CN1802524A - 链条用销子及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的链条用销子的制造方法包含：使用富含Cr的钢材作为销子母体材料，通过VCl气氛中的扩散浸透处理，首先由母体材料中的Cr、C形成由(V，Cr) ₈C₇构成的边界部，然后形成由V₈C₇构成的表面层这样的1步热处理。边界部的Cr含有率向着母体材料以及表面层逐渐减小，不能明确地区分。因此，与中间层为碳化铬层、表面层为钒·铬碳化物的混合层，并且热处理需要2步的现有的链条用销子的制造方法相比，本发明的制造方法简单，耐磨耗性高，可以制造适合于定时链等在苛刻的环境下使用的销子。

Description

链条用销子及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于无声链、滚子链等动力传递用链条的销子，特别是，适合作为用于发动机内的链条用，详细地说，是涉及一种链条用销子及其制造方法。

背景技术

一般地，无声链在销子和链节板之间，滚子链在销子和套筒之间产生相对旋转滑动，从而磨耗销子。为了减小该销子的磨耗，在销子的表面实施了各种表面处理。

以前，作为表面处理了的销子，已知有在销子表面形成碳化铬层的销子(以下，称为浸铬销子)、和在销子表面形成碳化钒层的销子(以下，称为VC销子)。在反复进行高表面压力的使用环境下，存在上述浸铬销子在碳化铬层表面产生剥离的情况，而VC销子的场合，在碳化钒层和母体材料(销子材料)之间的边界面上引起剥离的情况，因此，碳化铬虽然与母体材料的密合性(结合性)良好，但表面压力强度低，另一方面，碳化钒虽然表面压力强度高，但与母体材料的密合性低。

基于上述考察结果，在日本特开2002-195356号公报中，提出了在高表面压力下，以提高耐磨耗性为目的，通过在由钢构成的销子母体材料表面，通过进行铬浸透扩散处理形成碳化铬，然后在其上，在比铬浸透扩散处理时的温度还高温的条件下进行钒浸透扩散处理，形成以比上述碳化铬层厚的碳化钒为主要成分并且含有少量的碳化铬的混合层。

上述提出的销子，进行铬浸透扩散处理之后，有必要在比其还高的温度下进行铬以及钒浸透处理，表面处理麻烦并且是高价的。

特别是，在定时链等发动机内的高温环境下，在高的表面压力作用时，上述销子的最表面，由于是由碳化钒与碳化铬的混合层[(V，Cr)xCy，例如(V，Cr)₈C₇]构成，与由碳化钒(Vx，Cy，例如V₈C₇)构成的表面相比，表面压力强度不充分，存在在表面产生剥离，并且在剥离进行的同时进行销子的磨耗的危险，另外，由于在铬·钒混合层与作为母体材料的钢之间存在由碳化铬层构成的明确的中间层，在上述中间层、作为其上层的混合层以及作为其下层的钢母体材料之间的边界面上产生剥离，其结果，存在磨耗急剧进行的危险。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种解决了上述课题的链条用销子及其制造方法，该链条用销子是在销子母体材料和由碳化钒构成的表面层之间形成铬含量倾斜变化，并且不形成明确的界面的复合碳化物。

本发明的第1种方式(例如，参照图4)在于一种链条用销子，其特征在于，在销子母体材料(1)和由碳化钒(Vx，Cy，例如V₈C₇)构成的表面层(6)的边界部(5)，存在钒以及铬的复合碳化物[(V，Cr)xCy，例如(V，Cr)₈C₇]，并且该复合碳化物的铬(Cr)的含量向着上述表面层慢慢地减少。

本发明的第2种方式(参照例如图3)在于一种链条用销子的制造方法，其特征在于，使用含有0.6[％]或0.6[％]以上的铬的钢材作为销子母体材料(1)，

将该销子母体材料在具有钒的气体气氛中(例如VCl)以规定的温度进行扩散浸透处理，

通过由上述销子母体材料供给的铬(Cr)以及碳(C)和上述气氛中的钒(V)，首先在上述母体材料的表面部形成钒和铬的复合碳化物(例如(V，Cr)₈C₇)，

然后，在以销子母体材料(1)的铬(Cr)的供给减少的状态，由上述气氛中的钒(V)，形成在与上述复合碳化物之间不形成界面(8)并由碳化钒(例如V₈C₇)构成的表面层。

