DE102017108716A1

DE102017108716A1 - Wälzkontakt-Wellenteil

Info

Publication number: DE102017108716A1
Application number: DE102017108716.8A
Authority: DE
Inventors: Wataru Yoshida
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2017-04-24
Publication date: 2017-11-02
Also published as: CN107420412A; US20170314117A1; JP2017197829A

Abstract

Ein Wälzkontakt-Wellenteil, welches aus einem kohlenstoffreichen Stahl hergestellt ist und dessen äußere Umfangsoberfläche als eine Wälzkontaktoberfläche dient, die mit einem Kontaktmaterial in Wälzkontakt steht, beinhaltet: eine karbonitrierte Schicht mit einem Kohlenstoffgehalt von 1,1 bis 1,6 wt% und einem Stickstoffgehalt von 0,05 bis 0,6 wt% in einem Bereich von der Oberfläche bis zu einer Tiefe von 10 μm. Das Wälzkontakt-Wellenteil hat eine Vickershärte von 700 bis 840 HV an der äußeren Umfangsoberfläche und hat eine Vickershärte von 600 HV oder weniger in seinem mittigen Abschnitt. Ein Maximalwert eines Absolutwertes eines Gradienten einer Änderung in der Vickershärte von der äußeren Umfangsoberfläche zu dem mittigen Abschnitt beträgt 100 bis 340 HV/mm.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wälzkontakt-Wellenteile bzw. Wälzkontakt-Achsenteile, die mit einem Kontaktmaterial in Wälzkontakt stehen bzw. sind.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Eine Kipphebelart, die in Ventilsystemen von Automotoren etc. verwendet wird, ist ein Rollen-Kipphebel mit einer Kipphebelrolle. In dem Rollen-Kipphebel ist die Kipphebelrolle, die einen Nocken berührt, über eine Welle bzw. eine Achse drehbar an dem Kipphebel befestigt. In solch einem Kipphebel steht bzw. ist die innere Umfangsoberfläche der Kipphebelrolle mit der äußeren Umfangsoberfläche der Welle in Wälzkontakt. Um ein Brechen der Welle zu verhindern und die Wälzlebensdauer der Welle zu verlängern, wird vorgeschlagen, einen Stahlwerkstoff bzw. ein Stahlmaterial in einem Produktionsvorgang der Welle zu verbessern. Beispielsweise schlägt die japanische Patentanmeldung JP 2008-63603 A ein Verfahren zum Produzieren bzw. zur Erzeugung einer Welle vor, welches das Vorbereiten eines aus Stahl hergestellten Teils, Karbonitrieren, Kühlen, Induktionshärten, Anlassen und Endbearbeitung beinhaltet.
Jedoch, da das in der JP 2008-63603 A beschriebene Verfahren viele Wärmebehandlungsvorgänge aufweist, sind die Herstellungskosten hoch und es benötigt viel Zeit, eine Welle zu produzieren. Die Erfinder forschten intensiv, um die Wälzlebensdauer von Wellenteilen (Wälzkontakt-Wellenteilen) zu verlängern, die mit einem Kontaktmaterial in Wälzkontakt stehen und vollendeten die vorliegende Erfindung basierend auf einer neuen Idee.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wälzkontakt-Wellenteil vorzusehen, welches eine verlängerte Wälzlebensdauer aufweist und das mit geringen Kosten hergestellt werden kann, indem eine vorbestimmte Härteverteilung von der Oberfläche des Wälzkontakt-Wellenteils nach innen erreicht wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Wälzkontakt-Wellenteil, welches aus einem Hartstahl bzw. einem kohlenstoffreichen Stahl hergestellt ist und dessen äußere Umfangsoberfläche als eine Wälzkontaktoberfläche dient, die mit einem Kontaktmaterial in Wälzkontakt steht, in einem Bereich von einer Oberfläche bis zu einer Tiefe von 10 μm eine karbonitrierte Schicht mit einer Kohlenstoffkonzentration bzw. einem Kohlenstoffgehalt von 1,1 bis 1,6 wt% (Gewichtsprozent) und einer Stickstoffkonzentration bzw. einem Stickstoffgehalt von 0,05 bis 0,6 wt%. Das Wälzkontakt-Wellenteil weist eine Vickershärte von 700 bis 840 HV an der äußeren Umfangsoberfläche auf und weist eine Vickershärte von 600 HV oder weniger in seinem mittigen Abschnitt auf und ein Maximalwert eines Absolutwerts eines Gradienten einer Änderung in der Vickershärte von der äußeren Umfangsoberfläche zu dem mittigen Abschnitt beträgt 100 bis 340 HV/mm.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorhergehenden und nachfolgenden Merkmale und Vorteile der Erfindung werden mit Hilfe der nachfolgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, wobei gleiche Nummerierungen dazu verwendet werden, gleiche Elemente zu kennzeichnen, und wobei:
1A eine partielle Vorderansicht eines Rollen-Kipphebels zeigt, der ein Wälzkontakt-Wellenteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet;
1B eine Schnittansicht geschnitten entlang der Linie A-A in 1A zeigt;
2A eine perspektivische Ansicht des in den 1A, 1B gezeigten Wälzkontakt-Wellenteils zeigt;
2B eine Schnittansicht geschnitten entlang der Linie B-B in 2A zeigt;
3 einen Graphen zeigt, der die Härteverteilung in einem Abschnitt des in den 2A, 2B gezeigten Wälzkontakt-Wellenteils schematisch abbildet;
4 ein Flussdiagramm zeigt, welches ein Verfahren zum Produzieren des in den 2A, 2B gezeigten Wälzkontakt-Wellenteils darstellt;
5 eine schematische Darstellung zeigt, die ein Beispiel einer Wärmebehandlungseinrichtung zeigt, die dazu verwendet wird, das in den 2A, 2B gezeigte Wälzkontakt-Wellenteil zu produzieren;
6 eine Darstellung zeigt, welche Wärmebehandlungsbedingungen im Beispiel 1 abbildet;
7 eine Darstellung zeigt, welche Wärmebehandlungsbedingungen im Vergleichsbeispiel 1 abbildet;
8 eine Darstellung zeigt, welche Wärmebehandlungsbedingungen im Vergleichsbeispiel 2 abbildet;
9 eine Darstellung zeigt, welche Wärmebehandlungsbedingungen im Vergleichsbeispiel 3 abbildet; und
10 eine Darstellung zeigt, welche Wärmebehandlungsbedingungen im Vergleichsbeispiel 4 abbildet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Wälzkontakt-Wellenteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen beschrieben. Das Wälzkontakt-Wellenteil gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann als eine Welle bzw. Achse (Kipphebelrollenwelle bzw. Kipphebelrollenachse) verwendet werden, die eine in einem Kipphebel beinhaltete Kipphebelrolle drehbar lagert. 1A zeigt eine partielle Vorderansicht eines Rollen-Kipphebels, der ein Wälzkontakt-Wellenteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet. 1B zeigt eine Schnittansicht, geschnitten entlang der Linie A-A in 1A. 2A zeigt eine perspektivische Ansicht des in den 1A, 1B gezeigten Wälzkontakt-Wellenteils. 2B zeigt eine Schnittansicht, geschnitten entlang der Linie B-B in 2A.
