DE10158306A1 - Mechanische Schmelzsicherung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Mechanische Schmelzsicherung und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Abstract

Eine billige mechanische Schmelzsicherung mit einem hohen Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis und einer hohen Bruchzuverlässigkeit mit verbesserter Leistung und ein Verfahren zur Herstellung derselben werden gezeigt. Die mechanische Schmelzsicherung ist aus einer auf Fe basierenden Sinterlegierung aufgebaut und umfasst einen inneren Rand 2, der an einer Energieübertragungswelle befestigt ist, einen äußeren Rand 3, der an der anderen Energieübertragungswelle befestigt ist, und mehrere Arme 4, um inneren Rand 2 und äußeren Rand 3, die integral gebildet werden, zu verbinden. Die Arme 4 schließen Bruchteile 6 ein, die brechen, wenn sie einem Überlastdrehmoment ausgesetzt werden. Durch Dampfbehandlung wird eine Eisenoxidphase in der Oberflächenschicht und der Poreninnenwand gebildet. Die Eisenoxidphase ist wirksam, um runde Poren zu bilden und die Kerbschlagempfindlichkeit zu senken. Als Ergebnis werden Ermüdungsfestigkeit und Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis verbessert.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mechanische Schmelzsicherung, um die Energieübertragung abzubrechen, wenn eine Überlast bei einer Energieüber­ tragungseinrichtung auftritt, um die Sicherheit der Vorrichtung zu schützen, und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Die mechanische Schmelzsicherung wird z. B. bei einer Energieübertragungs­ vorrichtung vorgesehen, die zwischen eine Antriebsseite und eine angetriebene Seite (z. B. eine Antriebswelle und eine treibende Welle) geschaltet ist, um die Drehkraft der Antriebsseite auf die angetriebene Seite zu übertragen. Sie dient dazu, zusammenzubrechen und dadurch die Energieübertragung abzubrechen, wenn eine große Differenz auftritt zwischen der Antriebsseite und der angetrie­ benen Seite in der Mitte der Übertragung der Drehkraft, wodurch das Auftreten einer Blockierung oder eines Bruchs aufgrund der Fortpflanzung des Überlast­ drehmoments auf eine Seite vermieden wird.
Eine solche mechanische Schmelzsicherung ist allgemein aus einem Abschalt­ glied aufgebaut, das im wesentlichen zerbricht, das zwischen zwei Befesti­ gungsgliedern angeordnet ist, die an der Antriebsseite und der getriebenen Sei­ te befestigt sind, um diese Befestigungsglieder zu verbinden. Das Abschaltglied oder Bruchglied ist genauer ein Scherbolzen oder eine Scherfläche, die erfor­ derlich ist, um sicher zu brechen, wenn ein spezifisches Drehmoment angelegt wird. Die Größe des Drehmoments, das zum Bruch führt, kann eingestellt wer­ den durch das Material und die Querschnittsfläche des Bruchgliedes, wenn aber das Bruchglied aus einem instabilen Material hergestellt wird, dessen Fes­ tigkeit durch Ermüdung aufgrund wiederholter Belastung gesenkt wird, ist die Zuverlässigkeit gering und nicht für die praktische Durchführung geeignet. Als Material, das diese Erfordernisse erfüllt, wurden bisher Keramiken häufig ver­ wendet wegen ihrer Stabilität in Bezug auf die Ermüdungsfestigkeit und ein ho­ hes Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis (Verhältnis von Ermüdungsfestigkeit zu Zugfestigkeit bestimmt durch Ermüdungsfestigkeit dividiert durch Zugfestigkeit).
Keramiken sind bei der Ermüdungsfestigkeit stabil, sind aber teuer und daher sind billige mechanische Schmelzsicherungen gefragt. Es besteht auch ein Be­ darf für eine mechanische Schmelzsicherung in Form von integrierten Bruch­ gliedern, um Glieder beider Seiten zu befestigen und den Bruchanteil zwischen die Befestigungsanteile zwischenzuschalten, um die Zusammensetzungseffi­ zienz und allgemeine Anwendbarkeit zu verbessern, aber die mechanische Schmelzsicherung in dieser Form wird derzeit nicht verwendet, da es Probleme gibt, da es schwierig ist, die Festigkeit der Befestigungsanteile sicherzustellen und da gebrochene Teile verstreut werden, wenn sie bricht.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine mechanische Schmelzsicherung mit Befestigungsanteilen bereitzustellen, um zwei Energieübertragungswellen zu fixieren und einen Bruchanteil, um dieses fixierenden Anteile zu verbinden, der aus einer integralen Struktur zusammengesetzt ist, die billig ist, eine hohe Bruchzuverlässigkeit hat, da sie ein hohes Dauerfestigkeits­ grenzverhältnis aufweist und der bessere Formungseigenschaften aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Die mechanische Schmelzsicherung der vorliegenden Erfindung ist aus einer auf Fe basierenden Sinterlegierung aufgebaut. Die auf Fe basierende Sinterlegierung hat Poren mit einer Rundung von 0,004 oder mehr und zeichnet sich durch die runde Form aus.
