DE112007003626T5

DE112007003626T5 - A method of obtaining a forged, carburized powder metal part

Info

Publication number: DE112007003626T5
Application number: DE112007003626T
Authority: DE
Inventors: Timothy E. Geiman
Original assignee: GKN Sinter Metals LLC
Current assignee: GKN Sinter Metals LLC
Priority date: 2007-08-17
Filing date: 2007-08-17
Publication date: 2010-06-24
Also published as: CN101827675B; WO2009025660A1; CN101827675A; JP2010537048A

Abstract

Verfahren zum Erhalten eines selektiv nicht aufgekohlten Pulvermetallteils, das nacheinander die folgenden Schritte umfasst:
Verdichten (124) eines Metallpulvers zu einem Vorformling, wobei der Vorformling mindestens eine erste Oberfläche (185) aufweist, die eine Oberfläche mit Einsatzhärtetiefe bestimmt, und wobei der Vorformling mindestens eine zweite Oberfläche (187) aufweist, die einen aufgekohlten Abschnitt (188) bestimmt, der vor dem Schmieden entfernt werden soll;
Sintern (126) und Aufkohlen (128) des Vorformlings, und zwar nacheinander oder gleichzeitig;
Entfernen (130) des aufgekohlten Abschnitts (188) an der mindestens einen zweiten Oberfläche (187) des Vorformlings;
Schmieden (132) des Vorformlings, um ein geschmiedetes Teil zu erhalten; und
Abkühlen (134) des geschmiedeten Teils, sodass das geschmiedete Teil mindestens eine zweite Oberfläche mit verbesserten Schmiedenachbearbeitungseigenschaften und mindestens eine erste Oberfläche mit Oberflächenhärteeigenschaften aufweist.A method of obtaining a selectively non-carburized powder metal part comprising in succession the steps of:
Densifying (124) a metal powder into a preform, wherein the preform has at least one first surface (185) defining a case hardened depth surface, and wherein the preform has at least one second surface (187) defining a carburized portion (188) to be removed before forging;
Sintering (126) and carburizing (128) the preform, sequentially or simultaneously;
Removing (130) the carburized portion (188) at the at least one second surface (187) of the preform;
Forging (132) the preform to obtain a forged part; and
Cooling (134) the forged part such that the forged part has at least one second surface with improved toughening properties and at least one first surface having surface hardening properties.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein geschmiedetes Pulvermetallteil und spezieller ein selektiv nicht aufgekohltes Pulvermetallteil einschließlich eines Verfahrens dafür.The The present invention relates to a forged powder metal part and more particularly a selectively non-carburized powder metal part including a method for doing so.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Es besteht eine fortlaufende Nachfrage nach Herstellungsprozessen, mit denen die Kosten, der Zeitaufwand und die Schritte zur Herstellung eines Teils vermindert werden können. In den meisten Fällen werden die Vorteile, die letztlich mit der Verbesserung des Herstellungsprozesses verbunden sind, in erster Linie durch Forderungen des Kunden zur Entwicklung und Verbesserung von Produkten mit besseren dimensionellen, mechanischen und/oder Funktionseigenschaften benötigt. Für ein typisches Differential-Seitenzahnrad gibt es zum Beispiel typischerweise einige oder sämtliche der folgenden Güteanforderungen: der Keilprofilbereich erfordert Maßgenauigkeit, eine hohe Scherfestigkeit und Kerbschlagfestigkeit; die Naben- und Achsschubflächen erfordern Maßgenauigkeit, Oberflächengüte und Einsatzhärte-Kompatibilität; die Zahnradgeometrie erfordert Maßgenauigkeit, Oberflächengüte und ein optimiertes Profil, und die Zahn- und Kernfestigkeit kann Schlagfestigkeit, Verschleißfestigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit und unterschiedliche Metallurgien für Oberflächen und Kern erfordern. Mit unterschiedlichen, nicht miteinander kompatiblen Herstellungsprozessen, d. h. Gießen, Stahlschmieden oder Pulvermetallschmieden, lassen sich für das gleiche Teil in vorteilhafter Weise oder anderweitig unterschiedliche Gütemerkmale erhalten.It there is a continuing demand for manufacturing processes, with which the costs, the time and the steps to manufacture Part can be reduced. In most cases the benefits that ultimately come with the improvement of the manufacturing process connected primarily by customer demands Development and improvement of products with better dimensional, mechanical and / or functional properties needed. For a typical differential side gear, there are Example typically some or all of the following Quality requirements: the spline area requires dimensional accuracy, a high shear strength and impact strength; the hub and Achsschubflächen require dimensional accuracy, surface quality and case hardness compatibility; the gear geometry requires dimensional accuracy, surface quality and an optimized profile, and the tooth and core strength can provide impact strength, Wear resistance, thermal shock resistance and different metallurgies for surfaces and core require. With different, incompatible ones Manufacturing processes, d. H. Casting, steel forging or powder metal forging, can be for the same part in an advantageous manner or otherwise obtained different quality features.

Nehmen wir auf 1 Bezug, so ist hier, um einige dieser Güteanforderungen zu erfüllen, ein Zahnrad 10 durch Schmieden eines Pulvermetalls 14 und danach Einsatz-Aufkohlen des Zahnrads, um eine nahezu konstante effektive Einsatzhärtetiefe 16 zu erzielen, hergestellt. Die konstante effektive Einsatzhärtetiefe 16 für jeden Zahn 12 des Zahnrads ist in der partiellen Querschnittsansicht aus 1 gezeigt. Die Parameter, die kontrolliert werden müssen, um eine nahezu konstante Aufkohlung eines vollkompakten Teils mit spezifischer Härte, Einsatzhärtetiefe und spezifischem Kohlenstoffgradienten zu erzielen, sind im Allgemeinen bekannt. Mit einer nahezu konstanten Einsatzhärtetiefe lassen sich jedoch nicht notwendigerweise gewünschte mechanische Eigenschaften oder Bearbeitbarkeitseigenschaften, die für ein Produkt nach dem Schmieden gewünscht sind, erzielen. Es wäre von Vorteil, eine besser zu kontrollierende Ausgewogenheit dieser Gütemerkmale in dem Endprodukt zu erzielen, die durch den Herstellungsprozess nicht verfälscht werden, und somit Zeit, Verarbeitungsaufwand oder Kosten zu sparen.Let's take it 1 Reference, so here is to meet some of these quality requirements, a gear 10 by forging a powder metal 14 and thereafter insert carburizing the gear to provide a nearly constant effective case depth 16 to achieve. The constant effective case hardening depth 16 for every tooth 12 of the gear is in the partial cross-sectional view 1 shown. The parameters that need to be controlled to achieve near constant carburization of a fully compact part with specific hardness, case hardening depth, and specific carbon gradient are generally known. However, with a nearly constant case depth, desired mechanical properties or machinability properties desired for a product after forging can not necessarily be achieved. It would be advantageous to achieve a better controlled balance of these quality features in the final product, which are not distorted by the manufacturing process, and thus save time, processing or cost.