在本发明的第2种方式中，优选的链条用销子的制造方法(例如，参照图3)的特征在于，上述扩散浸透处理包含使用了含钒粉末[例如，钒铁(FeV)]、防烧结材料[例如，氧化铝(Al₂O₃)]以及促进材料[例如，氯化铵(NH₄Cl)等卤化物]作为浸透材料原料的粉末充填法，并且热处理温度为1000[℃]～1100[℃]。

另外，上述括号内的符号是由于与附图对应，不会因此对权利要求项的构成带来任何影响。

按照本发明的第1种方式，由于表面层由碳化钒构成，具有高的表面压力强度，即使在高温环境下，处于反复实施高的表面压力的苛刻的使用状态，也可防止在表面产生剥离，另外，在该表面层与销子母体材料的边界部以不形成明确地区分的界面的形态形成钒和铬的复合碳化物，因此，表面层与销子母体材料的密合强度提高，同时还可以防止产生在复合碳化物和销子母体材料以及表面层的边界面的剥离，即使在苛刻的使用环境下使用，也可以减少销子的磨耗，从而可以谋求链条的耐久性以及长寿命化。

按照本发明的第2种方式，由于使用富含铬的钢材作为销子母体材料，不使用2种或2种以上的浸透材料，并基于1步的热处理进行扩散浸透处理，在销子母体材料的表面首先形成钒和铬的复合碳化物，然后，再形成在与复合碳化物之间不形成界面并且由碳化钒构成的表面层，因此，在由1步的热处理构成的表面处理时，可以确实并且廉价地制造可以简单并且容易地达到高精度的上述链条用销子。

按照本发明的优选的第2种实施方式，通过具有实际成果的粉末充填法的在1000[℃]～1100[℃]的1步热处理，不会伴随有大的成本提高，可以正确地制造上述链条用销子。

附图说明

[图1]是示出按照现有技术(特开2002-195356号公报中提出的技术)的链条用销子的制造方法的图。

[图2]是示出在现有技术的链条用销子的截面照片中所见到的覆膜结构的图。

[图3]是示出本发明的链条用销子的制造方法的图。

[图4]是示出本发明的链条用销子的截面的图，图4a是示出由截面照片得到的覆膜结构的图，图4b是示出由分析结果所见到的覆膜结构的图，图4c是其模式图。

[图5]是示出本发明的链条用销子的采用X射线探针测定器的分析结果的图，图5a表示钒含有率，图5b表示铬含有率。

[图6]是示出划痕试验结果的图。

具体实施方式

以下，按照附图对本发明的实施方式进行说明。本发明的链条用销子可以适用于已知的滚子链或无声链等所有的动力传递用链条，特别是，适合使用于定时链等发动机内使用的链条中。

滚子链的构造为：将销子嵌插到套筒中来对用销子连接了2个销子链节板的两端部而成的销链和同样用套筒连接了2个滚子链节板的两端部而成的滚链连接成环状，同时将滚子游动地嵌合在套筒中。另外，无声链的结构是：将由在两端具有导轨链节板的多个链节板构成的导轨列和不具有上述导轨链节板而只由齿形链节板构成的铰链列，用固定在上述导向链节板上的销子连接成环状。

然后，每当链条弯曲时，在上述滚子链中，在销子和轴衬之间产生滑接运动，另外，在无声链中，在销子和铰链列的链节板的销子孔之间产生滑接运动，并且由于大的拉伸力作用在链条上，因此，大的表面压力作用在上述滑接运动的销子上。

本发明虽然涉及上述链条用销子，但在说明本发明的实施方式之前，首先参照图1对上述的现有技术的销子及其制造方法进行说明。

作为母体材料的销子母体材料1由例如S50C(C：0.47～0.53％、Si：0.15～0.35％、Mn：0.60～0.90％、P：0.30或0.30以下、S：0.35％或0.35％以下、作为杂质的Cr：0.20％或0.20％以下)的机械构造用碳素钢钢材等钢构成，对该以铁作为母体材料的销子母体材料(原料)1进行2步的金属浸透处理。首先，第1步的金属浸透处理是铬浸透扩散处理(CrC扩散浸透处理、浸铬处理)，与销子母体材料一起，将包含作为浸透材料原料的Cr(金属铬)、作为防烧结材料的Al₂O₃(氧化铝)、作为促进材料的NH₄Cl(氯化铵)的粉末投入到炉中，升温到800～900℃，并保持规定的时间。该CrC扩散处理是在炉内发生 (气体)、 ↑，在该CrCl气氛中，销子母体材料中的Fe以及C与气氛中的Cr结合，成为(Fe，Cr)xCy，例如(Fe，Cr)₈C₇，在销子母体材料1的表面，首先该碳化铬(CrC)浸透，形成包覆层。