Bevorzugt ist die mechanische Schmelzsicherung der vorliegenden Erfindung aus einer auf Fe basierenden Sinterlegierung aufgebaut, bei der eine Eisen­ oxidphase in der Oberflächenschicht und der inneren Wand der Poren gebildet wird.
Da die mechanische Schmelzsicherung der vorliegenden Erfindung ein gesin­ terter Pressling aus auf Fe basierendem Material ist, ist sie leicht zu formen, sogar wenn sie eine komplizierte oder zusammengesetzte Form hat und kann mit niedrigen Kosten hergestellt werden. Da eine Eisenlegierung dadurch ge­ kennzeichnet ist, dass sie eine stabile Region mit Ermüdungsfestigkeit aufweist, wenn sie wiederholt Spannungen ausgesetzt wird, ist sie relativ langlebig im Vergleich zu nicht eisenhaltigen Legierungen, es ist leicht, den Bruchteil auszu­ bilden und in anderen Worten wird, da die Bruchspannungen eher konstant sind, eine hohe Bruchzuverlässigkeit erhalten. Da außerdem die auf Fe basie­ rende Sinterlegierung in der Zugfestigkeit variabel ist abhängig von der Porosi­ tät, kann die Dichte als Element verwendet werden, um die Bedingungen des Bruchteils einzustellen und die Durchschlagspannung kann daher leichter ein­ gestellt werden.
Da außerdem die Schmelzsicherung der vorliegenden Erfindung runde Poren hat mit einer Rundheit von 0,004 oder mehr, ist die Kerbschlagempfindlichkeit träge, eine Absenkung der Festigkeit durch Ermüdung wird unterdrückt und es wird ein hohes Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis erhalten. Die Rundheit der Po­ ren ist das Verhältnis der tatsächlichen Porenfläche zu der Fläche der virtuellen Pore, die durch die periphere Länge der Pore bestimmt wird. Wenn die periphe­ re Länge der Pore durch L dargestellt wird und die Fläche der Pore durch S dar­ gestellt wird, wird die Rundheit ausgerückt wird als 4πS/L2 und der Wert liegt in einem Bereich von 0 < Rundheit ≦ 1 (echter Kreis). Wenn die Rundung näher an 1 ist, ist sie näher an einem echten Kreis und es wird gezeigt, dass die Poren rund sind. Wenn die Rundung 0,004 oder mehr ist, ist die Kerbschlagemp­ findlichkeit niedriger, die Ermüdungsfestigkeit ist verbessert und das Dauerfes­ tigkeitsgrenzverhältnis ist erhöht.
Als Verfahren, um solche runden Poren zu erhalten, ist ein aktiviertes Sinterver­ fahren bekannt, bei dem der Sauerstoffgehalt in einem grünen Pressling vor dem Sintern erhöht ist und durch das Sintern vermindert wird. Bei dieser Me­ thode wird speziell der grüne Pressling nach dem Erhitzen und Oxidieren bei hoher Temperatur gesintert oder mit Dampf behandelt. Außerdem werden run­ de Poren auch geformt mit einer Methode zum Sintern bei höherer Temperatur als der üblichen Sintertemperatur (etwa 1100 bis 1150°C). Außerdem kann durch Zugabe eines Elements zur Erzeugung von flüssiger Phase in dem gesin­ terten Pressling das Sintern aktiviert werden. Durch Behandlung der auf Fe ba­ sierenden Sinterlegierung mit Dampf, wie unten beschrieben, wird außerdem eine Eisenoxidphase in der Oberflächenschicht und der inneren Porenwand ge­ bildet und runde Poren werden auf diese Weise leicht erhalten.
Die Zusammensetzung der mechanischen Schmelzsicherung der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Elemente Ni, Cu, Mo, Cr und Mn in einem Anteil von 0,7 bis 5 Masseprozent enthalten sind und der C-Gehalt in der Gesamtzusammensetzung 0,1 bis 0,7 Masseprozent ist.