Ein Herstellungsprozess zur Verbesserung der Gütemerkmale von Pulvermetallteilen in einem Prozess, der als ”Sint-Carb” (Sinter-Aufkohl-)bezeichnet wird, ist in US-Patent Nr. 3,992,763 mit dem Titel ”Method of Making Powdered Metal Parts” offenbart. Der Prozess lehrt die Aufkohlung während des Sinterns oder nach dem Sintern und vor dem Schmieden, um die Einsatzhärtetiefe an einer wichtigen Wand des geschmiedeten Endprodukts zu verbessern, wodurch sich die Notwendigkeit nachfolgender Wärmebehandlungsprozesse zum Erzielen einer Einsatzhärte erübrigt. US-Patent Nr. 4,002,471 mit dem Titel ”Method of Making a Through-Hardened Scale-Free Forged Powdered Metal Article Without Heat Treatment After Forging” offenbart ein Verfahren zur Herstellung von geschmiedeten Metallerzeugnissen auf Basis von pulverförmigem Eisen mit einer hohen R_c-Härte und ohne dass eine Weiterbearbeitung, Oberflächenbehandlung oder Wärmebehandlung nach dem Abschrecken erforderlich ist.A manufacturing process for improving the performance characteristics of powdered metal parts in a process referred to as "sintered carburizing" is known in U.S. Pat U.S. Patent No. 3,992,763 with the title "Method of Making Powdered Metal Parts". The process teaches carburizing during sintering or after sintering and before forging to improve the case depth on an important wall of the forged end product, thereby obviating the need for subsequent heat treatment processes to achieve a case hardness. U.S. Patent No. 4,002,471 entitled "Method of Making a Through-Hardened Scale-Free Forged Powdered Metal Article Without Heat Treatment After Forging" discloses a method for the production of forged metal products on the basis of powdered iron with a high R _c hardness and without any further processing, Surface treatment or heat treatment after quenching is required.

Außerdem offenbart US-Patent Nr. 4,165,243 mit dem Titel ”Method of Making Selectively Carburized Forged Powder Metal Parts” einen Prozess, der zusätzliche Schritte zum Maskieren eines Teils vor dem Sintern und für das Entfernen der Maskierung nach dem Aufkohlen und vor dem Schmieden erfordert, um ausgewählte aufgekohlte Oberflächen an dem Teil zu erhalten.Also revealed U.S. Patent No. 4,165,243 entitled "Method of Making Selectively Carburized Forged Powder Metal Parts," a process that requires additional steps to mask a part before sintering and to remove the mask after carburizing and before forging, to add selected carburized surfaces to the part receive.

In den vorstehend angegebenen Patenten werden jedoch keine Prozesse gelehrt oder nahe gelegt, bei denen das Entfernen einer aufgekohlten Oberfläche vor dem Schmieden genutzt werden kann, um spezifische Materialanforderungen in einem geschmiedeten Endprodukt zu erfüllen und gleichzeitig eine verbesserte Maßgenauigkeit, verbesserte Gütemerkmale oder eine bessere Herstellung sowohl aufgekohlter als auch nicht aufgekohlter Oberflächen des Teils zu erreichen. Darüber hinaus wird in den vorstehend erwähnten Patenten die gezielte und unkomplizierte Kontrolle, die ein Entfernungsprozess bietet, weder gelehrt noch nahe gelegt.In However, the patents cited above do not become processes taught or suggested, in which the removal of a carburized surface before forging can be used to meet specific material requirements in a forged end product to meet and at the same time an improved dimensional accuracy, improved quality features or better production both carburized and not carburized surfaces of the part to achieve. About that In addition, in the aforementioned patents, the targeted and straightforward control that provides a removal process, neither taught nor suggested.

Daher besteht ein Bedarf an einem Herstellungsprozess zum Entfernen einer aufgekohlten Oberfläche eines Teils vor dem Schmieden, wodurch ausgewählte aufgekohlte und nicht aufgekohlte Oberflächen in dem fertig geschmiedeten Teil verbleiben. Darüber hinaus besteht ein Bedarf an einem Verfahren, bei dem zielgerichtet ein aufgekohlter Abschnitt eines Teils vor dem Schmieden und Abschrecken entfernt wird, wodurch bessere Schmiede-Nacharbeiten an dem nicht aufgekohlten Abschnitt des Teils möglich werden, sodass engere Toleranzen, eine bessere Keilprofilklassifikation oder bessere Scherfestigkeitseigenschaften erzielt werden können, während gleichzeitig der vorteilhafte geschmiedete aufgekohlte Abschnitt des Teils erhalten bleibt. Es besteht außerdem ein Bedarf an einem Teil mit verbesserter Maßgenauigkeit oder verbesserten Leistungsmerkmalen.Therefore, there is a need for a manufacturing process for removing a carburized surface of a part prior to forging whereby selected carburized and non-carburized surfaces remain in the final forged part. In addition, there is a need for a method of purposefully removing a carburized portion of a part prior to forging and quenching, allowing for better forging rework on the non-carburized portion of the part, so that tighter tolerances, better spline classification, or better shear strength properties can be achieved while maintaining the advantageous forged carburized portion of the part. There is also a need for a part with improved dimensional accuracy or improved performance.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Entsprechend den vorstehend erwähnten Bedürfnissen wird ein Zahnrad bereitgestellt, sowie ein Herstellungsverfahren zum Entfernen einer aufgekohlten Oberfläche eines Teils vor dem Schmieden bereitgestellt, wobei eine ausgewählte aufgekohlte Oberfläche mit verbesserten Gütemerkmalen und eine ausgewählte nicht aufgekohlte Oberfläche mit verbesserten Schmiedenacharbeitseigenschaften im Hinblick auf eine bessere Toleranz und Klassifikation übrig bleibt.Corresponding the above-mentioned needs becomes Gear provided, as well as a manufacturing process for removal provided a carburized surface of a part before forging, wherein a selected carburized surface with improved quality features and a selected one non-carburized surface with improved forging finishing properties with regard to better tolerance and classification remains.

Speziell wird ein Verfahren zum Erhalten eines selektiv nicht aufgekohlten Pulvermetallteils bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Verdichten, Sintern, Entfernen, Schmieden und Abkühlen. Ein Metallpulver wird verdichtet, sodass es einen Vorformling bildet, der zumindest einen ersten Oberflächenabschnitt aufweist, in dem ein geschmiedetes Teil eine Einsatzhärtetiefe aufweisen soll, und zumindest einen zweiten Oberflächenabschnitt, in dem ein aufgekohlter Abschnitt vor dem Schmieden entfernt werden soll. Der Vorformling wird danach gesintert und aufgekohlt. Nach dem Aufkohlen wird der zumindest eine zweite Oberflächenabschnitt des Vorformlings entfernt, und danach wird geschmiedet und abgekühlt. Das geschmiedete Teil weist zumindest einen zweiten Oberflächenabschnitt mit verbesserten Scherfestigkeitseigenschaften und zumindest eine erste Oberfläche mit Oberflächenhärteeigenschaften auf.specially is a method for obtaining a selectively not carburized Powder metal part provided. The method comprises compaction, sintering, Removing, forging and cooling. A metal powder is compacted so that it forms a preform that at least one first surface portion, in which a forged part should have a case depth, and at least one second surface portion in which a carburized section should be removed before forging. The preform will be after sintered and carburized. After carburizing, at least removed a second surface portion of the preform, and afterwards it is forged and cooled. The forged Part has at least a second surface portion with improved shear strength properties and at least a first Surface with surface hardness properties.