该销子母体材料的铬浸透扩散处理结束后，暂时将在表面浸透包覆了碳化铬的销子(浸铬处理的销子)从炉中取出，作为第2步的金属浸透处理，这次进行钒扩散浸透处理(VC扩散浸透处理)。该钒扩散浸透处理使用FeV(钒铁)作为浸透材料原料，其他的与上述铬浸透扩散处理同样地进行，氧化铝以及氯化铵与上述浸铬处理的销子一起投入到炉中，升温到900～1000℃，并保持规定的时间。该VC扩散浸透处理，通过与上述同样的反应，在VCl气氛中，销子母体材料中的C和气氛中的V结合，成为VxCy，例如V₈C₇，在上述销子母体表面的碳化铬的层上，该碳化钒浸透而形成表面包覆层。该表面包覆层虽然是以碳化钒尾主要成分，但混合有少量上述碳化铬，形成了混合层。

因此，按照现有技术的链条用销子P₁，如图2所示，首先在以Fe为主要成分的销子母体材料1上形成由碳化铬(Fe，Cr)₈C₇构成的中间层2，再在其上形成以碳化钒(V₈C₇)为主要成分的表面层3。上述由碳化铬构成的中间层2可以在以母体材料1以及碳化钒为主要成分的表面层3和截面照片上明确地区分。

将本发明的链条用销子的制造方法示于图3。本制造方法只通过进行1次(1步)金属扩散浸透处理，即钒浸透扩散处理(VC复合扩散浸透处理)的粉末充填法来进行。该VC复合扩散浸透处理是将包含作为浸透材料(粉末)的FeV(钒铁)、作为防烧结材料的耐火物质粉末的Al₂O₃、作为添加材料(促进材料)的卤化物NH₄Cl(氯化铵)的粉末与销子母体材料一起投入到炉中。然后，销子母体材料可以使用铬钼钢钢材(SCM)、铬钢钢材(SCr)、镍铬钼钢钢材(SNCM)、镍铬钢钢材(SNC)、锰铬钢钢材(SMnC)、高碳铬轴承钢钢材(SUJ)、氮化钢(SACM、SCM、SCMV)、软氮化钢(SAC)等高铬含有率(Cr：0.6重量％或0.6重量％以上)的钢材，例如SNCM439(C：0.36～0.43％、Si：0.15～0.35％、Mn：0.60～0.90％、P：0.030％或0.030％以下、S：0.03％或0.03％以下、Cr：0.6～1.00％、Ni：1.6～2.00％、Mo：0.15～0.30％)或SUJ2(C：0.95～1.10％、Si：0.15～0.35％、Mn：0.50％或0.50％以下、P：0.025％或0.025％以下、S：0.025％或0.025％以下、Cr：1.30～1.60％)的钢材。另外，SACM645、SCM56、SCMV2、SAC56、SAC72含有1.00[重量％]或1.00[重量％]以上的Cr，作为销子母体材料是优选的。

上述浸透材料原料和销子母体材料，在炉内升温到1000～1100℃，在该温度保持规定的时间后，冷却。由此，在NH4Cl分解的HCl(气体)和FeV的V结合的VCl气氛中，首先，该气氛中的V与从销子母体材料(原料)中扩散的Cr以及C结合，形成钒和铬的复合碳化物[(V，Cr)xCy，例如(V，Cr)₈C₇]，在销子母体材料的表面形成由钒·铬复合碳化物构成的边界部。随着该扩散浸透处理进行，从销子母体材料的Cr的供给减少(供给效果变小)，气氛中的V和从母体材料扩散的C结合，形成碳化钒(VxCy，例如V₈C₇)，在销子表面形成覆膜。