Das zusätzliche Element oder Additivelement ist wirksam, um die Eisenmatrix zu verstärken und die Zugfestigkeit und Ermüdungsfestigkeit zu verbessern und die Fähigkeit, solche Wirkungen beizutragen, wird in der angegebenen Reihen­ folge größer. Das Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis ist jedoch gleich, wenn der Gehalt jedes Additivelements gleichmäßig ist. Das Dauerfestigkeitsgrenzver­ hältnis ist etwa 0,3 wenn diese Elemente nicht enthalten sind, und erreicht das Maximum (ungefähr 0,45), wenn diese Elemente mit 2 bis 3,5 Masseprozent zugegeben werden. Wenn der Gehalt ansteigt, nimmt das Dauerfestigkeits­ grenzverhältnis ab. Wenn der Gehalt des Additivelements in einem Bereich zu 0,7 bis 5 Masseprozent liegt, ist das Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis etwa 0,35 und die Wirkung der Zugabe wird merklich. Somit ist der Gehalt des Additivele­ ments spezifisch in einem Bereich von 0,7 bis 5 Masseprozent.
Das Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis übersteigt 0,35, wenn der C-Gehalt in der Gesamtzusammensetzung 0,1 Masseprozent ist, erreicht das Maximum (0,45), wenn der C-Gehalt in einem Bereich von 0,3 bis 0,5 Masseprozent liegt und nimmt auf 0,35 ab, wenn der C-Gehalt 0,7 Masseprozent übersteigt. Daher liegt der C-Gehalt zur Verbesserung des Dauerfestigkeitsgrenzverhältnisses auf 0,35 oder mehr in einem Bereich von 0,1 bis 0,7 Masseprozent.
Die mechanische Schmelzsicherung der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt mit einem mechanischen Verfahren verarbeitet, das eine Druckeigenspannung liefert, z. B. Kugelstrahlen, mechanisches Plattieren etc. /oder mit einem metal­ lurgischen Verfahren, das Druckeigenspannung liefert, wie Weichnitrieren etc. Bei diesen Verfahren zur Erzeugung von Druckeigenspannung wird die Ober­ fläche der mechanischen Schmelzsicherung mit einer Druckeigenspannung versehen und die Ermüdungsbeständigkeit wird verbessert, so dass das Dauer­ festigkeitsgrenzverhältnis weiter verbessert wird. Außerdem hat die Weichnitrie­ rung nicht nur die Wirkung, eine Druckeigenspannung zu liefern, sondern auch die Wirkung, die Abriebbeständigkeit zu verbessern, indem die Oberflächenhär­ te der mechanischen Schmelzsicherung verbessert wird. Das Verfahren, me­ chanische Eigenspannung zu liefern und das Weichnitrierungsverfahren sind, wenn beide angegeben werden, in der Reihenfolge nicht spezifisch.
Bei der mechanischen Schmelzsicherung der vorliegenden Erfindung wird be­ vorzugt die Oberfläche mit einem Zinkchromatfilm beschichtet. Bei der mit ei­ nem Zinkchromatfilm beschichteten mechanischen Schmelzsicherung sind die Oberflächenporen wirksam versiegelt und die Oxidation wird durch den Zink­ chromatfilm mit besserer Korrosionsbeständigkeit verhindert. Als Ergebnis wird das Senken der Durchschlagspannung unterdrückt und die Durchschlag- oder Bruchzuverlässigkeit wird weiter verbessert.
Als spezifische Struktur der mechanischen Schmelzsicherung der vorliegenden Erfindung wird diese zwischen zwei Energieübertragungswellen geschaltet und umfasst einen inneren Wulstrand, der an einer Energieübertragungswelle be­ festigt ist, einen äußeren Rand, der an der anderen Energieübertragungswelle befestigt ist und mehrere Arme, um inneren Rand und äußeren Rand zu verbin­ den, die integral gebildet werden.
Gemäß dieser mechanischen Schmelzsicherung bilden die Arme die Bruchteile und die Arme sind mit dem inneren Rand und dem äußeren Rand integriert. Wegen der Einkörperstruktur aus auf Fe basierender Sinterlegierung werden das Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis der Arme (Bruchteile) und die mechanische Festigkeit vom inneren Rand und äußeren Rand auf hohem Grad erhalten und ein weiteres Montageverfahren ist nicht notwendig. Eine solche mechanische Schmelzsicherung wird z. B. als Wellenkupplung verwendet.
Das Herstellungsverfahren der mechanischen Schmelzsicherung der vorliegen­ den Erfindung ist ein Herstellungsverfahren, das für die mechanische Schmelz­ sicherung der vorliegenden Erfindung optimal ist und umfasst eine Kompressi­ onsformstufe zum Verdichten und Formen in eine spezifische Form durch Ver­ wendung eines Mischpulvers aus Eisenpulver und Nickelpulver, Kupferpulver, Molybdänpulver, Ferromanganpulver oder Ferrochrompulver, um den Gehalt an mindestens einem der Elemente Ni, Cr, Mo, Mn und Cu auf 0,7 bis 5 Masse­ prozent einzustellen, und Graphitpulver mit einem C-Gehalt von 0,1 bis 0,7 Masseprozent; eine Sinterstufe, um den grünen Pressling, der bei der Druck­ formstufe erhalten wird, zu sintern und eine Dampfbehandlungsstufe, um den gesinterten Pressling, der bei dem Sinterverfahren erhalten wird, mit Dampf zu behandeln.
Bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist das Materialpul­ ver nicht Eisenlegierungspulver, sondern ein Mischpulver, bei dem Pulver eines Additivelements Eisenpulver zugegeben wird. Als Ergebnis wird die metallurgi­ sche Verbindung der Eisenteilchen in einem Diffusionsverfahren des Additiv­ elements mit Eisen beim Sintern gefördert und die Ermüdungsfestigkeit wird verbessert, während die Matrix der Legierung verstärkt wird.
Die Dampfbehandlung ist eine Behandlung, um Eisenoxid (Fe3O4) in einer At­ mosphäre mit hoher Temperatur und Dampf (z. B. 370 bis 380°C) in dem gesin­ terten Pressling zu bilden und der Dampf durchdringt von der Oberflächen­ schicht aus den gesinterten Pressling bis zum inneren Teil, erreicht die Oberflä­ chenschicht und die Poreninnenwand und diese Teile rosten und eine Eisen­ oxid- (Fe3O4) Phase wird gebildet. Eine solche Eisenoxidphase bildet runde Po­ ren, wie oben erwähnt und die Kerbschlagempfindlichkeit wird gering. Als Er­ gebnis wird die Zugfestigkeit gesenkt, aber die Ermüdungsfestigkeit verbessert und das Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis wird höher. Die Dampfbehandlung kann unter Verwendung eines Gitterbandofens oder eines Tiegelofens, der ho­ hen atmosphärischen Druck aufrechterhalten kann, ausgeführt werden, aber Letzterer ist vorteilhaft, da mehr Oxid in dem tieferen Teil gebildet werden kann.
Als Methode, um runde Poren zu bilden, werden oben die aktivierte Sinterme­ thode, Hochtemperatursintermethode und Flüssigphasensintermethode gezeigt und im Fall der aktivierten Sintermethode muss, da in dem grünen Pressling enthaltenes Graphit durch in dem grünen Pressling enthaltenen Sauerstoff wäh­ rend dem Sintern verbrannt wird und die Menge an bindendem C geringer ist als die Rate des Graphitgehaltes, Graphitpulver zusätzlich zugegeben werden, um den Verlust an C auszugleichen. Die Hochtemperatursintermethode ver­ braucht mehr Heizenergie und ist daher teuer. Bei der Flüssigphasensinterme­ thode verursacht die übermäßige Zugabe eines die flüssige Phase erzeugen­ den Elements ein Absenken des Dauerfestigkeitsgrenzverhältnisses und damit muss die Zugabemenge sorgfältig kontrolliert werden und auch die Dimensi­ onsunterschiede sind groß und die Disposition der Dimensionen bedarf der sorgfältigen Beachtung.
Somit sind verschiedene aktivierte Sintermethoden wirksam, aber die Dampf­ behandlung erfordert solche Sicherheitsmaßnahmen nicht und ist am geeigne­ testen als Mittel, um eine Eisenoxidphase zu bilden, runde Poren zu bilden und das Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis zu verbessern.
Die Herstellungsmethode der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet da­ durch, dass sie weiterhin ein Weichnitrierverfahren nach der Dampfbehandlung umfasst. Wie oben erwähnt, wird durch das Nitrierverfahren Druckeigenspan­ nung erzeugt, die Ermüdungsfestigkeit verbessert und das Dauerfestigkeits­ grenzverhältnis weiter erhöht und die Abriebbeständigkeit gleichzeitig verbes­ sert.
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren, um mechanische Druckei­ genspannung zu liefern, wie Kugelstrahlen, mechanisches Plattieren etc. be­ vorzugt während des oder nach dem Sinterverfahren, dem Dampfbehandlungs­ verfahren und dem Weichnitrierverfahren ausgeübt. Wie oben erwähnt, wird durch das Verfahren zur Erzeugung von mechanischer Druckeigenspannung die Ermüdungsbeständigkeit verstärkt und damit das Dauerfestigkeitsgrenzver­ hältnis verbessert.
Bei dem letzten Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein Film aus flocki­ gen Teilchen aus Zink oder Zinkeisenlegierung auf die Oberfläche mit einem mechanischen Plattierverfahren laminiert und die Zusammensetzung wird wei­ terhin in eine wässrige disperse Lösung eingetaucht, die Metallzinkflocken, Chromsäureanhydrid und Glykol enthält und wird dann erhitzt, so dass die Oberfläche mit einem Zinkchromatfilm beschichtet wird.
