DE102020123471A1 - Method for manufacturing a chain element, and chain element and chain - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kettenelements (2, 3), umfassend folgende Schritte:- Bereitstellen eines Bauteils aus Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,3 bis 0,7 Gew.-%;- Austenitisieren des Bauteils in einem Temperaturbereich von 880 bis 940°C und- Karbonitrieren des Bauteils unter Durchhärtung des Bauteils,- Abschrecken des karbonitrierten Bauteils in einem Salzbad auf eine Temperatur im Bereich von 310 bis 330°C unter Ausbildung von Bainit, Martensit und Restaustenit in einem Gefüge des Bauteils;- Abkühlen des Bauteils auf Raumtemperatur;- Tempern des Bauteils bei einer Temperatur im Bereich von 310 bis 330°C; und- Abkühlen des getemperten Bauteils auf Raumtemperatur unter Bildung des Kettenelements (2, 3). Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kettenelement (2, 3) sowie eine damit gebildete Kette (1).The invention relates to a method for producing a chain element (2, 3), comprising the following steps: - providing a component made of steel with a carbon content in the range from 0.3 to 0.7% by weight; - austenitizing the component in a temperature range from 880 to 940°C and- carbonitriding of the component with hardening of the component,- quenching of the carbonitrided component in a salt bath to a temperature in the range of 310 to 330°C with the formation of bainite, martensite and residual austenite in a structure of the component;- cooling the component to room temperature;- annealing the component at a temperature in the range of 310 to 330°C; and- cooling the tempered component to room temperature to form the chain element (2, 3). The invention also relates to a chain element (2, 3) and a chain (1) formed therewith.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kettenelements, ein gemäß dem Verfahren gebildetes Kettenelement sowie eine Kette.The invention relates to a method for producing a chain element, a chain element formed according to the method, and a chain.
Typische Ketten für Automobil-Anwendungen sind hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit inzwischen an ihrer Leistungsgrenze angelangt. Das liegt einerseits daran, dass bevorzugt kostengünstige Standardmaterialien eingesetzt werden und andererseits erprobte Wärmebehandlungsverfahren zum Einsatz kommen.In terms of performance, typical chains for automotive applications have now reached their performance limits. On the one hand, this is due to the fact that inexpensive standard materials are preferred and, on the other hand, proven heat treatment processes are used.
Kettenelemente der eingangs genannten Art und Verfahren zu deren Herstellung sind aus der
Die
Vermehrt werden Stahlsorten mit verbesserten Materialeigenschaften eingesetzt, um die Ermüdungs- und Abriebbeständigkeit noch zu erhöhen. Dies wirkt sich allerdings unmittelbar und negativ auf den Preis eines jeden Kettenelements aus.Steel grades with improved material properties are increasingly being used to increase fatigue and abrasion resistance. However, this has a direct and negative effect on the price of each chain element.
Aus der
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Leistungsfähigkeit von Kettenelementen aus kostengünstigen Standardmaterialien zur Bildung von Ketten noch weiter zu erhöhen.The object of the invention is to further increase the performance of chain elements made from inexpensive standard materials for forming chains.
Die Erfindung wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kettenelements, umfassend folgende Schritte gelöst:
- - Bereitstellen eines Bauteils aus Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,3 bis 0,7 Gew.-%;
- - Austenitisieren des Bauteils in einem Temperaturbereich von 880 bis 940°C und
- - Karbonitrieren des Bauteils unter Durchhärtung des Bauteils,
- - Abschrecken des karbonitrierten Bauteils in einem Salzbad auf eine Temperatur im Bereich von 310 bis 330°C unter Ausbildung von Bainit, Martensit und Restaustenit in einem Gefüge des Bauteils;
- - Abkühlen des Bauteils auf Raumtemperatur;
- - Tempern des Bauteils bei einer Temperatur im Bereich von 310 bis 330°C; und
- - Abkühlen des getemperten Bauteils auf Raumtemperatur unter Bildung des Kettenelements.