将由本发明的制造方法制造的链条用销子P₂表面的截面示于图4a、4b、4c。如上所述，在与销子母体材料1的边界部形成钒·铬复合碳化物[(V，Cr)₈C₇]5。另外，在由该复合碳化物5构成的边界部上，形成由碳化钒(V₈C₇)6构成的表面层覆膜。上述复合碳化物[(V，Cr)₈C₇]，在销子母体材料1中通过V浸透而扩散，与碳化铬(Cr₈C₇)一起存在，并且还存在于表面层6部分，在与上述母体材料1的边界部存在最多，其Cr的含有率，从与母体材料的边界面7向着表面层6渐渐减少，不能明确地区分。因此，如图4b所示，上述复合碳化物[(V，Cr)₈C₇]，如果从后述的X射线探针微量测定器等的分析结果看，可以推测在边界部的上述复合碳化物层5的存在，如图4a、图4c所示，从截面照片不能确认表面层6和复合碳化物层5之间的界面8，只能确认母体材料1和表面层6的界面7，不能明确地区分上述复合碳化物层5的存在。

图5是将母体材料使用SUJ2并实施了上述钒扩散渗透处理的本发明的链条用销子通过X射线探针微量测定器进行分析的结果。图5a表示钒含有率，该钒含有率在距离表面规定的距离(约20μm)处，具有约80[％]，在边界部7急剧地降低，在销子母体材料中约为0[％]。

图5b表示铬含有率，是通过上述测定器，使用kβ1次射线以大电流进行分析的结果。分析得到，铬含有率从销子母体材料中向表面渐渐地降低。即，通过上述高温的热处理，铬(Cr)从富含铬的销子母体材料扩散到碳化钒层(表面层)，浸透形成复合碳化物[(V，Cr)xCy]5，该复合碳化物层中的铬含有率在上述边界部分7为最高，向着销子表面渐渐地减少，在距离边界面规定距离(约6μm)处约为0[％]，从该处到表面，成为大致由碳化钒构成的表面层6。

一般地，钒扩散渗透处理，为了避免碳化钒粒度的粗大化，热处理温度设定为1000℃或1000℃以下，在图1所示的现有技术中，钒扩散浸透处理设定为900℃～1000℃。在现有技术中，虽然在销子母体材料中也存在碳化物形成元素(例如Cr)，但其含有率小，扩散效果也小。因此，难以得到如上述复合碳化物[(V，Cr)xCy]5那样的组成倾斜中间层。例如，通过将热处理温度设定为高达1000℃或1000℃以上的温度，虽然也有得到在母体材料中含有的Cr等碳化物形成元素的扩散效果的可能性，但如上所述，由于母体材料中的碳化物形成元素(Cr)少，不能得到上述扩散效果。

在本发明中，母体材料中的Cr含有率高，将钒扩散浸透处理的温度定为1000或1000℃以上，可以谋求母体材料中的Cr向钒碳化物层的扩散，从而可以得到上述由复合化合物构成的组成倾斜中间层。另外，如果热处理温度超过1100℃，将导致碳化钒(VC)粒子的粗大化，有产生该VC粒子的脱落现象的情况，上述扩散浸透处理温度希望为1000℃～1100℃的范围。

上述链条用销子P₂由10μm～30μm的表面处理覆膜(贴合了由V₈C₇构成的表面层6和由(V，Cr)₈C₇构成的边界部5的覆膜)构成，特别是，该表面覆膜层希望为约20μm(16～25μm)。而且，为了赋予销子强度，在上述扩散浸透处理后，可以进行规定的淬火、回火或恒温相变处理。

按照上述现有技术的销子P₁的制造方法，如图1所示，必须进行2步的热处理，其制造方法麻烦，但本发明的销子P₂的制造，如图3所示，用1步的热处理就足够了，其制造方法容易，可以高效地容易并且正确地制造精度高的销子P₂。

另外，按照现有技术制造的链条用销子P1，虽然中间层的碳化铬(Cr₈C₇)将以碳化钒(V₈C₇)为主要成分的表面层3高密合强度地与母体材料(Fe)密合，但上述碳化铬层(中间层)2，如图2所示，由于由可以明确地区分的单独层构成，因此，在该碳化铬层2和表面层3以及销子母体材料1之间存在可以区分的边界面2a、2b，上述密合强度不充分。