Bei dem mechanischen Plattierverfahren werden zusammengesetzte Teilchen, in denen Zinkteilchen oder Zinkeisenlegierungsteilchen an Eisenteilchen haften, auf die gesinterte Oberfläche des Presslings mit der gleichen Technik, wie Ku­ gelstrahlen, gesprüht und die Oberfläche wird mit einem Film aus flockigen Zinkteilchen oder Zinkeisenlegierungsteilchen laminiert. In diesem Fall werden Eisenkernteilchen durch den Aufprall des Sprühens weggeschlagen. Beim nächsten Verfahren wird durch Eintauchen in eine wässrige disperse Lösung, die Metallzinkflocken, Chromsäureanhydrid und Glykol enthält, und dann durch Erhitzen der Zinkchromatfilm gebacken. Die Temperatur dieses Heizverfahrens ist bevorzugt etwa 300°C und sechswertiges Chrom wird durch organisches Material bei diesem Heizverfahren reduziert und wasserunlösliches amorphes nCrO3 × mCr2O3 wird erzeugt, das als Bindemittel dient und laminierte Zinkflo­ cken werden wechselseitig gebunden und ein Zinkchromatfilm wird gebildet.
Die mechanische Schmelzsicherung, die auf diese Weise mit dem Zinkchromat­ film beschichtet wird, hat wirksam versiegelte Oberflächenporen, wie oben er­ wähnt, und die Oxidation wird durch den Zinkchromatfilm verhindert, der eine bessere Korrosionsbeständigkeit hat, und ein Absenken der Durchschlagspan­ nung wird unterdrückt und die Durchschlagzuverlässigkeit wird weiter verbes­ sert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 ist eine Vorderansicht einer mechanischen Schmelzsicherung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine scheibenförmige mechanische Schmelzsicherung 1 aus einer auf Fe basierenden Sinterlegierung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die mechanische Schmelzsicherung 1 ist zwischen zwei Energie­ übertragungswellen, die nicht gezeigt sind, zwischengeschaltet und umfasst ei­ nen inneren Rand 2, um ein Ende einer Energieübertragungswelle zu fixieren, einen äußeren Rand 3, um das Ende der anderen Energieübertragungswelle zu fixieren und mehrere (in diesem Fall drei) Arme 4 um den inneren Rand 2 und den äußeren Rand 3 zu verbinden, die integral gebildet werden.
Der innere Rand 2 und der äußere Rand 3 sind durch mehrere (in diesem Fall 3) kreisförmige Schlitze 5, die zwischen ihnen gebildet werden, geteilt und eine innere periphere Seite der Schlitze 5 ist der innere Rand 2 und eine äußere pe­ riphere Seite ist der äußere Rand 3. Benachbarte Schlitze 5 bilden Arme 4, die sich in radialer Richtung erstrecken. Die Arme 4 bilden Scherflächen und am inneren peripheren Seitenende wird ein Flaschenhalsteil gebildet, der eng ist, der von einer halbkreisförmigen Kerbe 5a, die einen Teil der Schlitze 5 bildet, gehalten wird und dieser Flaschenhalsanteil ist in einen Bruchteil 6 eingesetzt. Der innere Rand 2 und der äußere Rand 3 haben eine spezifische Wanddicke, um die Festigkeit sicherzustellen, die als Strukturglied notwendig ist.
Ein Hammerauge oder Wellenloch 7 wird in der Mitte des inneren Rands 2 ge­ bildet und ein Innengewinde 7a wird im inneren Umfang des Wellenlochs 7 ge­ bildet zum Eingriff in ein Außengewinde, das am Führungsende der einen E­ nergieübertragungswelle gebildet wird. Das Innengewinde 7a wird nach dem Sintern gebildet. Andererseits werden der äußere Rand 3, Bolzenlöcher 8 zur Fixierung der anderen Energieübertragungswelle an Positionen, die den Schlit­ zen 5 entsprechen, gebildet. Bei der mechanischen Schmelzsicherung 1 wird eine Energieübertragungswelle am inneren Rand 2 fixiert, indem das Außen­ gewinde am Führungsende des Innengewindes 7a angezogen wird und die an­ dere Energieübertragungswelle wird an dem äußeren Rand 3 fixiert, indem Bol­ zen durch die Bolzenlöcher 8 getrieben werden. Das bedeutet, die zwei Ener­ gieübertragungswellen werden koaxial durch die mechanische Schmelzsiche­ rung 1 gekuppelt.
Auf diese Weise wird z. B. Drehenergie von der am inneren Rand 2 fixierten Energieübertragungswelle auf die am äußeren Rand 3 fixierte Energieübertra­ gungswelle über die mechanische Schmelzsicherung 1 übertragen. In der Mitte der Übertragung der Drehkraft wird, wenn eine große Differenz zwischen den zwei Wellen verursacht wird, und eine spezifische Bruchspannung auf das Bruchglied 6 ausgeübt wird, das Bruchglied 6 gebrochen und die Energieüber­ tragung durch Kraft abgebrochen.