Wie in den 1A und 1B gezeigt, beinhaltet ein Rollenkipphebel 1 einen Kipphebelkörper 10, eine Kipphebelrollenwelle bzw. Kipphebelrollenachse (nachfolgend manchmal vereinfacht bezeichnet als die Welle) 11 und eine Kipphebelrolle 12, die einen Nocken 2 berührt bzw. kontaktiert. Der Kipphebelkörper 10 beinhaltet an seinem einen Ende ein Paar gegabelter Wandabschnitte 10A, 10B. Die Wandabschnitte 10A, 10B haben entsprechende Durchgangslöcher 10C, die koaxial ausgebildet sind. Die Welle 11 ist in die Durchgangslöcher 10C eingepasst und an den Wandabschnitten 10A, 10B befestigt/fixiert. Die Kipphebelrolle 12 ist zwischen den Wandabschnitten 10A, 10B platziert und drehbar/rotierbar an der Welle 11 befestigt. In diesem Rollen-Kipphebel 1 ist bzw. steht eine innere Umfangsoberfläche 12A der Kipphebelrolle 12 mit einer äußeren Umfangsoberfläche 11A der Welle 11 in Wälzkontakt. Beide Enden 11B, 11C der Welle 11 sind durchsetzgefügt bzw. geclincht, wodurch die Welle 11 an den Wandabschnitten 10A, 10B des Kipphebelkörpers 10 befestigt ist.
Die Welle 11 ist ein säulenförmiges Teil, wie in den 2A, 2B gezeigt. Die Welle 11 ist aus einem Hartstahl bzw. einem kohlenstoffreichen Stahl (Kohlenstoffgehalt von 0,7 bis 1,1 wt%) hergestellt. Die Welle 11 hat eine karbonitrierte Schicht 11D in ihrem Oberflächenschichtabschnitt. Die karbonitrierte Schicht 11D ist durch eine Karbonitrierungsbehandlung ausgebildet. Da die Welle 11 aus einem kohlenstoffreichen Stahl hergestellt ist, ist die karbonitrierte Schicht 11D in dem Oberflächenschichtabschnitt ausgebildet und die Welle 11 wird dazu veranlasst, eine vorbestimmte Härteverteilung von der Oberfläche in Richtung des Inneren, wie nachfolgend beschrieben, aufzuweisen. Dies kann die Wälzlebensdauer effektiv verlängern. Wenn jedoch, z. B., kohlenstoffarmer Stahl verwendet wird, kann die Wälzlebensdauer kaum verlängert werden, selbst wenn die karbonitrierte Schicht 11D an der Oberfläche der Welle ausgebildet ist und die Welle dazu veranlasst wird, eine vorbestimmte Härteverteilung von der Oberfläche in Richtung des Inneren aufzuweisen. Daher wird kohlenstoffreicher Stahl für die Welle 11 verwendet. Jeder kohlenstoffreiche Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,7 bis 1,1 wt% kann verwendet werden. Beispiele eines solchen kohlenstoffreichen Stahls beinhalten kohlenstoffreiche Chrom-Lagerstähle, wie bspw. SUJ2 und SUJ3.
Die Welle 11 hat die karbonitrierte Schicht 11D in ihrem Oberflächenschichtabschnitt. Die Welle 11 beinhaltet daher eine große Menge Mischkristalle aus Kohlenstoff und Stickstoff nahe ihres Oberflächenschichtabschnitts. Folglich hat die Welle 11 große Druckeigenspannungen an ihrer Oberfläche und es ist weniger wahrscheinlich, dass sie durch Wälzkontakt mit der Kipphebelrolle 12 bricht. Die Wälzlebensdauer der Welle kann somit verlängert werden.
Die karbonitrierte Schicht 11D hat in dem Bereich von ihrer Oberfläche bis zu der Tiefe von 10 μm einen Kohlenstoffgehalt von 1,1 bis 1,6 wt%. Wenn der Kohlenstoffgehalt geringer ist als 1,1 wt%, hat die Welle 11 keine ausreichende Festigkeit in ihrer Oberflächenstruktur und es ist schwierig, die Wälzlebensdauer der Welle 11 zu verlängern. Wenn der Kohlenstoffgehalt größer ist als 1,6 wt%, beinhaltet die Welle 11 eine größere Menge grober Karbide in ihrer Oberflächenstruktur und hat daher eine größere Anzahl an Ausgangspunkten bzw. Startpunkten für Risse. In diesem Fall bricht die Welle 11 leichter und es ist schwierig, die Wälzlebensdauer der Welle 11 zu verlängern.
Die karbonitrierte Schicht 11D hat in dem Bereich von ihrer Oberfläche bis zu der Tiefe von 10 μm einen Stickstoffgehalt von 0,05 bis 0,6 wt%. Wenn der Stickstoffgehalt geringer ist als 0,05 wt%, kann die Wälzlebensdauer der Welle 11 kaum verlängert werden. Wenn der Stickstoffgehalt größer ist als 0,6 wt%, beinhaltet die Welle 11 eine größere Menge an Restaustenit. Folglich hat die Welle 11 eine geringere Oberflächenhärte und somit eine kürzere Wälzlebensdauer.
Die Welle 11 hat eine Vickershärte von 700 bis 840 HV an ihrer äußeren Umfangsoberfläche 11A. Wenn die Vickershärte an der äußeren Umfangsoberfläche 11A geringer ist als 700 HV, ist die äußere Umfangsoberfläche 11A zu weich um als eine Oberfläche zu dienen, die mit der Kipphebelrolle 12 in Wälzkontakt steht, und es kann keine lange Wälzlebensdauer erwartet werden. Wenn die Vickershärte an der äußeren Umfangsoberfläche 11A größer ist als 840 HV, hat die Welle 11 eine geringere Schlagfestigkeit. Die Vickershärte an der äußeren Umfangsoberfläche 11A beträgt vorzugsweise 720 bis 840 HV. Dies kann die Wälzlebensdauer der Welle 11 signifikant verlängern. Die Vickershärte an der äußeren Umfangsoberfläche 11A wird in der Längsrichtung der Welle 11 in dem Mittelabschnitt gemessen.
Die Welle 11 hat in ihrem mittigen Abschnitt M eine Vickershärte von 600 HV oder weniger. Dies kann die Wälzlebensdauer der Welle 11 erhöhen. Die Vickershärte in dem mittigen Abschnitt M beträgt vorzugsweise 550 HV oder weniger. Dies stellt sicher, dass die Welle 11 eine ausreichende Härtedifferenz zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 11A und dem mittigen Abschnitt M aufweist. Die Wälzlebensdauer der Welle 11 kann somit signifikant verlängert werden. Die Vickershärte in dem mittigen Abschnitt M beträgt vorzugsweise 350 HV oder mehr. Wenn die Vickershärte in dem mittigen Abschnitt M geringer ist als 350 HV, kann die Welle 11 eine nicht ausreichende Druckfestigkeit aufweisen.