Ein Teil, das gemäß dem vorliegenden Verfahren hergestellt ist, wird ebenfalls bereitgestellt. Das Teil weist einen nicht aufgekohlten Abschnitt auf, an dem ein Nachbearbeitungsvorgang nach dem Schmieden mit geringerem maschinellem Aufwand oder geringerer Bearbeitungszeit ausgeführt werden kann, während gleichzeitig aufgrund der Beschaffenheit des weicheren, nicht aufgekohlten Materialabschnitt eine bessere Toleranz oder Maßhaltigkeit ermöglicht wird. Das Teil weist außerdem einen aufgekohlten Abschnitt mit solchen vorteilhaften Eigenschaften wie verbesserter Verschleißfestigkeit, Tragfestigkeit, Schlagfestigkeit oder Biegefestigkeit auf, die im Ergebnis des Herstellungsprozesses mit Sintern, Aufkohlen und Schmieden erzielt werden, der ein Fertigteil mit nahezu endgültiger Gestalt liefert.One Part made according to the present method is also provided. The part has a not carburized Section on where a post-processing operation after forging with less mechanical effort or less processing time can be executed while simultaneously due the nature of the softer, non-carburized section of material allows a better tolerance or dimensional stability becomes. The part also has a carburized section with such advantageous properties as improved wear resistance, Impact resistance or bending strength resulting as the result of the manufacturing process be achieved with sintering, carburizing and forging, which is a finished part with almost final shape.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung soll nun auf die erfinderischen Aspekte Bezug genommen werden, die detaillierter in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind und nachstehend beschrieben werden.To the better understanding of the present invention will now reference is made to the inventive aspects, the more detailed in the accompanying drawings and below to be discribed.

1 zeigt eine partielle Querschnittsansicht eines einsatzgehärteten, aufgekohlten Zahnrads. 1 shows a partial cross-sectional view of a case hardened, carburized gear.

2 zeigt eine partielle Querschnittsansicht eines Differential-Seitenzahnrads mit einem variierenden Einsatzhärtetiefenprofil entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung, das vorteilhaft genutzt werden kann. 2 shows a partial cross-sectional view of a differential side gear with a varying case hardening depth profile according to an embodiment of the invention, which can be used advantageously.

3 zeigt die Mikrostruktur unterhalb der effektiven Einsatzhärtetiefe des in 2 gezeigten Zahnrads. 3 shows the microstructure below the effective case hardening depth of the in 2 shown gear.

4 zeigt die Mikrostruktur innerhalb der effektiven Einsatzhärtetiefe des in 2 gezeigten Zahnrads. 4 shows the microstructure within the effective case hardening depth of the in 2 shown gear.

5 zeigt eine isometrische Ansicht eines Vorformlings nach dem Sintern, welche die erfindungsgemäßen Aspekte der Erfindung darstellt, die erforderlich sind, um nach dem Schmieden das erfindungsgemäße Produkt zu erhalten. 5 shows an isometric view of a preform after sintering, which represents the inventive aspects of the invention, which are required to obtain the product according to the invention after forging.

6A zeigt eine partielle Querschnittsansicht des repräsentativen Vorformlings aus 5 nach der Aufkohlung. 6A shows a partial cross-sectional view of the representative preform 5 after carburizing.

6B zeigt eine partielle Querschnittsansicht eines aufgekohlten Abschnitts, der vor dem Schmieden durch einen Entfernungsvorgang von dem Vorformling aus 6A entfernt werden soll. 6B FIG. 12 is a partial cross-sectional view of a carburized section that exits the preform prior to forging by a removal operation. FIG 6A should be removed.

7 zeigt eine isometrische Ansicht des aus dem Vorformling aus 6B hergestellten Differential-Seitenzahnrads entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung. 7 shows an isometric view of the from the preform 6B manufactured differential side gear according to an embodiment of the invention.

8 zeigt schematisch einen Ablauf des Prozesses zum Erhalten eines Pulvermetallzahnrads mit variierender Einsatzhärtetiefe entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung. 8th Fig. 12 schematically shows a flow of the process for obtaining a powder metal gear with varying case hardening depth according to an embodiment of the invention.

9 zeigt schematisch einen Ablauf einer Ausführungsform eines Prozesses entsprechend der Erfindung zum Erhalten eines geschmiedeten, aufgekohlten Pulvermetallteils. 9 Fig. 2 shows schematically a flow of an embodiment of a process according to the invention for obtaining a forged, carburized powder metal part.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

In sämtlichen Figuren werden die gleichen Bezugszeichen genutzt, um in den verschiedenen Ansichten gleiche Teile zu bezeichnen. Somit ist eine gleichzeitige Bezugnahme auf verschiedene Figuren möglich. Der Deutlichkeit halber können in einigen Fällen äquivalente Teile in unterschiedlichen Figuren unterschiedliche Bezugszeichen aufweisen.Throughout the figures, the same reference numerals are used to designate like parts throughout the several views. Thus, a simultaneous reference to different figures is possible. For the sake of clarity, in some Cases equivalent parts in different figures have different reference numerals.

2 zeigt eine partielle Querschnittsansicht eines Differential-Seitenzahnrads 50 mit einem variierenden Einsatzhärtetiefenprofil 58 entsprechend einem Vorteil der Erfindung. 7 zeigt eine isometrische Ansicht des Differential-Seitenzahnrads 50, das aus dem Vorformling 184 aus 6B entsprechend der Erfindung hergestellt worden ist. Bevor wir uns den erfindungsgemäßen Aspekten zum Erhalten eines selektiv nicht aufgekohlten Pulvermetallteils zuwenden, soll zunächst das Zahnrad 50 mit einem variierenden Einsatzhärtetiefenprofil 58 erörtert werden, das gemäß einem Aspekt der Erfindung vorteilhaft nutzbar ist. 2 shows a partial cross-sectional view of a differential side gear 50 with a varying case depth profile 58 according to an advantage of the invention. 7 shows an isometric view of the differential side gear 50 that from the preform 184 out 6B has been prepared according to the invention. Before we turn to the aspects of the invention for obtaining a selectively non-carburized powder metal part, the gear should first be used 50 with a varying case depth profile 58 be discussed, which is advantageously usable according to an aspect of the invention.

Das Differential-Seitenzahnrad 50 weist eine Mehrzahl von Zähnen 52 und ein variierendes Einsatzhärtetiefenprofil 58 auf, das in einem aufgekohlten Abschnitt des Zahnrads 50 ausgebildet ist. Jeder Zahn der Mehrzahl von Zähnen 52 weist eine erste Oberfläche 54 und einen Zahnkern oder Zahnfuß 56 auf. Das Differential-Seitenzahnrad 50 weist eine Rotationsachse 60 auf, wobei sich die Zähne 52 radial in allgemein der gleichen Richtung wie die Rotationsachse des Zahnrads erstrecken, aber in Bezug auf die Rotationsachse geneigt sind. Das Differential-Seitenzahnrad 50 weist ferner ein axial genutetes Innenprofil 62 auf, das axial mit der Rotationsachse 60 ausgerichtet ist. Das genutete Innenprofil 62 ist in einem nicht aufgekohlten Abschnitt des Zahnrads 50 ausgebildet, der gezielt durch Entfernen eines aufgekohlten Abschnitts eines Vorformlings vor dem Schmieden erhalten wurde, wie vorliegend noch diskutiert wird.The differential side gear 50 has a plurality of teeth 52 and a varying case hardening depth profile 58 on top of that in a carburized section of the gear 50 is trained. Every tooth of the majority of teeth 52 has a first surface 54 and a tooth core or tooth root 56 on. The differential side gear 50 has an axis of rotation 60 on, leaving your teeth 52 extend radially in generally the same direction as the axis of rotation of the gear, but are inclined with respect to the axis of rotation. The differential side gear 50 also has an axially grooved inner profile 62 on that, axially with the axis of rotation 60 is aligned. The grooved inner profile 62 is in a non-carburized section of the gear 50 formed selectively by removing a carburized portion of a preform prior to forging, as will be discussed herein.