- - providing a component made of steel with a carbon content in the range from 0.3 to 0.7% by weight;
- - Austenitizing the component in a temperature range of 880 to 940°C and
- - Carbonitriding of the component with hardening of the component,
- - Quenching the carbonitrided component in a salt bath to a temperature in the range from 310 to 330°C with the formation of bainite, martensite and residual austenite in a structure of the component;
- - Cooling of the component to room temperature;
- - annealing of the component at a temperature ranging from 310 to 330°C; and
- - Cooling of the tempered component to room temperature to form the chain element.
Das resultierende Kettenelement weist eine hohe Abriebfestigkeit und einen um ca. 8% erhöhten Widerstand gegen Ermüdung auf. Dies ist einerseits auf die Kornfeinheit des Gefüges des resultierenden Kettenelements zurückzuführen und andererseits durch an der Oberfläche des Bauteils erzeugte Druckeigenspannungen begründet.The resulting chain element has high abrasion resistance and increased resistance to fatigue by approximately 8%. On the one hand, this is due to the grain size of the structure of the resulting chain element and, on the other hand, it is due to residual compressive stresses generated on the surface of the component.
Das Austenitisieren erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 900 bis 920°C, insbesondere bei 910°C. Das Austenitisieren erfolgt bevorzugt über einen Zeitraum von 20 bis 40 Minuten, insbesondere von 25 bis 35 Minuten, bevorzugt von 30 Minuten.Austenitizing preferably takes place at a temperature in the range from 900 to 920°C, in particular at 910°C. Austenitizing preferably takes place over a period of 20 to 40 minutes, in particular 25 to 35 minutes, preferably 30 minutes.
Das Karbonitrieren erhöht den Kohlenstoff- und Stickstoffanteil insbesondere im Randbereich des Bauteils, wobei Karbide und Karbonitride sich ausscheiden und ein Gefüge mit feinkristalliner Struktur erzeugt wird. Beides erhöht signifikant die Abriebfestigkeit des Kettenelements und schließlich einer damit gebildeten Kette.Carbonitriding increases the proportion of carbon and nitrogen, particularly in the edge area of the component, whereby carbides and carbonitrides separate out and a structure with a fine-crystalline structure is created. Both significantly increase the abrasion resistance of the chain element and ultimately a chain formed with it.
Beim Karbonitrieren liegt bevorzugt eine Gasatmosphäre am Bauteil an, welche einen Ammoniakgehalt von 5 Vol.-% aufweist. Weiterhin wird ein Kohlenstoff-enthaltendes Gas als Kohlenstoffspender zugegeben.During carbonitriding, the component is preferably in a gas atmosphere which has an ammonia content of 5% by volume. Furthermore, a carbon-containing gas is added as a carbon donor.
Das Bauteil verbleibt insbesondere über einen Zeitraum von 10 bis 20 Minuten, bevorzugt von 15 Minuten, in dem Salzbad. Das Salzbad enthält bevorzugt Kaliumnitrat und Natriumnitrit zu gleichen Gewichtsanteilen.The component remains in the salt bath in particular for a period of 10 to 20 minutes, preferably 15 minutes. The salt bath preferably contains potassium nitrate and sodium nitrite in equal parts by weight.
Das Bainitisieren wird vorzeitig abgebrochen, so dass eine Mikrostruktur umfassend Bainit, Martensit und ein hoher Anteil an Restaustenit resultiert.The bainitis is terminated prematurely, resulting in a microstructure comprising bainite, martensite and a high proportion of retained austenite.
Das nachfolgende Tempern erfolgt vorzugsweise über einen Zeitraum von 55 bis 65 Minuten, insbesondere von 60 Minuten. Dabei wird der Anteil an vorhandenem Restaustenit in der Mikrostruktur verringert. Das erzeugte Gemisch aus Bainit, Martensit und den Abbauprodukten des Restaustenits (Zementit/Ferrit und Karbide) führt zu einer Erhöhung der dynamischen Festigkeit des Kettenelements.The subsequent tempering preferably takes place over a period of 55 to 65 minutes, in particular 60 minutes. The proportion of residual austenite present in the microstructure is thereby reduced. The resulting mixture of bainite, martensite and the decomposition products of the retained austenite (cementite/ferrite and carbides) leads to an increase in the dynamic strength of the chain element.