3 zeigt einen Graphen, der die Härteverteilung in einem Abschnitt, der in den 2A, 2B gezeigten Welle 11 schematisch darstellt. 3 zeigt die Härteverteilung von der äußeren Umfangsoberfläche 11A ausgehend zu dem mittigen Abschnitt M der Welle 11. Der Maximalwert Smax des Absolutwertes des Gradienten S der Änderung in der Vickershärte von der äußeren Umfangsoberfläche 11A zu dem mittigen Abschnitt M der Welle 11 (nachfolgend wird der Maximalwert Smax manchmal als der ”Maximalgradient Smax” bezeichnet) beträgt 100 bis 340 HV/mm. Wie in 3 gezeigt, nimmt die Vickershärte von der äußeren Umfangsoberfläche 11A in Richtung des mittigen Abschnitts M der Welle 11 ab. In diesem Fall ist es für den Gradienten S (HV/mm) der Änderung in der Vickershärte wichtig, die spezifischen Anforderungen zu erfüllen, um die Wälzlebensdauer der Welle 11 zu verlängern. Wie vorstehend beschrieben, ist es für den Maximalgradienten Smax der Änderung in der Vickershärte wichtig, 100 bis 340 HV/mm zu betragen. Mit dem Maximalgradienten Smax in diesem Bereich kann die Lebensdauer der Welle 11 verlängert werden.
Wenn der Maximalgradient Smax geringer ist als 100 HV/mm, hat die Welle 11 keinen Abschnitt, in dem sich die Vickershärte signifikant verändert. Die Welle 11 hat daher kleine Druckeigenspannungen und die Wälzlebensdauer der Welle 11 kann nicht verlängert werden. Wenn der Maximalgradient Smax größer ist als 340 HV/mm, hat die Welle 11 große Zugeigenspannungen und hat damit keine ausreichende Festigkeit. Die Welle 11 kann dadurch schnell unbrauchbar werden.
Der Maximalgradient Smax beträgt vorzugsweise 170 bis 340 HV/mm. Der Maximalgradient Smax ist in diesem Bereich dazu geeignet, die Lebensdauer der Welle 11 zu verlängern.
In der vorliegenden Erfindung ist mit dem Gradienten S (HV/mm) der Änderung in der Vickershärte die Steigung in dem Graphen gemeint, der die Änderung in der Vickershärte von der äußeren Umfangsoberfläche 11A zu dem mittigen Abschnitt M der Welle 11 darstellt, wie in 3 gezeigt. Die Steigung (Gradient S) hat üblicherweise einen negativen Wert. Der Gradient S kann verschiedene Werte gemäß der von der Oberfläche ausgehenden Tiefe aufweisen. Von dem Gradient S, der gemäß der Tiefe variiert, ist der Gradient S, der den größten Absolutwert aufweist, der Maximalwert Smax des Absolutwerts des Gradienten S (Maximalgradient Smax).
In der vorliegenden Ausführungsform kann der Gradient S durch das nachfolgende Verfahren erhalten werden. In dem Abschnitt der Welle 11 wird die Vickershärte in regelmäßigen Abständen in einem vorbestimmten Abstandsmaß (0,1 mm) von der äußeren Umfangsoberfläche 11A zu dem mittigen Abschnitt M gemessen. Nachfolgend wird ein Verteilungsdiagramm der Vickershärte mit Bezug zu der Tiefe basierend auf den gemessenen Werten erzeugt, und der Maximalgradient Smax wird basierend auf diesem Verteilungsdiagramm berechnet. Zu diesem Zeitpunkt kann der Maximalgradient Smax bestimmt werden, indem Gradienten zwischen zwei Messpunkten erhalten werden und die Gradienten miteinander verglichen werden.
In der Welle 11 ist es vorzuziehen, dass x/d 0,05 bis 0,3 beträgt, wobei x die Position (Tiefe von der äußeren Umfangsoberfläche 11A der Welle 11) darstellt, an dem die Welle 11 den Maximalgradienten Smax aufweist, und d die Tiefe des mittigen Abschnitts M darstellt. Wenn x/d geringer ist als 0,5, verändert sich die Vickershärte nahe der äußeren Umfangsoberfläche 11A der Welle 11 signifikant. Die Leistung der Welle 11 kann daher nicht stabil/beständig sein. Wenn x/d mehr ist als 0,3, weist die Welle 11 an einer tiefen Position den Maximalgradienten Smax auf und hat an ihrer Oberfläche kleine Druckeigenspannungen. Folglich kann die Lebensdauer der Welle 11 nicht verlängert werden. Die Tiefe d des mittigen Abschnitts M entspricht dem Radius der Welle 11.
Die Welle 11 hat eine Vickershärte von 210 bis 300 HV an ihren Endflächen 11B, 11C. Die Endflächen 11B, 11C der Welle 11 können daher, verglichen mit der äußeren Umfangsoberfläche 11A der Welle 11 einfacher plastisch verformt werden. Folglich, wie in den 1A, 1B gezeigt, kann die Welle 11 an dem Kipphebelkörper 10 durch Durchsetzfügen bzw. Clinchen der Endflächen 11B, 11C der Welle 11 befestigt sein.
Obwohl die Größe der Welle 11 nicht speziell begrenzt ist, ist es vorzuziehen, dass der Durchmesser der Welle 11 3,5 mm oder mehr beträgt. Wenn der Durchmesser der Welle 11 geringer ist als 3,5 mm, ist es nicht einfach, die vorstehende Härteverteilung von der äußeren Umfangsoberfläche 11A zu dem mittigen Abschnitt M der Welle 11 zu erzielen. Es ist vorzuziehen, dass der Durchmesser der Welle 11 30 mm oder weniger beträgt. Wenn der Durchmesser der Welle 11 größer ist als 30 mm, kann die Wälzlebensdauer der Welle 11 nicht so sehr verlängert werden.
Diese Welle 11 hat eine vorbestimmte Härteverteilung von der äußeren Umfangsoberfläche 11A in Richtung des Inneren, und hat an ihren Endflächen 11B, 11C eine geringe Härte. Die Welle 11 ist daher eine Welle, die eine lange Wälzlebensdauer aufweist und die durch Durchsetzfügen bzw. Clinchen befestigt werden kann.
Zum Beispiel kann die Welle 11 durch ein Verfahren hergestellt werden, welches die folgenden Schritte beinhaltet: (a) Karbonitrieren und Abschrecken eines wellenförmigen Werkstücks; (b) Anlassen des karbonitrierten, abgeschreckten Werkstücks durch Eintauchen des Werkstücks in eine Kühlflüssigkeit und induktives Erwärmen des Werkstücks, welches in der Kühlflüssigkeit eingetaucht ist; (c) Endbearbeiten des angelassenen Werkstücks, wobei in Schritt (b) das Werkstück induktiv erhitzt wird, und seine Endflächen von einer Vorrichtung abgedeckt sind.