Das Profil 58 mit variierender Einsatzhärtetiefe ist an der Mehrzahl von Zähnen 52 ausgebildet. Das variierende Einsatzhärtetiefenprofil 58 liefert in vorteilhafter Weise ein Zahnrad mit einer größeren Zahnverschleißfestigkeit an der ersten Oberfläche 54 und mit einer größeren Schlagfestigkeit im Zahnfuß 56. Das Profil 58 mit variierender Einsatzhärtetiefe stellt das effektive Einsatzhärtetiefenprofil dar, das durch einen vor dem Schmieden des Zahnrads erfolgende Kohlenstoffdiffusion nach dem Schmieden erzielt wird. Das variierende Einsatzhärtetiefenprofil 58, das im Ergebnis des Schmiedevorgangs erzielt werden kann, wird vorstehend diskutiert.The profile 58 with varying case depth is on the majority of teeth 52 educated. The varying case hardening depth profile 58 advantageously provides a gear having a greater tooth wear resistance at the first surface 54 and with a greater impact resistance in the tooth root 56 , The profile 58 With varying case depth, the effective case hardening depth profile achieved by prior carbon forging of the gear prior to forging is illustrated. The varying case hardening depth profile 58 that can be achieved as a result of the forging process is discussed above.

Wenngleich ein Prozess mit Bezug auf ein Differential-Seitenzahnrad 50 beschrieben wird, sei vorangestellt, dass das Profil 58 mit variierender Einsatzhärtetiefe auch an anderen Teilen oder Zahnrädern erhalten werden kann, darunter, ohne Einschränkung, an Kegelzahnrädern, Differentialzahnrädern oder Ritzeln.Although a process related to a differential side gear 50 is prefaced that the profile 58 can be obtained with varying case depth on other parts or gears, including, without limitation, bevel gears, differential gears or pinions.

Das Differential-Seitenzahnrad 50 kann aus einem niedriglegierten, vollverdichteten Eisenpulvermetallmaterial hergestellt werden. Es sei jedoch vorweggenommen, dass das Zahnrad auch aus verschiedenen anderen Arten von Schmiede-Pulvermetallstählen hergestellt werden kann.The differential side gear 50 can be made from a low alloy, fully densified iron powder metal material. It is anticipated, however, that the gear may be made from various other types of forged powder metal steels.

Wenden wir uns 2 zu, so umfasst die erste Oberfläche 54 jedes Zahns des Differential-Seitenzahnrads 50 eine Kopffläche 64, eine Flankenlinienfläche 66, eine Fußausrundungsfläche 68 und eine Fußdurchmesser- oder Bodenfläche 70. Das Profil 58 mit variierender Einsatzhärtetiefe lässt sich im Wesentlichen durch folgende effektive Einsatzhärtetiefen darstellen: 2,4 mm an der Kopffläche 64; 1,9 mm an der Flankenlinienfläche 66; 0,4 mm an der Fußausrundungsfläche 68 und 0,8 mm an der Bodenfläche 70. Dies ergibt sich aus der Kohlenstoffdiffusion und dem nachfolgenden Schmieden eines Vorformlings. Wenngleich in der vorliegenden Ausführungsform spezielle Zahlen angegeben sind, versteht es sich, dass die variierende Einsatzhärtetiefe in einem bestimmten Oberflächenquerschnitt ein beliebiges, nicht konstantes effektives Einsatzhärtetiefenprofil aufweisen kann und nicht auf das speziell hier dargestellte Profil beschränkt ist.Let us turn 2 too, so includes the first surface 54 each tooth of the differential side gear 50 a head area 64 , a flank line surface 66 , a foot fillet 68 and a foot diameter or bottom surface 70 , The profile 58 with varying case depth can be represented essentially by the following effective case hardening depths: 2.4 mm at the head surface 64 ; 1.9 mm at the flank line surface 66 ; 0.4 mm at the foot fillet 68 and 0.8 mm at the bottom surface 70 , This results from carbon diffusion and subsequent forging of a preform. Although specific numbers are given in the present embodiment, it should be understood that the varying case depth in a given surface area may have any non-constant effective case depth profile and is not limited to the particular profile illustrated herein.

Das Profil 58 mit variierender Einsatzhärtetiefe kann auch durch ein Verhältnis von Einsatzhärtetiefen dargestellt werden. Das effektive Verhältnis von Einsatzhärtetiefen wird angegeben, indem Einsatzhärtetiefen verglichen werden, die an der Kopffläche 64 im Vergleich zu der Fußausrundungsfläche 68 gemessen werden, an der Flankenlinienfläche 66 im Vergleich zu der Fußausrundungsfläche 68, oder an der Bodenfläche 70 im Vergleich zu der Fußausrundungsfläche 68. Zum Beispiel beträgt das Verhältnis der variierenden Einsatzhärtetiefen für Kopffläche 64 zu Fußausrundungsfläche 68 6:1, für Flankenlinienfläche 66 zu Fußausrundungsfläche 68 beträgt es 19:4, und für Bodenfläche 70 zu Fußausrundungsfläche 68 beträgt es 2:1. Ein Einsatzhärtetiefenverhältnis von nahezu 1:1 ist als im effektiven Bereich einer konstanten Einsatzhärtetiefe 16 des in 1 gezeigten Zahnrads 10 liegend zu betrachten.The profile 58 with varying case depth can also be represented by a ratio of case hardening depths. The effective ratio of case hardening depths is given by comparing case hardening depths to the top surface 64 compared to the foot fillet 68 be measured, at the flank line surface 66 compared to the foot fillet 68 , or at the bottom surface 70 compared to the foot fillet 68 , For example, the ratio of varying case depths for headface is 64 to foot rounding area 68 6: 1, for flank line area 66 to foot rounding area 68 it is 19: 4, and for floor space 70 to foot rounding area 68 it is 2: 1. A case hardening depth ratio of almost 1: 1 is considered to be in the effective range of a constant case hardening depth 16 of in 1 shown gear 10 to look at lying.

Vorteilhaft kann das Einsatzhärtetiefenverhältnis der größten Tiefe zu der flacheren Tiefe der effektiven Einsatzhärte in dem variierenden Einsatzhärtetiefenprofil 58 6:1 betragen, womit bessere mechanische Eigenschaften wie beispielsweise Zahnverschleiß- und -schlagfestigkeit erzielt werden.Advantageously, the case hardening depth ratio of the greatest depth to the shallower depth of the effective insert hardness in the varying case hardening depth profile 58 6: 1, whereby better mechanical properties such as Zahnverschleiß- and impact resistance can be achieved.

Der Zahnfuß 56 des Zahnrads 50 kann einen Zahnmittelbereich 74 mit einer Härte von ungefähr 43 HRC, einen Fußbereich 76 mit einer Härte von ungefähr 31 HRC und einen Kernbereich 78 mit einer Härte von ungefähr 32 HRC aufweisen. Wenngleich diese Härtezahlen lediglich repräsentativ für ein Zahnrad mit verbesserten mechanischen Eigenschaften sind, wird ein Verhältnis der Kernhärten zwischen dem Zahnmittelbereich 74 und dem Fuß- oder Kernbereich 76, 78 von nahezu 4:3 erzielt. Ein höheres Kernhärteverhältnis repräsentiert ein Zahnrad mit einer größeren Zahnschlagfestigkeit, d. h. Duktilität. Dagegen würde ein Zahnrad, wie es in 1 dargestellt ist, ein Kernhärteverhältnis von nahezu 1:1 und somit eine geringere Duktilität aufweisen.The tooth base 56 of the gear 50 can a tooth area 74 with a hardness of about 43 HRC, a foot area 76 with a hardness of about 31 HRC and a core area 78 having a hardness of about 32 HRC. Although these hardness numbers are merely representative of a gear having improved mechanical properties, a core hardening ratio between the area of the tooth 74 and the foot or core area 76 . 78 of almost 4: 3 scored. A higher core hardness ratio represents a gear having a higher impact strength, ie, ductility. In contrast, a gear like it would in 1 is shown, a core hardness ratio of almost 1: 1 and thus have a lower ductility.