与此相反，如图4所示，本发明的链条用销子P2，由富含铬的母体材料1供给的Cr以及C与气氛中的V互相结合形成复合碳化物[(V，Cr)₈C₇]，并且，该复合碳化物层5在由碳化钒(V₈C₇)构成的表面层6和销子母体材料1的边界部不能明确区分，Cr的含有率缓缓地变化，因此，该复合碳化物5在销子母体材料1上以强的密合强度密合由碳化钒(V₈C₇)构成的表面层6。另外，由碳化钒(V₈C₇)构成的表面层6具有高的表面压力强度，即使在高温环境下作用高的表面压力的苛刻的使用状态下，也可以防止在表面产生剥离。

图6是将金刚石压头压在上述销子上，连续地施加荷重进行划痕试验，并求出剥离极限荷重的划痕试验的结果。该试验结果显示，按照本发明的复合扩散浸透处理的销子P₂与按照现有技术制造的销子P₁相比，具有高的剥离极限荷重，从而可以理解本发明的销子P₂与按照现有技术制造的销子P₁相比，作为表面层的碳化钒以强的强度密合。

工业实用性

上述本发明的链条用销子可以适用于已知的滚子链或无声链等所有的动力传递用链条，特别是，适合使用于发动机等在苛刻的使用环境下使用的定时链等。

权利要求书

(按照条约第19条的修改)

1.链条用销子，其特征在于，在含有0.6～3.3％的铬的销子母体材料和由碳化钒构成的表面层的边界部，存在钒和铬的复合碳化物，并且该复合碳化物的铬的含量向着上述表面层慢慢地减少。

2.按照权利要求1记载的链条用销子，其中，上述链条用销子是无声链用销子。

3.按照权利要求1记载的链条用销子，其中，上述链条用销子是滚子链用销子。

4.链条用销子的制造方法，其特征在于，使用含有0.6～3.3％的铬的钢材作为销子母体材料，

将该销子母体材料在具有钒的气体气氛中以规定的温度进行扩散浸透处理，

通过由上述销子母体材料供给的铬以及碳和上述气氛中的钒，首先在上述母体材料的表面部形成钒和铬的复合碳化物，

然后，在以销子母体材料的铬的供给减少的状态，由上述气氛中的钒，形成在与上述复合碳化物之间不形成界面并且由碳化钒构成的表面层。

5.按照权利要求4记载的链条用销子的制造方法，其中，上述扩散浸透处理包含使用了含有钒的粉末、防烧结材料以及促进材料作为浸透材料原料的粉末充填法，并且

热处理温度为1000℃～1100℃。

6.按照权利要求4记载的链条用销子的制造方法，其中，上述链条用销子是无声链用销子。

7.按照权利要求4记载的链条用销子的制造方法，其中，上述链条用销子是滚子链用销子。

Claims (7)

1.链条用销子，其特征在于，在销子母体材料和由碳化钒构成的表面层的边界部，存在钒和铬的复合碳化物，并且该复合碳化物的铬的含量向着上述表面层慢慢地减少。

2.按照权利要求1记载的链条用销子，其中，上述链条用销子是无声链用销子。

3.按照权利要求1记载的链条用销子，其中，上述链条用销子是滚子链用销子。

4.链条用销子的制造方法，其特征在于，使用含有0.6％或0.6％以上的铬的钢材作为销子母体材料，

将该销子母体材料在具有钒的气体气氛中以规定的温度进行扩散浸透处理，

通过由上述销子母体材料供给的铬以及碳和上述气氛中的钒，首先在上述母体材料的表面部形成钒和铬的复合碳化物，

然后，在以销子母体材料的铬的供给减少的状态，由上述气氛中的钒，形成在与上述复合碳化物之间不形成界面并且由碳化钒构成的表面层。

5.按照权利要求4记载的链条用销子的制造方法，其中，上述扩散浸透处理包含使用了含有钒的粉末、防烧结材料以及促进材料作为浸透材料原料的粉末充填法，并且

热处理温度为1000℃～1100℃。

6.按照权利要求4记载的链条用销子的制造方法，其中，上述链条用销子是无声链用销子。

7.按照权利要求4记载的链条用销子的制造方法，其中，上述链条用销子是滚子链用销子。

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