Das Verfahren zum Herstellen der Welle 11 wird nachfolgend beschrieben. 4 zeigt ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zur Herstellung des in den 2A, 2B gezeigten Wälzkontakt-Wellenteils (Welle) darstellt.

(1) Als erstes wird ein Stahlwerkstoff bzw. ein Stahlmaterial, welches aus einem kohlenstoffreichen Stahl hergestellt ist, einer groben Bearbeitung, wie bspw. schmiedender oder spanender Bearbeitung ausgesetzt. Das bedeutet, Vorbearbeitung wird durchgeführt, um einen geformten Werkstoff (Werkstück) W1 der Welle 11 mit einer Säulenform zu erzeugen (Schritt S1 in 4).
(2) Als nächstes wird das gerade erzeugte Werkstück W1 karbonitriert und abgeschreckt, um ein Werkstück W2 mit einer karbonitrierten Schicht an seiner Oberfläche zu erzeugen (Schritt S2 in 4). Zum Beispiel wird das Werkstück W1 unter den folgenden Bedingungen karbonitriert und abgeschreckt. Das Werkstück W1 wird erwärmt/erhitzt und bei 850 bis 900°C für eine vorbestimmte Zeit in einer Karbonitrierungsatmosphäre mit einem Kohlenstoffpegel bzw. einem Kohlenstoffpotenzial von 1,1 bis 1,3% und einem Ammoniakgasgehalt bzw. einer Ammoniakgaskonzentration von 2 bis 7 vol% gehalten und wird dann schnell auf eine vorbestimmte Temperatur gekühlt.

Vorzugsweise beträgt das Kohlenstoffpotenzial der Karbonitrierungsatmosphäre 1,1 bis 1,3% beträgt. Die Verwendung der Karbonitrierungsatmosphäre mit einem Kohlenstoffpotenzial von 1,1% oder mehr ermöglicht dem Werkstück W2 an seiner Oberfläche eine ausreichende Härte aufzuweisen. Die Verwendung der Karbonitrierungsatmosphäre mit einem Kohlenstoffpotenzial von 1,3% oder weniger kann die Bildung einer übermäßig aufgekohlten Struktur an der Oberfläche des Werkstücks W2 beschränken.
Vorzugsweise beträgt die Ammoniakgaskonzentration der Karbonitrierungsatmosphäre 2 bis 7 vol%. Die Verwendung der Karbonitrierungsatmosphäre mit einer Ammoniakgaskonzentration von 2 vol% oder mehr kann die Bildung einer übermäßig aufgekohlten Struktur beschränken und kann den Widerstand zur Härtegraderweichung erhöhen, die durch das nachfolgende Anlassen verursacht bzw. bewirkt wird. Die Verwendung der Karbonitrierungsatmosphäre mit einer Ammoniakgaskonzentration von 7 vol% oder weniger kann Versprödung aufgrund übermäßiger Nitrierung verhindern.
Vorzugsweise beträgt die Temperatur, auf die das Werkstück W1 erhitzt wird und in der Karbonitrierungsatmosphäre gehalten wird, 850 bis 900°C. Das Aufheizen und Halten des Werkstücks W1 bei einer Temperatur von 850°C oder mehr kann eine ausreichende karbonitrierte Schicht ausbilden. Aufheizen und Halten des Werkstücks W1 bei einer Temperatur von 900°C oder weniger kann die Einführung einer übermäßigen Menge Kohlenstoff in das Werkstück W1 beschränken und somit die Bildung einer übermäßig aufgekohlten Struktur in dem Werkstück W2 beschränken, welches durch Karbonitrieren und Abschrecken des Werkstücks W1 hergestellt wird, und kann das Ausflocken grober Karbide und Karbonitride beschränken.
Obwohl die Zeit, für die das Werkstück W1 aufgeheizt und gehalten wird, nicht speziell begrenzt ist, ist es vorzuziehen, dass das Werkstück W1 für 4 Stunden oder mehr aufgeheizt und gehalten wird. Dies kann eine ausreichende Aufkohlungstiefe erzielen. Zum Beispiel wird das schnelle Abkühlen nach dem Aufheizen durch Ölabschreckung in einem Abschreckölbad durchgeführt. Die Ölbadtemperatur des Abschrecköls beträgt üblicherweise 60 bis 180°C. Die vorstehenden Bedingungen zum Karbonitrieren und Abschrecken können, wenn gewünscht, gemäß der Größe des Werkstücks W1 etc. verändert werden.

(3) Nachfolgend wird das Werkstück W2, welches durch Karbonitrieren und Abschrecken des Werkstücks W1 erzeugt wird, angelassen, um ein Werkstück W3 herzustellen (Schritt S3 in 4). Zum Beispiel wird diese Anlassbehandlung dadurch durchgeführt, dass das Werkstück W2 in eine Kühlflüssigkeit getaucht wird, das Werkstück W2, welches in der Kühlflüssigkeit eingetaucht ist, für eine vorbestimmte Zeit induktiv erhitzt wird und anschließend das Werkstück W2 in der Kühlflüssigkeit gekühlt wird. Zum Beispiel kann das Werkstück W2 alternativ zwangsweise durch Luft gekühlt werden oder durch ermöglichen, in stehender Luft gekühlt zu werden etc. Zu diesem Zeitpunkt sind die beiden Endflächen des Werkstücks W2 durch eine Vorrichtung abgedeckt, und in diesem Zustand wird die induktive Erwärmung durchgeführt.

In dieser Anlassbehandlung kann die Anlasstemperatur der äußeren Umfangsoberfläche des Werkstücks W2 (äußere Umfangsoberflächentemperatur) niedriger gemacht sein als die Anlasstemperatur des mittigen Abschnitts des Werkstücks W2 (innere Temperatur). Dies kann eine Abnahme des Restaustenits in der Anlassbehandlung beschränken und kann Druckeigenspannungen erhöhen. Es ist vorzuziehen, dass die Differenz zwischen der äußeren Umfangsoberflächentemperatur und der inneren Temperatur (der inneren Temperatur minus der äußeren Umfangsoberflächentemperatur) 40 bis 600°C beträgt. In diesem Bereich kann ein Anpassen der Temperaturdifferenz eine vorbestimmte Härteverteilung von der äußeren Umfangsoberfläche in Richtung des mittigen Abschnitts des Werkstücks W2 erzielen. Wenn die Temperaturdifferenz größer ist als 600°C, kann das Werkstück W2 brechen/reißen.