3 zeigt die Mikrostruktur unterhalb der effektiven Einsatzhärtetiefe des in 2 gezeigten Zahnrads, und 4 zeigt die Mikrostruktur innerhalb der effektiven Einsatzhärtetiefe des in 2 gezeigten Zahnrads. Die Tiefengrenze ist diejenige Stelle, an der der effektive Kohlenstoffgehalt des Materials annähernd konstant wird, und kann effektiv durch das variierende Einsatzhärtetiefenprofil 58 dargestellt werden. 3 shows the microstructure below the effective case hardening depth of the in 2 shown gear, and 4 shows the microstructure within the effective case hardening depth of the in 2 shown gear. The depth limit is the point at which the effective carbon content of the material becomes approximately constant and can be effectively controlled by the varying case depth profile 58 being represented.

Wenden wir uns dem Verfahren zur Herstellung des Pulvermetallzahnrads mit variierender Einsatzhärtetiefe zu, einem Prozess, der in 8 gezeigt ist. Der Prozess beginnt mit dem Schritt des Mischens 20 und setzt sich fort mit einigen der möglichen Schritte Füllen 22, Verdichten 24, Sintern 26, Aufkohlen 28, Vorwärmen 30, variables Schmieden 32 und Abkühlen 34. Es können auch Nacharbeiten 36 nach dem Schmieden genutzt werden, um das Zahnrad weiter zu verbessern. Der Kürze halber, und weil Fachleuten auf dem Gebiet des Schmiedens von Pulvermetallen einige dieser Prozessschritte allgemein bekannt sind, werden nachstehend nur bestimmte Aspekte des erfindungsgemäßen Prozesses diskutiert. In dieser Hinsicht werden die Materialauswahl, die Temperaturführung und die Verdichtungsdrücke nur kurz diskutiert.Let us turn to the process of making the powder metal gear with varying case depth, a process that is known in the art 8th is shown. The process begins with the step of mixing 20 and continue filling in with some of the possible steps 22 , Compacting 24 , Sintering 26 , Carburizing 28 , Preheating 30 , variable forging 32 and cooling 34 , It can also be reworked 36 used after forging to further improve the gear. For the sake of brevity, and because some of these process steps are well known to those skilled in the art of forging powdered metals, only certain aspects of the process of the present invention will be discussed below. In this regard, the material selection, the temperature control and the compression pressures are only briefly discussed.

In dem Mischschritt 20 wird das Metallpulver einschließlich etwaig benötigter Binder oder Schmiermittel vorbereitet, indem es gemischt wird, bis eine nahezu gleichförmige Mischung erzielt ist, die zum Einfüllen in eine Verdichtungsform während des Füllschritts 22 bereit ist. Der Verdichtungsschritt 24 umfasst das Verdichten eines Metallpulvers zu einem Vorformling mit einem nahezu einheitlichen Anfangskohlenstoffgehalt in dem gesamten Vorformling. Der Anfangskohlenstoffgehalt wird durch Mischen des Metallpulvers mit Mengenbestandteilen an Graphit zusammen mit den zum Herstellen des Vorformlings erforderlichen Bindern oder Schmiermitteln erzielt. Der Vorformling weist zumindest eine Querschnittsfläche auf, an der beim fertig geschmiedeten Teil im Ergebnis ein variierendes Einsatzhärtetiefenprofil erreicht wird, wie vorstehend diskutiert wird.In the mixing step 20 For example, the metal powder, including any binder or lubricant needed, is prepared by mixing it until a nearly uniform mixture is obtained for filling into a compacting mold during the filling step 22 ready. The compaction step 24 comprises compacting a metal powder into a preform having a nearly uniform initial carbon content throughout the preform. The initial carbon content is achieved by mixing the metal powder with constituents of graphite together with the binders or lubricants necessary to make the preform. The preform has at least one cross-sectional area at which, as a result, a varying case hardening depth profile is achieved in the final forged part, as discussed above.

Die Schritte des Sinterns und Aufkohlens 26, 28 können gleichzeitig erfolgen, oder der Aufkohlungsschritt kann nach dem Sintern des Vorformlings abgeschlossen werden. Durch das Sintern des Vorformlings verbindet sich das Metallpulver. Durch das Aufkohlen des Vorformlings wird der Anfangskohlenstoffgehalt wesentlich erhöht, indem von der Oberfläche des Vorformlings in den Kern hinein ein Kohlenstoffgradient entwickelt wird. Der Kohlenstoffgradient wird erzeugt, indem eine kontrollierte Kohlenstoffatmosphäre bereitgestellt wird und der Vorformling über einen vorgegebenen Zeitraum in der kontrollierten Atmosphäre gehalten wird. Es ist notwendig, eine im Wesentliche konstante Kohlenstoffeinsatzhärtetiefe in dem Vorformling zu erzielen, um das kritische Fließen von Metall während des Schmiedens zu verbessern, um in dem fertig geschmiedeten Teil das gewünschte Profil mit variierender Einsatzhärtetiefe zu erreichen. Selbstverständlich wird durch den Dichtegradienten, die Geometrie des Teils und die Aufkohlungsbedingungen die Einheitlichkeit des Aufkohlungsprozesses bestimmt. Die in dem Vorformling erforderliche Einsatzhärtetiefe für Kohlenstoff wird durch die Geometrie des Vorformlings und die gewünschten Bereiche kritischen Metallfließens während des Schmiedens bestimmt. Um das vorstehend erwähnte Profil mit variierender Einsatzhärtetiefe in dem Zahnrad 50 zu erzielen, das durch die angegebenen Verhältnisse bemessen ist, wird der Vorformling bis zu einer Einsatzhärtetiefe von 1/4 der Zahnhöhe aufgekohlt; es kann aber auch hinreichend sein, bis zu einer Einsatzhärtetiefe von 1/20 der Zahnhöhe oder bis zu 7/8 der Zahnhöhe aufzukohlen. Es sei vorangestellt, dass sich durch eine zu geringe Einsatzhärtetiefe in dem Vorformling nicht aufgekohlte Bereichen ergeben können. Es sei außerdem vorangestellt, dass eine zu hohe Einsatzhärtetiefe in dem Vorformling zu einem nahezu konstanten Einsatzhärtetiefenprofil führen kann. 6A zeigt eine partielle Querschnittsansicht des aufgekohlten Vorformlings 85 aus dem repräsentativen Vorformling 84 aus 5 nach dem Aufkohlungsprozess. Der Vorformling 85 weist eine im Wesentlichen konstante Kohlenstoffeinsatzhärtetiefe 86 auf, die nach dem Sintern und Aufkohlen des Vorformlings erzielt ist.The steps of sintering and carburizing 26 . 28 may be done simultaneously or the carburizing step may be completed after sintering the preform. By sintering the preform, the metal powder combines. By carburizing the preform, the initial carbon content is substantially increased by developing a carbon gradient from the surface of the preform into the core. The carbon gradient is generated by providing a controlled carbon atmosphere and maintaining the preform in the controlled atmosphere for a predetermined period of time. It is necessary to achieve a substantially constant carbon case depth in the preform to improve the critical flow of metal during forging to achieve the desired profile with varying case depth in the final forged part. Of course, the uniformity of the carburizing process is determined by the density gradient, the geometry of the part and the carburizing conditions. The case hardening depth for carbon required in the preform is determined by the geometry of the preform and the desired ranges of critical metal flow during forging. To the aforementioned profile with varying case depth in the gear 50 to achieve, which is dimensioned by the given conditions, the preform is carburized to a case depth of 1/4 of the tooth height; but it may also be sufficient to carburize up to a case hardening depth of 1/20 of the tooth height or up to 7/8 of the tooth height. It should be preceded that not carburized areas can result in the preform by too small case depth. It is also preceded that too high case depth in the preform can lead to a nearly constant case depth profile. 6A shows a partial cross-sectional view of the carburized preform 85 from the representative preform 84 out 5 after the carburization process. The preform 85 has a substantially constant carbon case hardening depth 86 obtained after sintering and carburizing the preform.