Beispiele
Die Wirkung der vorliegenden Erfindung wird durch die Beispiele gezeigt. In der vorliegenden Erläuterung bezieht sich die Prozentangabe im Hinblick auf die Mischrate oder die Zusammensetzung auf Masseprozent.
(1) Dampfbehandlung und Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis
Ein Mischpulver aus Eisenpulver wurde hergestellt, dem 0,5% Graphitpulver, 2,0% Kupferpulver und 0,75% Zinkstearatpulver zugegeben wurde und dieses Pulver wurde in einer Stanzvorrichtung auf eine Dichte von 6.5 g/cm3 verdichtet und ein grüner Pressling erhalten. Dieser grüne Pressling wurde in reduzieren­ der Gasathmosphäre bei 1130°C gesintert und ein Sinterpressling wurde erhal­ ten. Der C-Gehalt in diesem Sinterpressling war 0,3% gemäß der Untersuchung der Metalltextur. Der erhaltene Sinterpressling wurde geschnitten und Stücke für den Zugtext und Stücke für den Drehbiegeermüdungstest gemäß Ono wur­ den vorbereitet. Teststücke des Beispiels wurden in Dampf mit 570°C in einem Gitterbandofen und einem Tiegelofen behandelt. Bei jedem Teststück wurde die Zugfestigkeit, Drehbiegeermüdungsfestigkeit und das Dauerfestigkeitsgrenz­ verhältnis (Drehbiegeermüdungsfestigkeit: Zugfestigkeit) gemessen. Die Metall­ textur von jedem Teststück wurde 400-fach vergrößert und die aufgenommenen Bilder wurden mit Bildanalysesoftware (Handelsname: Win ROOF, hergestellt von Mitani Inc.), analysiert und die Fläche von Poren und die periphere Länge von Poren wurde gemessen und die Rundheit bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Wie sich aus Tabelle 1 ergibt, wird durch die Dampfbehandlung die Zugfestig­ keit gesenkt, aber die Rundheit verbessert und die Ermüdungsfestigkeit verbes­ sert und damit das Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis erhöht. Das Dauerfestig­ keitsgrenzverhältnis der Teststücke unter Verwendung des Tiegelofens ist hö­ her als das unter Verwendung des Gitterbandofens. Bei diesem Beispiel war im Vergleich zu der Probe ohne Behandlung das Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis um etwa 80% beim Maximum verbessert. Wenn die Rundheit 0,004 oder mehr war, wurde eine verbessernde Wirkung auf das Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis bestätigt.
(2) Metalladditivelement und Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis
Metallpulver oder Eisenlegierungspulver wurde zugegeben, so dass der Gehalt an einem Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ni, Cu, Mo, Cr und Mn 0,1%, 0,7%, 2%, 5% und 6% war, wobei der Gehalt an Graphitpulver und Zinkstearatpulver, die zu Eisenpulver zugegeben wurden, auf 0,5% bzw. 0,75% fest blieb, und Proben Nr. 1 bis 15 aus Mischpulver wurden hergestellt, wie in Tabelle 2 gezeigt. Jedes Mischpulver wurde mit der Stanzanordnung auf eine Dichte von 6,5 g/cm3 komprimiert und ein grüner Pressling wurde erhalten und der grüne Pressling wurde in reduzierender Gasatmosphäre bei 1130°C gesintert und ein Sinterpressling wurde erhalten. Der C-Gehalt in dem Sin­ terpressling war 0,3% gemäß Untersuchung der Metalltextur. Der erhaltene Sin­ terpressling wurde geschnitten und Zugteststücke und Drehbiegeermüdungs­ teststücke gemäß Ono wurden vorbereitet. Die Teststücke wurden in Dampf mit 570°C in einem Gitterbandofen behandelt. Bei jedem Teststück wurden die Zugfestigkeit, die Drehbiegeermüdungsfestigkeit und das Dauerfestigkeits­ grenzverhältnis gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
Wie sich aus Tabelle 2 ergibt, ist die Verbesserungsrate der Zugfestigkeit hoch bis zu einem Gehalt von etwa 2% bei allen Elementen und wird eher mäßig bei höheren Gehalten. Von den Elementen trägt Ni am meisten zur Verbesserung der Zugfestigkeit bei und die verbessernde Wirkung wird kleiner in der Reihen­ folge Cu, Mo, Cr und Mn. Es ist daher möglich, den Grad an statischer Festig­ keit einzustellen durch die Art des Additivelements. Die Relation von Additiv­ element und seinem Gehalt zu der Ermüdungsfestigkeit ist ähnlich der der Zug­ festigkeit.