In der Anlassbehandlung ist es vorzuziehen, dass die Anlasszeit 20 Sekunden oder weniger beträgt. Dies kann ausreichende Druckeigenspannungen in das Werkstück W2 einbringen. Die Anlasszeit beträgt weiter vorzugsweise 18 Sekunden oder weniger. Die Anlasszeit beträgt vorzugsweise 2 Sekunden oder mehr, und weiter vorzugsweise 3 Sekunden oder mehr, weil Temperaturungleichmäßigkeiten beschränkt werden können und die Herstellqualität verbessert werden kann. In der vorliegenden Ausführungsform bezieht sich die ”Anlasszeit” auf die Zeit, während der ein Strom in der Induktionserwärmung aufgebracht ist.
Insbesondere ist die Temperatur der Anlassbehandlung vorzugsweise derart angepasst, dass die äußere Umfangsoberflächentemperatur 170 bis 290°C und die innere Temperatur 320 bis 715°C beträgt. Vorzugsweise beträgt die äußere Umfangsoberflächentemperatur 275°C oder weniger, weil solch eine äußere Umfangsoberflächentemperatur geeigneter dazu ist, die Wälzlebensdauer zu verbessern. Es ist vorzuziehen, dass die innere Temperaturweiter vorzugsweise 365°C oder mehr und sogar weiter vorzugsweise 450°C oder mehr beträgt, weil solch eine innere Temperatur geeignet ist, die Schlagfestigkeit zu wahren. Es ist weiter vorzuziehen, dass die innere Temperatur 575°C oder weniger beträgt, weil solch eine innere Temperatur geeignet ist, die Druckfestigkeit zu wahren. Es ist noch weiter vorzuziehen, dass die innere Temperatur 450 bis 575°C beträgt, um eine hohe Schlagfestigkeit und eine hohe Druckfestigkeit zu wahren bzw. zu gewährleisten. Die äußere Umfangsoberflächentemperatur und die innere Temperatur können mit einem Thermopaar/Thermoelement Typ K gemessen werden. Die Anlasstemperatur kann durch die Frequenz und Abgabe bzw. Ausgabe der Induktionswärme, die Anlasszeit etc. angepasst werden.
Zum Beispiel wird die Anlassbehandlung durchgeführt, indem eine Wärmebehandlungseinrichtung, wie nachfolgend beschrieben, verwendet wird. 5 zeigt eine schematische Darstellung, welche ein Beispiel einer Wärmebehandlungseinrichtung abbildet, die verwendet wird, um das in den 2A, 2B gezeigte Wälzkontakt-Wellenteil herzustellen. Eine in 5 gezeigte Wärmebehandlungseinrichtung 100 beinhaltet einen Behandlungsbehälter 101, eine Haltevorrichtung 102, eine Induktionsspule 103, eine Kühlflüssigkeit 105 und eine Versorgungsleitung 106. Der Behandlungsbehälter 101 ist ein Behälter, in dem das Werkstück W2, welches sich aus dem Abschrecken ergibt, platziert und angelassen ist. Die Haltevorrichtung 102 hält das Werkstück W2. Die Induktionsspule 103, die in dem äußeren Umfang bzw. dem Außenumfang des Behandlungsbehälters 101 platziert ist, erwärmt das Werkstück W2 induktiv. Die Kühlflüssigkeit 105 ist ein Kühlmedium, das in dem Behandlungsbehälter 101 gespeichert ist, um das Werkstück W2 zu kühlen. Die Versorgungsleitung 106 führt die Kühlflüssigkeit 105 in den Behandlungsbehälter 101.
Der Behandlungsbehälter 101 ist ein zylindrischer Container mit Boden, der die Kühlflüssigkeit 105 speichern kann. Dieser Container ist aus einer elektrisch isolierenden Keramik oder einem elektrisch isolierenden Harz hergestellt. Dies kann das Erwärmen der Wärmebehandlungseinrichtung 100 selbst beschränken. Die Größe des Behandlungsbehälters 101 kann, wenn gewünscht, gemäß der Größe des Werkstücks W2 etc. bestimmt werden. Die Kühlflüssigkeit 105 ist in dem Behandlungsbehälter 101 gespeichert. Der Behandlungsbehälter 101 hat einen Auslass 108, der einen Überschuss an Kühlflüssigkeit 105 zu der Außenseite des Behandlungsbehälters 101 ausstößt/ablässt.
Die Haltevorrichtung 102 ist ein Teil, welches das Werkstück W2 hält. Die Haltevorrichtung 102 ist aus einem wärmeresistenten Zement etc. hergestellt. Die Haltevorrichtung 102 hält das Werkstück W2 derart, dass sich die Längsrichtung des Werkstücks W2 in Vertikalrichtung erstreckt. Die Haltevorrichtung 102 beinhaltet eine untere Vorrichtung 102A und eine obere Vorrichtung 102B. Die untere Vorrichtung 102A hält das Werkstück W2, um eine untere Endfläche W2B des Werkstücks W2 abzudecken. Die obere Vorrichtung 102B hält das Werkstück W2, um eine obere Endfläche W2C des Werkstücks W2 abzudecken.
Die untere Vorrichtung 102A beinhaltet einen kreisrunden plattenförmigen Vorrichtungskörper 112 und eine säulenartige Lagerwelle 113. Der Vorrichtungskörper 112 hält das Werkstück W2, um die untere Endfläche W2B des Werkstücks W2 abzudecken. Die Lagerwelle 113 ist auf der unteren Oberfläche des Vorrichtungskörpers 112 vorgesehen und die untere Vorrichtung 102A ist an dem Bodenabschnitt des Behandlungsbehälters 101 befestigt. Der Vorrichtungskörper 112 hat einen flachen vertieften/eingelassenen Abschnitt 112a in seiner oberen Oberfläche. Der vertiefte Abschnitt 112a ist dazu ausgebildet, im Wesentlichen dieselbe Form wie die untere Endfläche W2B des Werkstücks W2 aufzuweisen. Die untere Vorrichtung 102A hält das Werkstück W2, indem die untere Endfläche W2B des Werkstücks W2 in den vertieften Abschnitt 112a eingepasst ist. Die obere Vorrichtung 102B beinhaltet einen kreisrunden plattenförmigen Vorrichtungskörper 122 und eine säulenartige Lagerwelle 123. Der Vorrichtungskörper 122 hält das Werkstück W2, um die obere Endfläche W2C des Werkstücks W2 abzudecken. Die Lagerwelle 123 ist auf der oberen Oberfläche des Vorrichtungskörpers 122 vorgesehen und die obere Vorrichtung 102B ist an einem Deckelabschnitt (nicht gezeigt) der Wärmebehandlungseinrichtung 100 befestigt. Der Vorrichtungskörper 122 hat einen flachen vertieften Abschnitt 122a in seiner unteren Oberfläche. Der vertiefte Abschnitt 122a ist dazu ausgebildet, im Wesentlichen dieselbe Form wie die obere Endfläche W2C des Werkstücks W2 aufzuweisen. Die obere Vorrichtung 102B hält das Werkstück W2, indem die obere Endfläche W2C des Werkstücks W2 in den vertieften Abschnitt 122a eingepasst ist.