Der Schritt 32 des variablen Schmiedens umfasst das Schmieden des aufgekohlten Vorformlings bei einer Schmiedetemperatur und einem Schmiededruck, mit dem ein im Wesentlichen dichtes Teil in endgültiger Gestalt erzielt wird. Mit dem variierenden Einsatzhärtetiefenprofil für das Zahnrad ergeben sich nahezu symmetrische Profile für jeden Zahn, aufgrund der symmetrischen Beschaffenheit der Schmiedeformen und des aufgekohlten Vorformlings. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Aufkohlungsmodelle und Schmiedeschritte genutzt werden können, um mehrfach variierende Einsatzhärtetiefenprofile zu erzielen.The step 32 Variable forging involves forging the carburized preform at a forging temperature and forging pressure to achieve a substantially dense final shape. With the varying case depth profile for the gear, nearly symmetrical profiles for each tooth result due to the symmetrical nature of the forging dies and the carburized preform. It is understood, however, that other carburizing models and forging steps can be used to achieve multiple varying case depth profiles.

Das variierende Einsatzhärtetiefenprofil wird erzielt, indem ein Schmiedeformeinsatz genutzt wird, um das kritische Fließen des aufgekohlten Metallbereichs während des Schmiedeprozesses variabel zu verstärken. Es ist wesentlich, dass die konstante Einsatzhärtetiefe des Vorformlings aus aufgekohltem Pulvermetall gezielt in die Formabschnitte gepresst wird, wobei während des Schmiedens Abschnitte des Vorformlings gedehnt und verdünnt werden und andere Abschnitte des Vorformlings verdickt werden und die Tiefe des aufgekohlten Pulvermetalls zunimmt. Es sei wiederholt, dass, wenn die Einsatzhärtetiefe in dem aufgekohlten Pulvermetall-Vorformling vor dem Schmieden zu flach oder zu tief ist, in dem Endprodukt kein Profil mit variierender Einsatzhärtetiefe entstehen wird.The varying case depth profile is achieved by using a forging mold insert to variably increase the critical flow of the carburized metal area during the forging process. It is essential that the constant case hardening depth of the preform is carburized Powder metal is selectively pressed into the mold sections, wherein portions of the preform are stretched and thinned during forging and other portions of the preform are thickened and the depth of the carburized powder metal increases. It should be repeated that if the case hardening depth in the carburized powdered metal preform is too shallow or too deep prior to forging, no profile with varying case depth will result in the final product.

Der Abkühlschritt 34 ermöglicht, dass das geschmiedete Teil eine bestimmte Metallurgie erhält, die ein Zahnrad mit dem gewünschten Profil mit variierender Einsatzhärtetiefe ergibt. Die Abkühlung des geschmiedeten Teils kann durch Abschrecken in Öl, Wasser, Luft oder durch andere Verfahren, die für den Pulvermetall-Schmiedeprozess geeignet sind, erfolgen.The cooling step 34 allows the forged part to receive a certain metallurgy, yielding a gear having the desired profile with varying case depth. Cooling of the forged part may be accomplished by quenching in oil, water, air, or by other methods suitable for the powder metal forging process.

Vor dem Abkühlen kann das Einschieben eines Verweilschrittes für das geschmiedete Teil für eine gewisse Verweildauer verbesserte Eigenschaften möglich machen, indem eine Stabilisierung der Temperatur des Materials des Teils ermöglicht wird.In front the cooling can be the insertion of a residence step for the forged part for a certain length of stay Improved properties possible by stabilizing the temperature of the material of the part is made possible.

Der optionale Vorwärmschritt für den Vorformling auf eine Vorschmiedetemperatur vor dem Schmieden kann den gewünschten Materialfluss während des Schmiedeprozesses verbessern.Of the optional preheating step for the preform a forging temperature before forging can be the desired Improve material flow during the forging process.

Der optionale Schritt 36 der Schmiedenachbearbeitung kann in Abhängigkeit von den spezifizierten Endanforderungen Drehen, Schlichten, Oberflächenschleifen, Nuten und Räumen des Erzeugnisses umfassen, womit dieses zum Waschen, zur Verpackung oder zum Versand bereit ist.The optional step 36 Depending on the specified final requirements, the forging can include turning, finishing, surface grinding, grooving and broaching the product, thus preparing it for washing, packaging or shipping.

Bei einer geeigneten Auswahl und Kombination von Pulvermetall, Verdichtungsformen, Prozesszeiten, Prozesstemperaturen, Prozessdrücken, Schmiedeformen und Abkühlverfahren kann ein vollständig dichtes Erzeugnis mit nahezu endgültiger Gestalt erzielt werden, welches das variierende Einsatzhärtetiefenprofil aufweist, wodurch eine spanende Bearbeitung nur minimal, wenn überhaupt, erforderlich ist, womit Kosteneinsparungen und Verbesserungen des Leistungsverhaltens ermöglicht werden.at a suitable choice and combination of powdered metal, compaction forms, Process times, process temperatures, process pressures, forging shapes and cooling can be a completely dense Product of almost final shape, which has the varying case depth profile, whereby machining only minimally, if at all, is required, bringing cost savings and improvements to the Performance are allowed.

Wenden wir uns dem erfindungsgemäßen Verfahren der Herstellung eines geschmiedeten, aufgekohlten Pulvermetallteils zu, so ist eine Ausführungsform eines Prozesses dafür in 9 gezeigt. Der Prozess beginnt mit dem Schritt des Mischens 120 und wird fortgeführt mit den Schritten Füllen 122, Verdichten 124, Sintern 126, Aufkohlen 128, Entfernen 130, Schmieden 132 und endet wiederum mit dem Abkühlen 134. Außerdem können auch Schmiedenacharbeiten 136 genutzt werden, um das Zahnrad weiter zu verbessern. Kompatible Verarbeitungsschritte, die vorstehend mit Bezug auf den in 8 gezeigten Prozess erwähnt wurden und die auch mit dem vorliegenden Verfahren aus 9 kompatibel sind, können ebenfalls genutzt werden, um das Pulvermetallteil weiter zu verbessern. Der Kürze halber, und da Fachleuten auf dem Gebiet des Schmiedens von Pulvermetallen einige dieser Prozessschritte allgemein bekannt sind, werden nachstehend primär nur gewisse Aspekte der Erfindung diskutiert.Turning to the process of the invention for producing a forged, carburized powder metal part, one embodiment of a process therefor is shown in FIG 9 shown. The process begins with the step of mixing 120 and will continue with the steps of filling 122 , Compacting 124 , Sintering 126 , Carburizing 128 , Remove 130 , Forging 132 and ends again with cooling 134 , In addition, can also Schmlegeacharbeiten 136 used to further improve the gear. Compatible processing steps described above with reference to the in 8th have been mentioned and also with the present method 9 can also be used to further improve the powder metal part. For the sake of brevity, and as some of these process steps are well known to those skilled in the art of forging powdered metals, only certain aspects of the invention will be discussed primarily below.

