，其包括多个链元件2。链1可以构造为齿形链，并且因此例如用于在动力总成中的力传递或者作为机动车辆的动力总成中的部件。
可以看出，链1包括多个以彼此相继地布置的、特别是接片状的链节3形式的链元件2，这些链节经由链销4彼此连接。图2示出了用于连接链1的至少两个链节3的链销4形式的链元件2的单独的视图。
形成链1的链元件2，也就是说链节3和链销4由金属基材8，特别是钢、例如SAE 1010形成。链元件2的表面或者链元件2的一部分经受过形式为至少一种用于构造出含硼和钒的边沿层5的措施的热化学表面处理。
具体而言，为此链元件2首选借助渗硼进行硼化，并且随后借助渗钒进行钒化。在渗硼之后形成含硼或硼化合物的边沿层，由该边沿层通过渗钒以及与之相关的钒扩散形成含硼和钒，也就是说特别是硼钒化合物、例如VB和/或V2B的边沿层。
由图3得出，含硼和钒的边沿层5可以具有通过渗钒形成的、主要含钒的边沿层区段6，该边沿层区段6构造在含硼和钒的、也就是说主要含硼钒化合物的边沿层区段7上。两个边沿层区段6、7配属于含硼和钒的边沿层5。
含硼和钒的边沿层5具有约250μm的层厚度。由此，可以使主要含钒的边沿层区段6下降到约100μm，并且使主要含硼和钒，也就是说主要含硼钒化合物的边沿层区段7下降到约150μm。
含硼和钒的边沿层5赋予链元件2改进的特性分布，其中，特别是含硼和钒的边沿层5的由在还有足够的延展性的情况下在约3000HV(维氏硬度)的范围中的高硬度决定的耐磨损性以及耐腐蚀性得到了改进。
具有含硼和钒的边沿层5的用于连接至少两个链节3的链元件2，特别是链销4的制造经由具有以下步骤的方法进行：提供链元件2，并且实施至少一个用于将硼和钒扩散到链元件2的近表面区域中的措施，以构造出含硼和钒的边沿层5。
作为用于将硼和钒扩散到链元件2的近表面区域中的措施，有利地实施链元件2的热化学渗硼以及跟随其之后的热化学渗钒。
链元件2的热化学渗硼以及热化学渗钒例如在约900℃的范围中的温度下持续约4小时的持续时间，从而构造出具有上述约250μm的层厚度的、含均一的硼和钒的边沿层5。
附图标记列表
1  链
2  链元件
3  链节
4  链销
5  边沿层
6  边沿层区段
7  边沿层区段
8  基材
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种链元件(2)，所述链元件具有通过至少一种用于将硼和钒扩散到所述链元件(2)的近表面区域中的措施形成的含硼和钒的边沿层(5)，其特征在于，所述含硼和钒的边沿层(5)通过渗硼和随后的渗钒形成，其中，所述含硼和钒的边沿层(5)被划分为至少两个边沿层区段(6、7)，其中，第一边沿层区段(7)与所述链元件(2)的基材(8)直接邻接并且主要由硼钒化合物构成，而与所述第一边沿层区段(7)邻接的第二边沿层区段(6)主要由钒构成。。
2.根据权利要求1所述的链元件，其特征在于，所述含硼和钒的边沿层(5)具有2000HV-3500HV的硬度，特别是大于3000HV的硬度。
3.根据前述权利要求中任意一项所述的链元件，其特征在于，所述含硼和钒的边沿层(5)具有10μm至350μm，优选100μm至300μm的，特别优选150μm至250μm的层厚度。
4.一种用于连接链(1)的至少两个链节(3)的链销(4)，所述链销具有通过至少一种用于将硼和钒扩散到所述链销(4)的近表面区域中的措施形成的含硼和钒的边沿层(5)，其特征在于，所述含硼和钒的边沿层(5)通过渗硼和随后的渗钒形成，其中，所述含硼和钒的边沿层(5)被划分为至少两个边沿层区段(6、7)，其中，第一边沿层区段(7)与所述链元件(2)的基材(8)直接邻接并且主要由硼钒化合物构成，而与所述第一边沿层区段(7)邻接的第二边沿层区段(6)主要由钒构成。
5.一种用于制造出具有含硼和钒的边沿层(5)的用于连接至少两个链节(3)的链元件(2)，特别是链销(4)的方法，其特征在于具有以下步骤：
-提供所述链元件(2)，
-实施至少一种用于将硼和钒扩散到所述链元件(2)的近表面区域中的措施以构造出所述含硼和钒的边沿层(5)，
其特征在于，作为用于将硼和钒扩散到所述链元件(2)的近表面区域中的措施，实施所述链元件(2)的热化学渗硼以及随后的热化学渗钒，其中，所述含硼和钒的边沿层(5)被划分为至少两个边沿层区段(6、7)，其中，第一边沿层区段(7)与所述链元件(2)的基材(8)直接邻接并且主要由硼钒化合物构成，而与所述第一边沿层区段(7)邻接的第二边沿层区段(6)主要由钒构成。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述热化学处理在800℃至1200℃的温度范围中，特别是在850℃至1050℃的温度范围中实施。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述热化学处理持续2至24个小时的持续时间，特别是4至16个小时的持续时间。
8.根据权利要求5至7中任意一项所述的方法，其特征在于，用于构造出含硼和钒的边沿层(5)的措施按照如下方式实施，即，使得含硼和钒的边沿层(5)构造有10μm至350μm，优选100μm至300μm，特别优选150μm至250μm的层厚度。

Claims (10)

1.一种用于连接至少两个链节(3)的链元件(2)，特别是链销(4)，其特征在于，所述链元件具有通过至少一种用于将硼和钒扩散到所述链元件(2)的近表面区域中的措施形成的含硼和钒的边沿层(5)。
2.根据权利要求1所述的链元件，其特征在于，所述含硼和钒的边沿层(5)通过渗硼和随后的渗钒形成。
3.根据权利要求1或2所述的链元件，其特征在于，所述含硼和钒的边沿层(5)具有2000HV-3500HV的硬度，特别是大于3000HV的硬度。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的链元件，其特征在于，所述含硼和钒的边沿层(5)具有10μm至350μm，优选100μm至300μm的，特别优选150μm至250μm的层厚度。
5.一种用于连接链(1)的至少两个链节(3)的链销(4)，其特征在于，所述链销具有通过至少一种用于将硼和钒扩散到所述链销(4)的近表面区域中的措施形成的含硼和钒的边沿层(5)。
6.一种用于制造出具有含硼和钒的边沿层(5)的用于连接至少两个链节(3)的链元件(2)，特别是链销(4)的方法，其特征在于具有以下步骤：
-提供所述链元件(2)，
-实施至少一种用于将硼和钒扩散到所述链元件(2)的近表面区域中的措施以构造出所述含硼和钒的边沿层(5)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，作为用于将硼和钒扩散到所述链元件(2)的近表面区域中的措施，实施所述链元件(2)的热化学渗硼以及随后的热化学渗钒。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述热化学处理在800℃至1200℃的温度范围中，特别是在850℃至1050℃的温度范围中实施。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述热化学处理持续2至24个小时的持续时间，特别是4至16个小时的持续时间。
10.根据权利要求6至9中任意一项所述的方法，其特征在于，用于构造出含硼和钒的边沿层(5)的措施按照如下方式实施，即，使得含硼和钒的边沿层(5)构造有10μm至350μm，优选100μm至300μm，特别优选150μm至250μm的层厚度。
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