Mit solch einer Haltevorrichtung 102, kann das Werkstück W2 an einer vorbestimmten Position in dem Behandlungsbehälter 102 gehalten werden, um in der Kühlflüssigkeit 105 eingetaucht zu sein. In dem Fall, in dem das Werkstück W2 durch die Haltevorrichtung 102 gehalten ist, sind nicht nur beide Endflächen des Werkstücks W2, sondern auch die Abschnitte der äußeren Umfangsoberfläche W2A des Werkstücks W2, welche nahe diesen Endflächen angeordnet sind, durch die Haltevorrichtung 102 abgedeckt, und die Anlassbehandlung wird in diesem Zustand durchgeführt.
Die Induktionsspule 103 ist außerhalb des Behandlungsbehälters 101 angeordnet. Die Induktionsspule 103 ist eine wendelförmige Spule, deren Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Behandlungsbehälters 101. Die Wärmebehandlungseinrichtung 100 kann das Werkstück W2 induktiv auf eine gewünschte Temperatur erwärmen, indem der Induktionsspule 103 ein Strom zugeführt wird. Die Induktionsspule 103 kann innerhalb des Behandlungsbehälters 101 platziert sein.
Die Kühlflüssigkeit 105 kann jede Flüssigkeit sein, die die Oberfläche des Werkstücks W2 kühlen kann. Beispiele für die Kühlflüssigkeit 105 beinhalten Wasser, Öl, ein wasserlösliches Polymer etc. Beispiele für das Öl beinhalten Abschrecköl etc. Beispiele für das wasserlösliche Polymer beinhalten wasserlösliche Abschreckmittel, wie bspw. Polyalkylenglykol (PAG). Das wasserlösliche Polymer kann als eine wässrige Lösung verwendet werden. In diesem Fall kann die Menge des wasserlöslichen Polymers, die dem Wasser zugefügt ist, wenn gewünscht, gemäß der Art des wasserlöslichen Polymers etc. bestimmt bzw. festgelegt werden. Die Kühlflüssigkeit 105 ist vorzugsweise eine Kühlflüssigkeit mit einem hohen Wärmeübertragungskoeffizienten und weiter vorzugsweise eine Kühlflüssigkeit, die einfach zu handhaben ist, da die Oberfläche des Werkstücks W2 effizient gekühlt werden kann.
Die Versorgungsleitung 106 dient dazu, die Kühlflüssigkeit 105 in den Behandlungsbehälter 101 zu führen. Die Wärmebehandlungseinrichtung 100 beinhaltet eine Vielzahl an Versorgungsleitungen 106. Jede Versorgungsleitung 106 hat eine Vielzahl an Einspritzdüsen 106a in ihrem mittleren Abschnitt und spritzt die Kühlflüssigkeit in Richtung des Werkstücks W2 durch die Einspritzdüsen 106a ein.
Die Versorgungsleitungen 106 können nicht nur die Kühlflüssigkeit 105 in den Behandlungsbehälter 101 zuführen, sondern die Kühlflüssigkeit 105, die in dem Behandlungsbehälter 101 gespeichert ist, auch durchmischen, wenn sie die Kühlflüssigkeit 105 durch die Einspritzdüsen 106a zuführen. Jede Versorgungsleitung 106 hat ein Durchflussregelventil/Durchflusssteuerventil und ein Druckregelventil/Drucksteuerventil (beides nicht gezeigt). Die Bedingungen zum Zuführen der Kühlflüssigkeit 105 können somit angepasst werden.
In der Wärmebehandlungseinrichtung 100 ist die durch die Versorgungsleitungen 106 zugeführte Kühlflüssigkeit 105 in dem Behandlungsbehälter 101 gespeichert und überschüssige Kühlflüssigkeit 105 wird durch die Auslässe 108 ausgestoßen. Die Wärmebehandlungseinrichtung 100 kann einen Kreislauf (nicht gezeigt) aufweisen, der die ausgestoßene Kühlflüssigkeit 105 zurück in den Behandlungsbehälter 101 zuführt.
Obwohl in der Figur nicht gezeigt, beinhaltet die Wärmebehandlungseinrichtung 100 notwendige Teile, wie bspw. eine Energieversorgung, die für die Induktionserwärmung notwendig ist, eine Anpassungseinheit, ein Temperaturregulierungsteil/Temperatursteuerteil, das die Temperatur eines Kühlmittels steuert etc. Die Wärmebehandlungseinrichtung 100 kann einen Mechanismus beinhalten, der das durch die Haltevorrichtung 102 gehaltene Werkstück W2, um eine Achse rotiert.
Die Anlassbehandlung, welche diese Wärmebehandlungseinrichtung 100 verwendet, wird durchgeführt, indem das Werkstück W2 in dem Behandlungsbehälter 101 derart platziert wird, dass das Werkstück W2 von der Haltevorrichtung 102 gehalten ist und das in die Kühlflüssigkeit 105 eingetauchte Werkstück W2, wie vorstehend beschrieben, induktiv erwärmt wird. Folglich werden die Abschnitte des Werkstücks W2, welche von der Haltevorrichtung 102 abgedeckt sind, nämlich beide Endflächen W2B, W2C des Werkstückes W2 und die Abschnitte der äußeren Umfangsoberfläche W2A des Werkstücks W2, welche nahe den Endflächen W2B, W2C angeordnet sind, bei einer hohen Temperatur angelassen, da diese Abschnitte des Werkstückes W2 die Kühlflüssigkeit 105 während des Erwärmens nicht berühren. Der Abschnitt der äußeren Umfangsoberfläche W2A des Werkstücks W2, welcher von der Haltevorrichtung 102 nicht abgedeckt ist, wird bei einer niedrigeren Temperatur angelassen als die Abschnitte, die von der Haltevorrichtung 102 abgedeckt sind, da der durch die Haltevorrichtung 102 nicht abgedeckte Abschnitt mit der Kühlflüssigkeit 105 während des Erwärmens in Kontakt ist.
Folglich ermöglicht das Durchführen der Anlassbehandlung, welche diese Wärmebehandlungseinrichtung 100 verwendet, dem Werkstück W2 eine niedrige Härte in seinen Endflächen und Abschnitten nahe der Endflächen aufzuweisen, sodass ein Durchsetzfügen bzw. Clinchen durchgeführt werden kann, und eine hohe Härte in den meisten Teilen seiner äußeren Umfangsoberfläche aufzuweisen.