Zum besseren Verständnis des Prozesses aus 9 sei die Aufmerksamkeit für einen Moment auf den Vorformling 184 aus 6B gerichtet. 6B zeigt eine partielle Querschnittsansicht eines aufgekohlten Abschnitts 188, der durch einen Entfernungsvorgang von dem Vorformling 85 aus 6A entfernt werden soll, und zwar vor dem Schmieden. 6A zeigt eine partielle Querschnittsansicht des repräsentativen Vorformlings 84 aus 5 nach dem Aufkohlen. Der Vorformling 184 weist mindestens eine erste Oberfläche 185, eine Einsatzhärtetiefe 186, mindestens eine zweite Oberfläche 187 und einen aufgekohlten Abschnitt 188 auf. Der aufgekohlte Abschnitt 188 wird gezielt zur Entfernung von dem Vorformling vor dem Schmieden ausgewählt. Durch selektive Entfernung des aufgekohlten Abschnitts vor dem Schmieden ergibt sich ein fertiges Teil mit einer besseren maschinellen Bearbeitbarkeit für sekundäre Bearbeitungsvorgänge, wodurch sich z. B. eine höhere Keilprofilklassifikation oder engere Räumungstoleranzen in dem relativ weichen, nicht aufgekohlten Material erzielen lassen. Ein zusätzlicher Vorteil leitet sich ferner aus dem gezielt verbesserten aufgekohlten Abschnitt ab, der im Ergebnis des Sinter-Aufkohl- und des Schmiedeprozesses erhalten wird.For a better understanding of the process 9 be the attention for a moment on the preform 184 out 6B directed. 6B shows a partial cross-sectional view of a carburized section 188 by a removal process from the preform 85 out 6A should be removed, before forging. 6A shows a partial cross-sectional view of the representative preform 84 out 5 after carburizing. The preform 184 has at least one first surface 185 , a case hardening depth 186 , at least a second surface 187 and a carburized section 188 on. The carburized section 188 is specifically selected for removal from the preform before forging. Selective removal of the carburized section prior to forging results in a finished part with better machinability for secondary machining operations, resulting in e.g. B. can achieve a higher wedge profile classification or tighter clearance tolerances in the relatively soft, not carburized material. An additional advantage is further derived from the deliberately improved carburized section obtained as a result of the sintering carburizing and forging process.

Kehren wir zu dem Prozess aus 9 zurück, so ist für ein selektiv nicht aufgekohltes Pulvermetallteil ein Schritt des Verdichtens des Metallpulvers zu einem Vorformling erforderlich.Let us return to the process 9 back, a step of compacting the metal powder into a preform is required for a selectively non-carburized powder metal part.

Die gleichzeitig oder nacheinander erfolgenden Schritte des Sinterns und Aufkohlens, oder des Sinterns und danach des Aufkohlens des Vorformlings zum Erhalten des Vorformlings 184 können mit den zuvor erwähnten Sinter- und Aufkohlungsprozessen ausgeführt werden.The simultaneous or sequential steps of sintering and carburizing, or sintering and then carburizing the preform to obtain the preform 184 can be carried out with the aforementioned sintering and carburizing processes.

Wie im Fachgebiet bekannt ist, liegt eine typische Sintertemperatur für Stahlmetallpulver ungefähr zwischen 2000°F und 2100°F, während der Anfangskohlenstoffgehalt des Vorformlings weniger als 0,22 Gew.-% betragen kann. Durch die Aufkohlung kann der Endkohlenstoffgehalt in der mindestens einen ersten Oberfläche im Bereich von 0,22 bis 0,37 Gew.-% liegen.As is known in the art, is a typical sintering temperature for steel metal powder approximately between 2000 ° F and 2100 ° F, while the initial carbon content of the preform can be less than 0.22 wt .-%. By the Carburization may be the final carbon content in the at least one first surface in the range of 0.22 to 0.37 wt .-% are.

Der Schritt des Entfernens des aufgekohlten Abschnitts an der mindestens einen zweiten Oberfläche des Vorformlings erfolgt vor dem Schmieden. Das Entfernen von zumindest einem aufgekohlten Abschnitt führt vorteilhafterweise zu einem geschmiedeten Teil mit einem aufgekohlten Abschnitt an mindestens einer ersten Oberfläche mit dessen vorteilhafter Einsatzhärte, während gleichzeitig mindestens eine zweite Oberfläche bereitgestellt wird, an der das Material nicht einsatzgehärtet ist. Der Entfernungsschritt ermöglicht das gezielte Entfernen des aufgekohlten Abschnitts 188 an der zweiten Oberfläche 178 von dem gesinterten Vorformling vor dem Schmieden. Der Entfernungsvorgang kann durch bekannte Verfahren erfolgen, beispielsweise etwa durch Stanzen, spanende Bearbeitung oder Schleifen. Ein Vorteil des Entfernens des aufgekohlten Abschnitts besteht darin, dass dadurch die Notwendigkeit von komplexen und komplizierten Maskierungs- und Maskenentfernungsvorgängen zur kontrollierten Diffusion von Kohlenstoff während der Sinter-Aufkohl-Prozesse vermieden wird. Ein weiterer zusätzlicher Vorteil des Entfernens des aufgekohlten Abschnitts an dem gesinterten Vorformling, während sich dieser in einem relativ weichen Zustand befindet, besteht in einer verbesserten Werkzeugstandzeit, wodurch höhere Leistungsdaten bezüglich solcher Punkte wie Keilprofilklassifikation erzielt werden. Darüber hinaus erfolgt die Keilprofilerzeugung typischerweise, wenn das Teil nach dem Schmieden als im harten Zustand befindlich betrachtet werden kann, wodurch unnötiger Werkzeugverschleiß und eine geringere Keilprofiltoleranz oder ein schlechteres Keilprofilverhalten bewirkt werden.The step of removing the carburized portion at the at least one second surface The preform is made before forging. The removal of at least one carburized section advantageously results in a forged part having a carburized portion on at least one first surface with its advantageous insert hardness while providing at least one second surface on which the material is not case hardened. The removal step allows targeted removal of the carburized section 188 on the second surface 178 from the sintered preform before forging. The removal process can be done by known methods, such as punching, machining or grinding. An advantage of removing the carburized portion is that it avoids the need for complex and complicated masking and mask removal operations for the controlled diffusion of carbon during the sintering-carburizing processes. Another added benefit of removing the carburized section on the sintered preform while it is in a relatively soft state is improved tool life, thereby providing higher performance data on such points as spline classification. Moreover, wedge profiling typically occurs when the part is considered to be in a hard state after forging, thereby causing unnecessary tool wear and wedge profile tolerance or wedge profile performance.

Danach erfolgen die Schritte des Schmiedens und Abkühlens, um das Teil zu erhalten, das zumindest eine zweite Oberfläche mit Scherfestigkeitseigenschaften und zumindest eine erste Oberfläche mit Oberflächenhärteeigenschaften aufweist. Das Schmieden und Abkühlen kann entsprechend anerkannter Verfahren erfolgen, die Fachleuten auf dem Gebiet des Pulvermetallschmiedens bekannt sind, wobei diese typischerweise bei einer Temperatur für Stahlpulvermetall von ungefähr 1600°F bis 1800°F ausgeführt werden. Es ist außerdem wünschenswert, ein im Wesentlichen vollständig dichtes Teil mit zumindest 99,6% der theoretischen Dichte zu erhalten, indem ein Schmiededruck im Bereich von typischerweise 50 bis 70 Tonnen pro Zoll ausgeübt wird.After that The steps of forging and cooling take place to to get the part that has at least a second surface with shear strength properties and at least a first surface with Having surface hardness properties. The forging and cooling can be done according to accepted procedures, the experts in the field of powder metal forging known These are typically at a steel powder metal temperature from about 1600 ° F to 1800 ° F become. It is also desirable to have an im Essentially completely dense part with at least 99.6% to obtain the theoretical density by a forging pressure in the Range of typically 50 to 70 tons per inch exercised becomes.