Die Zähigkeit des Stahls wird dadurch nicht negativ beeinflußt und seine Härte beibehalten. Durch das Tempern wird insbesondere eine Versprödung des Stahls beim Karbonitrieren kompensiert.The toughness of the steel is not adversely affected and its hardness is retained. In particular, tempering compensates for embrittlement of the steel during carbonitriding.
Das Bauteil wird insbesondere aus Stahl der Sorte C55 oder C65 gebildet. Aber auch andere Stahlsorten mit einem Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,3 bis 0,7 Gew.-% sind verwendbar.The component is formed in particular from steel of the C55 or C65 grade. However, other types of steel with a carbon content in the range from 0.3 to 0.7% by weight can also be used.
Es resultieren Kettenelemente mit einer Härte im Bereich von 500 bis 650 HV, die hervorragende mechanische Eigenschaften zur Verwendung in einer Kette eines Kettentriebs aufweisen.The result is chain elements with a hardness in the range from 500 to 650 HV, which have excellent mechanical properties for use in a chain of a chain drive.
Ein Kettenelement, insbesondere eine Kettenlasche oder ein Kettenbolzen, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, weist eine erhöhte Abriebfestigkeit und eine erhöhte dynamische Festigkeit auf. Das Kettenelement kann weiterhin in Form einer Hülse vorliegen.A chain element, in particular a link plate or a chain pin, which is produced using the method according to the invention has increased abrasion resistance and increased dynamic strength. The chain element can also be in the form of a sleeve.
Bei einer Eindringtiefe von 0,2 mm ausgehend von einer Oberfläche des Kettenelements liegt bevorzugt ein Stickstoffgehalt von mindestens 0,1 Gew.-% vor. Angrenzend an eine Oberfläche des Kettenelements weist dieses bevorzugt einen Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,7 bis 1,0 Gew.-% auf.With a penetration depth of 0.2 mm starting from a surface of the chain element, the nitrogen content is preferably at least 0.1% by weight. Adjacent to a surface of the chain element, this preferably has a carbon content in the range from 0.7 to 1.0% by weight.
Eine Kette, umfassend eine Mehrzahl erfindungsgemäßer Kettenelemente, hat sich bewährt, indem die Kettenelemente durch einen Reckvorgang an der Kette kaltverfestigt sind. Eine solche Kette besitzt eine erhöhte Leistungsfähigkeit und eine signifikant verringerte Kettenlängung durch Verschleiß im Kettenbetrieb.A chain comprising a plurality of chain elements according to the invention has proven itself in that the chain elements are work-hardened by a stretching process on the chain. Such a chain has increased performance and significantly reduced chain elongation due to wear during chain operation.
Bei der Kette handelt es sich bevorzugt um eine Rollen- und Hülsenketten oder um eine Zahnkette.The chain is preferably a roller and bush chain or a toothed chain.
Als Recken bezeichnet man die definierte plastische Verformung von Materialien zur Erzielung anisotroper mechanischer Eigenschaften. Durch das Recken der Kette werden anisotrope Eigenschaften an den Kettenelementen erzeugt, welche die Haltbarkeit und mechanischen Eigenschaften verbessern. Eine Kettenlängung aufgrund von Verschleiß ist um ca. 20% reduziert.Stretching is the defined plastic deformation of materials to achieve anisotropic mechanical properties. By stretching the chain, anisotropic properties are created on the chain elements, which improve durability and mechanical properties. Chain elongation due to wear is reduced by around 20%.
Das Recken einer Kette kann auf zwei Arten erfolgen. Einerseits kann eine geschlossene Kette gereckt werden, indem diese über zwei Räder gespannt und gedehnt wird. Dabei kann die Kette im unbewegten, stationären Zustand gedehnt werden oder durch Drehen der Räder im Zustand der Bewegung dynamisch gedehnt werden. Alternativ kann das Recken an einer Endloskette durchgeführt werden, indem diese über mehrere Räder geführt, belastet und gedehnt wird.A chain can be stretched in two ways. On the one hand, a closed chain can be stretched by tensioning and stretching it over two wheels. The chain can be stretched in the non-moving, stationary state or dynamically stretched by turning the wheels in the state of movement. Alternatively, stretching can be performed on an endless chain by running it over multiple wheels, loading and stretching it.