Die Frequenz und Abgabe bzw. Ausgabe der Induktionserwärmung kann, wenn gewünscht, gemäß der Form und Größe des Werkstücks W2, der Kühlfähigkeit/Kühlkapazität der Kühlflüssigkeit, etc. bestimmt/festgelegt werden. Zum Beispiel kann die Frequenz, 0,3 bis 3 kHz betragen, und die Ausgabe kann 50 bis 300 kW betragen. Das Anpassen der Frequenz und der Ausgabe in solch einem Bereich ermöglicht der Welle 11, die vorstehende Härteverteilung von der äußeren Umfangsoberfläche 11A bis zu dem mittigen Abschnitt M aufzuweisen. Zum Beispiel wird die Kühlflüssigkeit 105 durch die Einspritzdüsen 106a mit 20 bis 80 l/min während der Induktionserwärmung zugeführt, obwohl die vorliegende Erfindung nicht speziell darauf beschränkt ist. Die Temperatur der Kühlflüssigkeit 105, die zugeführt werden soll, variiert abhängig von der Kühlfähigkeit/des Kühlpotenzials der Kühlflüssigkeit etc. Jedoch, wenn die Kühlflüssigkeit 105 zum Beispiel ein wasserlösliches Polymer ist, beträgt die Temperatur der Kühlflüssigkeit 105 20 bis 40°C.

(4) Als letztes wird das Werkstück W3, welches sich aus der Anlassbehandlung ergibt, einer Endbearbeitung, wie bspw. Polieren ausgesetzt bzw. unterzogen (Schritt S4 in 4). Durch die vorstehenden Behandlungen kann die Welle 11 mit reduzierten Kosten hergestellt werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt und kann, wenn gewünscht, innerhalb des Rahmens der Ansprüche modifiziert werden. Das Wälzkontakt-Wellenteil gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Welle der Kipphebelrolle beschränkt. Das Wälzkontakt-Wellenteil kann jedes Wellenteil sein, das mit einem Kontaktmaterial in Wälzkontakt ist/steht. Zum Beispiel kann das Wälzkontakt-Wellenteil geeigneterweise für innere Wellen (Innenringe) von Nadellagern verwendet werden.
Die Anlassbehandlung, welche die Wärmebehandlungseinrichtung 100 verwendet, kann durchgeführt werden, indem nur eine Endfläche (z. B., nur die untere Endfläche W2B) des Werkstücks W2 durch die Haltevorrichtung 102A gehalten wird. In diesem Fall kann nur eine Oberfläche der Welle 11 eine Endfläche mit niedriger Härte sein, welche geclincht werden kann. Das Wälzkontakt-Wellenteil gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein zylindrisches Wellenteil sein. In diesem Fall bezieht sich der mittige Abschnitt des Wälzkontakt-Wellenteils auf einen Abschnitt von der äußeren Umfangsoberfläche zur Hälfte der Dickentiefe.
Funktionen und Effekte der vorliegenden Erfindung werden basierend auf Beispielen etc. berücksichtigt. Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die nachfolgenden Beispiele begrenzt. Ein aus SUJ2 hergestellter Stahlwerkstoff wurde bearbeitet, um ein säulenförmiges Werkstück mit einem Durchmesser von 11 mm und einer Länge von 22 mm herzustellen. Das Werkstück, das so produziert wurde, wurde anschließend karbonitriert und abgeschreckt und auch angelassen unter den Wärmebehandlungsbedingungen, die in Tabelle 1 und 6 gezeigt sind. Anschließend wurde das daraus resultierende Werkstück poliert, um ein Wellenteil zu produzieren.
6 zeigt eine Darstellung, welche die Wärmebehandlungsbedingungen von Beispiel 1 zeigt. Die Karbonitrierungs- und Abschreckbehandlungen wurden durchgeführt, indem das Werkstück für 4,5 Stunden auf 860°C in einer Karbonitrierungsatmosphäre mit einem Kohlenstoffpotenzial von 1,2% und einer Ammoniakgaskonzentration von 3 vol% erwärmt wird, und anschließend wird das resultierende Werkstück auf 80°C durch Öl abgeschreckt. Die Anlassbehandlung wurde mit dem abgeschreckten Werkstück durchgeführt, welches in der in 5 gezeigten Wärmebehandlungseinrichtung 100 platziert ist. Das heißt, das Werkstück W2 wurde mit seinen beiden durch die Vorrichtung 102 abgedeckten Endflächen gehalten, wurde in einem wasserlöslichen Abschreckmittel mit einer Temperatur von 25°C eingetaucht, und wurde für 3 Sekunden bei einer Frequenz von 1 kHz und einem Output von 150 kW induktiv erhitzt. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Kühllösung durch die Einspritzdüsen 106a mit 60 l/min zugeführt.
Ein Wellenteil wurde durch ein Verfahren ähnlich zu dem von Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Bedingungen für das Induktionserwärmen (Frequenz, Abgabe bzw. Ausgabe und Zeit) und die Fließrate der Kühlflüssigkeit, die in der Anlassbehandlung durch die Einspritzdüsen 106a zugeführt wurde, verändert wurden, wie in Tabelle 1 gezeigt.
Ein Wellenteil wurde durch ein Verfahren ähnlich zu dem von Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Abschreckbehandlung und die Anlassbehandlung unter den folgenden Bedingungen durchgeführt wurden. 7 zeigt eine Darstellung, welche die Wärmebehandlungsbedingungen des Vergleichsbeispiels 1 darstellt. Als Abschreckbehandlung wurde induktives Durchhärten durchgeführt. Das induktive Durchhärten wurde durch induktives Erwärmen des Werkstücks bei einer Frequenz von 10 kHz und einer Ausgabe von 23 kW für 15 Sekunden durchgeführt. Als Anlassbehandlung wurde induktives Anlassen bzw. Induktionsanlassen durchgeführt. Das Induktionsanlassen wurde durch induktives Erwärmen des Werkstücks bei einer Frequenz von 2 kHz und einer Ausgabe von 50 kW für 3 Sekunden durchgeführt.
Ein aus SCr420 hergestellter Stahlwerkstoff wurde bearbeitet, um ein säulenförmiges Werkstück mit einem Durchmesser von 11 mm und einer Länge von 22 mm herzustellen. Das so hergestellte Werkstück wurde anschließend karbonitriert und abgeschreckt und auch angelassen unter den Wärmebehandlungsbedingungen, die in Tabelle 1 und 8 gezeigt sind. Anschließend wurde das resultierende Werkstück poliert, um eine Welle zu erzeugen. 8 zeigt eine Darstellung, welche die Wärmebehandlungsbedingungen des Vergleichsbeispiels 2 darstellt. Die Karbonitrierungs- und Abschreckbehandlungen wurden durch Erwärmen des Werkstücks bei 850°C für 4,5 Stunden in einer Karbonitrierungsatmosphäre mit einem Kohlenstoffpotential von 1,1% und einer Ammoniakgaskonzentration von 3 vol% und anschließendes Abschrecken des resultierenden Werkstücks auf 80°C durch Öl durchgeführt. Die Anlassbehandlung wurde durch Anlassen im Ofen bzw. Ofenanlassen durchgeführt. Das Ofenanlassen wurde durch Erwärmen des Werkstücks bei 170°C für 1,5 Stunden durchgeführt.