Das Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis wird ohne Additivelement als <0,3 vorher­ gesagt. Wenn der Gehalt an Additivelement ansteigt, wird das Dauerfestigkeits­ grenzverhältnis höher und erreicht ein Maximum von 0,43 bei einem Gehalt von 2 bis 3,5% und nimmt bei höheren Gehalten ab. Der Bereich des Gehalts für das Additivelement zur Verbesserung des Dauerfestigkeitsgrenzverhältnisses auf 0,35 oder mehr ist 0,7 bis 5%.
(3) C-Gehalt und Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis
Bei gleichbleibendem Gehalt an Kupferpulver und Zinkstearatpulver in Eisen­ pulver mit 2,0 bzw. 0,75% wurden Mischpulver hergestellt, bei denen der Gehalt an Graphitpulver verändert wurde, d. h. 0,2%, 0,3%, 0,5%, 1% und 1, 1%. Diese Mischpulver wurden verdichtet, gesintert und mit Dampf auf gleiche Weise wie in (2) behandelt und Teststücke wurden erhalten. Die C-Gehalte bei diesen Teststücken waren 0,02%, 0,10%, 0.30%, 0,70% bzw. 0,80%. Die Metalltextur der Probe mit 0,02% C konnte nicht untersucht werden und wurde chemisch analysiert. Bei anderen Proben wurde der C-Gehalt durch Metalltextur be­ stimmt. Bei jedem Teststück wurden die Zugfestigkeit, Drehbiege­ ermüdungsfestigkeit und das Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 3
Wie sich aus Tabelle 3 ergibt, wird, wenn der C-Gehalt in einem Bereich von 0,10 bis 0,70% liegt, das Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis 0,35 oder mehr, das Maximum von 0,43 wird bei einem C-Gehalt von 0,3 bis 0,5% erhalten. Um ein relativ hohes Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis sicherzustellen, sollte der C- Gehalt in einem Bereich von 0,15 bis 0,6% liegen.
(4) Weichnitrierung und Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis
Ein Mischpulver aus Eisenpulver wurde hergestellt, dem 0,5% Graphitpulver, 2,0% Kupferpulver und 0,75% Zinkstearatpulver zugegeben wurden und dieses Mischpulver wurde verdichtet, gesintert und in Dampf auf gleiche Weise wie in (2), behandelt und Teststücke wurden erhalten. Als Gasweichnitrierbehandlung wurden die Teststücke in Ammoniakgas 60 Minuten lang auf 580°C erhitzt. Bei dem mit Gas weich nitrierten Stück und dem Kontrollstück (nur Dampfbehand­ lung) wurden die Zugfestigkeit, die Drehbiegeermüdungsfestigkeit und das Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Tabelle 4
Wie sich aus Tabelle 4 ergibt, wurde durch die Gasweichnitrierbehandlung die Ermüdungsfestigkeit verbessert und es wurde bestätigt, dass das Dauerfestig­ keitsgrenzverhältnis erheblich verbessert war. Es wird angenommen, dass durch die Gasweichnitrierbehandlung Druckeigenspannung vermittelt wird.
(5) Zinkchromatbehandlung und Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis
Bei Probe Nr. 8 (dampfbehandelt) in Tabelle 2 wurde eine Zinkchromatbehand­ lung angewendet. Für diese Behandlung wurde Dacrodized (Markenzeichen), das von Dacro Shamrock Japan Co., Ltd. erzeugt wird, verwendet. Bei der Be­ handlung wurden zuerst zusammengesetzte Teilchen aus Zinkeisenlegierungs­ teilchen mit der gleichen Technik wie Kugelstrahlen, aufgesprüht und ein Film aus flockenartigen Zinkeisenlegierungsteilchen wurde auf der Oberfläche durch mechanische Beschichtung laminiert. Dann wurde in eine wässrige disperse Lösung, die Metallzinkflocken, Chromsäureanhydrid und Glykol enthielt, einge­ taucht und 12 Stunden auf 300°C erhitzt und ein Zinkchromatfilm wurde geba­ cken.
Bei den Proben mit und ohne Zinkchromatbehandlung (beide von Probe 8 in Tabelle 2 genommen), wurde ein Salzsprühtest gemäß JIS Z 2371 200 Stunden lang durchgeführt und die Zugfestigkeit, Drehbiegeermüdungsfestigkeit und das Dauerfestigkeitsgrenzverhältnis wurden bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.