Rollen- und Hülsenketten werden vorzugsweise mit 30 - 60% der Bruchlast, insbesondere 40 - 50% der Bruchlast, gereckt; um eine Ermüdung im Kettenbetrieb zu reduzieren. wird beim Recken vorzugsweise eineRoller and bush chains are preferably stretched with 30 - 60% of the breaking load, in particular 40 - 50% of the breaking load; to reduce fatigue in chain operation. becomes preferably one during stretching
Zahnketten werden vorzugsweise mit 50-85% der Bruchlast, insbesondere 70 - 80% der Bruchlast, gereckt.Inverted tooth chains are preferably stretched with 50-85% of the breaking load, in particular 70-80% of the breaking load.
Die
-
1 ein Kettenelement in Form einer Kettenlasche, -
2 eine Kette mit mehreren Kettenlaschen gemäß1 , und -
3 ein Zeit-Temperatur-Diagramm zu einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung eines Kettenelements.
-
1 a chain element in the form of a link plate, -
2 a chain with several link plates according to1 , and -
3 a time-temperature diagram for a preferred method for producing a chain element.
In
Beim Karbonitrieren liegt eine Gasatmosphäre am Bauteil an, welche Ammoniakgehalt von 5 Vol.-% aufweist. Weiterhin wird ein Kohlenstoff-enthaltendes Gas als Kohlenstoffspender beigegeben. Stickstoff und Kohlenstoff diffundieren ausgehend von der Oberfläche des Bauteils in den Stahl ein. Bei einer Eindringtiefe von 0,2 mm ausgehend von einer Oberfläche Bauteils beziehungsweise des daraus gebildeten Kettenelements 2, 3 liegt bevorzugt ein Stickstoffgehalt von mindestens 0,1 Gew.-% vor. During carbonitriding, the component is exposed to a gas atmosphere that has an ammonia content of 5% by volume. Furthermore, a carbon-containing gas is added as a carbon donor. Starting from the surface of the component, nitrogen and carbon diffuse into the steel. With a penetration depth of 0.2 mm starting from a surface of the component or of the
Angrenzend an eine Oberfläche Bauteils beziehungsweise des daraus gebildeten Kettenelements 2, 3 weist dieses bevorzugt einen Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,7 bis 1,0 Gew.-% auf.Adjacent to a surface of the component or of the
Es folgt ein Abschrecken des karbonitrierten Bauteils in einem Salzbad auf eine Temperatur von 320°C. Dabei wird ein Salzbad eingesetzt, das Kaliumnitrat und Natriumnitrit zu gleichen Gewichtsanteilen enthält. Eine Temperatur von 320°C wird über einen Zeitraum t von 15 min gehalten. Im Gefüge des Bauteils liegt nun Bainit, Martensit und Restaustenit nebeneinander vor.
Es schließt sich ein Abkühlen des karbonitrierten, abgeschreckten Bauteils auf Raumtemperatur an. Es folgt nun ein Tempern des Bauteils bei einer Temperatur im Bereich von 320°C über einen Zeitraum von 60 min, um den Restaustenit - Gehalt im Gefüge des Bauteils zu verringern.
Nach dem Abkühlen des getemperten Bauteils auf Raumtemperatur liegt nun ein erfindungsgemäßes Kettenelement 2, 3, insbesondere in Form einer Kettenlasche (vergleiche
Nun werden eine Mehrzahl an Kettenelementen 2, 3 zu einer Kette 1 (vergleiche
The carbonitrided, quenched component is then cooled to room temperature. The component is then tempered at a temperature in the range of 320°C for a period of 60 minutes in order to reduce the residual austenite content in the structure of the component.
After the tempered component has cooled to room temperature, a
A plurality of
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- KetteChain
- 22
- Kettenelement in Form eines KettenbolzensChain element in the form of a chain pin
- 33
- Kettenelement in Form einer KettenlascheChain element in the form of a link plate
- TT
- Temperatur (in °C)Temperature (in °C)
- tt
- Zeitspanne (in Minuten)Time span (in minutes)
- RTrt
- Raumtemperaturroom temperature
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