Ein Wellenteil wurde durch ein Verfahren ähnlich zu dem von Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Abschreckbehandlung durch das folgende Verfahren durchgeführt wurde. 9 zeigt eine Darstellung, welche die Wärmebehandlungsbedingungen des Vergleichsbeispiels 3 zeigt. Als Abschreckbehandlung wurde Durchhärten durchgeführt. Das Durchhärten wurde durchgeführt, indem das Werkstück bei 840°C für 0,5 Stunden erwärmt wurde und anschließend das Werkstück durch Öl auf 80°C abgeschreckt wurde. Die Anlassbehandlung wurde in einer Weise ähnlich zu der von Beispiel 1 durchgeführt, außer dass die Bedingungen für Induktionserwärmen (Frequenz, Ausgabe und Zeit) und die Fließrate der Kühlflüssigkeit, die durch die Einspritzdüsen 106a zugeführt wird, wie in Tabelle 1 gezeigt, verändert wurden.
Ein aus SCr420 hergestellter Stahlwerkstoff wurde bearbeitet, um ein säulenförmiges Werkstück mit einem Durchmesser von 11 mm und einer Länge von 22 mm herzustellen. Das so hergestellte Werkstück wurde anschließend karbonitriert und abgeschreckt und auch angelassen unter den Wärmebehandlungsbedingungen, die in Tabelle 1 und 10 gezeigt sind. Anschließend wurde das resultierende Werkstück poliert, um ein Wellenteil herzustellen. 10 zeigt eine Darstellung, welche die Wärmebehandlungsbedingungen des Vergleichsbeispiels 4 zeigt. Die Karbonitrierungs- und Abschreckbehandlungen wurden durchgeführt, indem das Werkstück bei 850°C für 5 Stunden in einer Karbonitrierungsatmosphäre mit einem Kohlenstoffpotenzial von 1,1% und einer Ammoniakgaskonzentration von 3 vol% erwärmt wurde und anschließend das resultierende Werkstück durch Öl auf 80°C abgeschreckt wurde. Die Anlassbehandlung wurde durch Ofenanlassen durchgeführt. Das Ofenanlassen wurde durchgeführt, indem das Werkstück bei 180°C für 1,5 Stunden erwärmt wurde.
[Tabelle 1]
Eine Vickershärte der äußeren Umfangsoberflächen der Wellenteile der Beispiele 1 bis 7 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4 und Vickershärte von der Oberfläche zu dem mittigen Abschnitt in den Abschnitten/Bereichen dieser Wellenteile wurden mit einem Vickershärte-Testgerät gemessen, um die Vickershärteverteilung von der Oberfläche zu dem mittigen Abschnitt zu erhalten. Die Härte bis zu dem mittigen Abschnitt wurde in Abständen von 0,1 mm in der Tiefenrichtung (Radialrichtung) gemessen. Der Maximalgradient Smax und die Position x des Maximalgradienten Smax wurden basierend auf der Härteverteilung in dem Abschnitt/Bereich bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Bezüglich der Position des Maximalgradienten Smax, wurde ”x/d (Radius)” berechnet. Die Berechnungsergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Für die Wellenteile der Beispiele 1 bis 7 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4 wurden der Kohlenstoffgehalt und der Stickstoffgehalt in dem Bereich von der Oberfläche bis zu der Tiefe von 10 μm gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Der Kohlenstoffgehalt und der Stickstoffgehalt wurden gemessen, indem jede Probe mit Elektronenstrahlen bestrahlt wurde und die Intensität der erzeugten charakteristischen Röntgenstrahlen gemessen wurde.
Die Wälzlebensdauer der Wellenteile der Beispiele 1 bis 7 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4 wurde mit einem Radialtyp-Lebensdauertester gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Die Wälzlebensdauer wurde als ein Relativwert zu dem gemessenen Wert des Vergleichsbeispiels 1 berechnet.
Die Durchsetzfügefähigkeit bzw. die Clinchingfähigkeit der Wellenteile der Beispiele 1 bis 7 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4 wurde evaluiert. Die Evaluierung der Clinchingfähigkeit wurde mit einem Testverfahren, in dem die Wellenenden durch Clinchen mit einem Stempel/einer Stanze befestigt sind, durchgeführt. Die Evaluationsergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. In Tabelle 2 gibt ”O” an, dass das Wellenteil bei 1,2 mm verformt wurde ohne zu reißen, wenn es geclincht war, und ”x” gibt an, dass das Wellenteil nicht zu verformen oder zu reißen war, wenn es geclincht war. Herstellungskosten wurden ebenfalls als ein Relativwert zu dem Evaluationswert des Wellenteils des Vergleichsbeispiels 1 berechnet. Die Berechnungsergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
[Tabelle 2]
Die Ergebnisse in Tabelle 2 zeigen, dass die Wellenteile der Beispiele 1 bis 7 eine lange Wälzlebensdauer aufweisen. Insbesondere weisen die Wellenteile der Beispiele 1 bis 4 eine signifikant lange Wälzlebensdauer auf. Die Ergebnisse in Tabelle 2 zeigen auch, dass die Enden der Wellenteile der Beispiele 1 bis 7 geclincht werden können.
Das Wälzkontakt-Wellenteil der vorliegenden Erfindung ist ein Wellenteil, dessen äußere Umfangsoberfläche mit einem Kontaktmaterial in Wälzkontakt ist/steht und welches eine lange Wälzlebensdauer aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008-63603 A [0002, 0003]

Claims

Wälzkontakt-Wellenteil, welches aus kohlenstoffreichem Stahl hergestellt ist und dessen äußere Umfangsoberfläche als eine Wälzkontaktoberfläche dient, die mit einem Kontaktmaterial in Wälzkontakt ist, mit: einer karbonitrierten Schicht in einem Bereich von einer Oberfläche bis zu einer Tiefe von 10 μm mit einem Kohlenstoffgehalt von 1,1 bis 1,6 wt% und einem Stickstoffgehalt von 0,05 bis 0,6 wt%, wobei das Wälzkontakt-Wellenteil eine Vickershärte von 700 bis 840 HV an der äußeren Umfangsoberfläche aufweist, das Wälzkontakt-Wellenteil eine Vickershärte von 600 HV oder weniger in seinem mittigen Abschnitt aufweist, und ein Maximalwert eines Absolutwertes eines Gradienten einer Änderung in der Vickershärte von der äußeren Umfangsoberfläche zu dem mittigen Abschnitt 100 bis 340 HV/mm beträgt.
Wälzkontakt-Wellenteil gemäß Anspruch 1, wobei die Vickershärte an der äußeren Umfangsoberfläche 720 bis 840 HV beträgt, und die Vickershärte in dem mittigen Abschnitt 550 HV oder weniger beträgt.
Wälzkontakt-Wellenteil gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Wälzkontakt-Wellenteil eine Vickershärte von 210 bis 300 HV an zumindest einem von seinen Endflächen aufweist.