Tabelle 5
Ein Vergleich von Probe Nr. 8 zwischen Tabelle 5 und Tabelle 2 zeigt, dass das mit Zinkchromat behandelte Teststück bezüglich des Dauerfestigkeitsgrenzver­ hältnisses nach dem Salzsprühtest nicht verändert war, es ist aber bekannt, dass die Zugfestigkeit und Ermüdungsfestigkeit bei dem Teststück ohne Be­ handlung extrem gesenkt war und dass auch das Dauerfestigkeitsgrenzverhält­ nis erniedrigt war. Bei der behandelten Probe wurde beobachtet, dass das Aus­ sehen eine silberweiße Farbe behielt nach dem Salzsprühtest und es wurde festgestellt, dass die Oberfläche versiegelt war und die Korrosionsbeständigkeit verbessert war. Im Gegensatz dazu sammelte sich bei der Kontrollprobe roter Rost auf der Oberfläche und es wird davon ausgegangen, dass Rost tiefer nach innen sich ausbreitet, da die Zugfestigkeit und die Ermüdungsfestigkeit gesenkt waren.

Claims (15)

1. Mechanische Schmelzsicherung, die aus einer auf Fe basierenden Sinterlegierung aufgebaut ist.
2. Mechanische Schmelzsicherung nach Anspruch 1, wobei die Rundheit der Poren der auf Fe basierenden Sinterlegierung 0,004 oder mehr ist.
3. Mechanische Schmelzsicherung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Eisenoxidphase in der Oberflächenschicht und der Poreninnenwand gebildet wird.
4. Mechanische Schmelzsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens eines der Elemente Ni, Cu, Mo, Cr und Mn mit 0,7 bis 5 Mas­ seprozent enthalten ist und der C-Gehalt in der Gesamtzusammensetzung 0,1 bis 0,7 Masseprozent ist.
5. Mechanische Schmelzsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Behandlung angewendet wird, um eine Druckeigenspannung zu ver­ mitteln.
6. Mechanische Schmelzsicherung nach Anspruch 5, wobei die Behandlung zur Erzeugung einer Druckeigenspannung Kugelstrahlen ist.
7. Mechanische Schmelzsicherung nach Anspruch 5, wobei die Behandlung zur Erzeugung einer Druckeigenspannung mechanisches Plattieren ist.
8. Mechanische Schmelzsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Weichnitrierbehandlung angewendet wird.
9. Mechanische Schmelzsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Zinkchromatfilm auf die Oberfläche aufgetragen wird.
10. Mechanische Schmelzsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die mechanische Schmelzsicherung zwischen zwei Energieübertragungs­ wellen geschaltet ist und einen inneren Rand umfasst, der an einer Ener­ gieübertragungswelle befestigt ist und einen äußeren Rand, der an der anderen Energieübertragungswelle befestigt ist und mehrere Arme, um äußeren und inneren Rand zu verbinden, die integral gebildet werden.
11. Herstellungsverfahren für eine mechanische Schmelzsicherung umfas­ send: eine Kompressions- oder Verdichtungsstufe, um ein Mischpulver aus Eisenpulver und Nickelpulver, Kupferpulver, Molybdänpulver, Ferro­ manganpulver oder Ferrochrompulver, so dass der Gehalt an mindestens einem Element aus Ni, Cu, Mo, Cr und Mn 0,7 bis 5 Masseprozent ist, und aus Graphitpulver, so dass der C-Gehalt 0,1 bis 0,7 Masseprozent ist, zu einer spezifischen Form zu pressen und eine Sinterstufe, um den in der Verdichtungsstufe erhaltenen grünen Pressling in einer nicht oxidierenden Atmosphäre zu sintern.
12. Herstellungsverfahren für eine mechanische Schmelzsicherung gemäß Anspruch 11, wobei sich an die Sinterstufe eine Dampfbehandlungsstufe anschließt, um den gesinterten Pressling mit Dampf zu behandeln.
13. Herstellungsverfahren für eine mechanische Schmelzsicherung gemäß Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei sich an die Sinterstufe oder Dampf­ behandlungsstufe eine Weichnitrierstufe anschließt.
14. Herstellungsverfahren für eine mechanische Schmelzsicherung gemäß ei­ nem der Ansprüche 11 bis 13, wobei eine Druckeigenspannung während oder nach der Sinterstufe, Dampfbehandlungsstufe oder Weichnitrierstufe vermittelt wird.
15. Herstellungsverfahren für eine mechanische Schmelzsicherung gemäß ei­ nem der Ansprüche 11 bis 14, das weiter eine letzte Stufe umfaßt, um ei­ nen Film aus Zink oder Zinkeisenlegierungsflockenteilchen auf die Ober­ fläche durch mechanisches Plattieren, Eintauchen in eine wässrige disper­ se Lösung, die Metallzinkflocken, Chromsäureanhydrid und Glykol enthält, und Erhitzen zu laminieren, um die Oberfläche mit einem Zinkchromatfilm zu überziehen.
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