Wenn ein fertiges Teil nach dem Schmieden eine nahezu endgültige Gestalt aufweisen soll, sollte im Verdichtungsschritt dem während des Entfernungsschrittes entfernten Material Rechnung getragen werden, indem ein entsprechender oder überdimensionierter Vorformling hergestellt wird.If a finished part after forging an almost final Should have shape in the compression step during material removed from the removal step, by having a corresponding or oversized preform will be produced.

In dem Prozess, wie er in 9 angegeben ist, kann auch vorteilhaft der variable Schmiedeschritt genutzt werden, wie er in dem Prozess aus 8 angegeben ist. Speziell kann während des Schmiedens des aufgekohlten Abschnitts der mindestens einen ersten Oberfläche des Vorformlings nach dem Entfernungsschritt ein Profil mit variierender Einsatzhärtetiefe in dem Endteil erzielt werden. In diesem Fall kann das Teil, wenn es ein entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestelltes Zahnrad ist, dann das Profil mit variierender Einsatzhärtetiefe aufweisen, wie es in 2 dargestellt ist, während es gleichzeitig die vorzugsweise weiche Innenumfangsfläche aufweist, die für eine höhere Keilprofilklasse und Scherfestigkeit erforderlich ist.In the process, as in 9 can be used, the variable forging step can also be used as advantageous in the process 8th is specified. Specifically, during forging of the carburized portion of the at least one first surface of the preform after the removal step, a profile with varying case depth may be achieved in the end portion. In this case, if the part is a gear made according to the present invention, then the part may have a varying case depth, as shown in FIG 2 at the same time as having the preferably soft inner peripheral surface required for a higher spline class and shear strength.

Das entsprechend dem erfindungsgemäßen Prozess aus 9 hergestellte Teil kann ein beliebiges Teil mit geforderten harten und weichen Oberflächen umfassen. Speziell ist der erfindungsgemäße Prozess aus 9 besonders vorteilhaft für ein Zahnrad.The according to the process of the invention 9 manufactured part may include any part with required hard and soft surfaces. Specifically, the process of the invention is 9 particularly advantageous for a gear.

Wenngleich vorliegend verschiedene Prozessschritte dargestellt worden sind, sollen diese im Umfang oder in der Reihenfolge lediglich wie in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung angegeben eingeschränkt sein. Wenngleich ferner die Erfindung in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. So deckt die Erfindung sämtliche Alternativen, Modifikationen und Äquivalente ab, die unter den erfinderischen Gedanken und den Schutzumfang der anhängenden Ansprüche fallen.Although in the present case, different process steps have been illustrated, These should be in the scope or in the order only as in limited to the claims of the present invention be. Although the invention in conjunction with various Embodiments has been described, should be understood be that the invention is not limited to these embodiments is limited. Thus, the invention covers all alternatives, Modifications and equivalents that fall under the inventive Thought and the scope of the appended claims fall.

ZusammenfassungSummary

Es wird ein Verfahren zum Erhalten eines selektiv nicht aufgekohlten Pulvermetallteils bereitgestellt. Die Verfahrensschritte umfassen das Verdichten, Sintern, Entfernen, Schmieden und Abkühlen. Ein Metallpulver wird verdichtet, sodass es einen Vorformling bildet, der mindestens eine erste Oberfläche aufweist, an der ein geschmiedetes Teil eine Einsatzhärtetiefe aufweisen soll, und mindestens eine zweite Oberfläche, an der ein aufgekohlter Abschnitt vor dem Schmieden entfernt werden soll. Der Vorformling wird danach gesintert und aufgekohlt. Nach dem Aufkohlen wird die mindestens eine zweite Oberfläche des Vorformlings entfernt, und danach erfolgt das Schmieden und Abkühlen. Das geschmiedete Teil weist mindestens eine zweite Oberfläche mit verbesserten Schmiedenachbearbeitungseigenschaften und mindestens eine erste Oberfläche mit verbesserten Gütemerkmalen auf. Ein Teil, das gemäß dem vorliegenden Verfahren hergestellt ist, wird ebenfalls bereitgestellt.It is a method for obtaining a selectively not carburized Powder metal part provided. The process steps include compacting, sintering, removal, forging and cooling. One Metal powder is compacted to form a preform the at least one first surface has, at the one Forged part should have a case depth, and at least one second surface on which a carburized Section should be removed before forging. The preform is then sintered and carburized. After carburizing, the removed at least a second surface of the preform, and then forging and cooling. The forged Part has at least a second surface with improved Forging finishing features and at least a first one Surface with improved quality features. A part that according to the present method is prepared is also provided.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 3992763 [0004]
- US 4002471 [0004]
- US 4165243 [0005]

Claims

A method of obtaining a selectively non-carburized powder metal part comprising in succession the steps of: compacting ( 124 ) of a metal powder into a preform, wherein the preform has at least one first surface ( 185 ), which determines a surface with case hardening depth, and wherein the preform has at least one second surface ( 187 ) having a carburized section ( 188 ) which is to be removed before forging; Sintering ( 126 ) and carburizing ( 128 ) of the preform, successively or simultaneously; Remove ( 130 ) of the carburized section ( 188 ) on the at least one second surface ( 187 ) of the preform; Forging ( 132 ) of the preform to obtain a forged part; and cooling ( 134 ) of the forged part such that the forged part has at least one second surface with improved toughening properties and at least one first surface having surface hardening properties.

The method of claim 1, wherein the forged Part after forging and temperature stabilization by quenching is cooled in an oil bath.

The method of claim 1, wherein sintering in a temperature between about 2000 ° F and 2100 ° F he follows.

The method of claim 1, wherein the powder metal the preform with a consistently substantially uniform Initial carbon content results.

The method of claim 1, which comprises carburizing of the preform to clearly show the carbon content in the preform increase by providing a controlled carbon atmosphere a rich endothermic gas and keep the preform in the Controlled Kohlenmophäre for a given Time sufficient to a desired case depth the at least one first surface of the forged Partly to get larger than the initial carbon content is.

The method of claim 5, wherein the initial carbon content of the preform is less than 0.22 wt .-% and wherein the final carbon content of the at least one first surface with the carburized section in the range of 0.22 to 0.37 wt% lies.

The method of claim 1, wherein the forging in a temperature between 1600 ° F and 1800 ° F a density of at least 99.6% of the theoretical density, to get the forged part.

The method of claim 1, wherein removing the carburized portion on the at least one second surface the preform is done by soft turning or broaching.

The method of claim 1, wherein the preform is oversized becomes the material to be removed during removal to compensate, resulting in a part with almost after forging final shape.

The method of claim 1, wherein the finished forged Part has a nearly final shape.

The method of claim 1, further according to Cooling includes cleaning.

The method of claim 1, further according to Cooling involves hard turning.

The method of claim 1, wherein the metal powder is a low-alloyed ferrous metal powder.

The method of claim 1, which is forging of the preform for obtaining the forged part with a varying case depth profile on the at least comprises a first surface, wherein the varying Case hardening depth profile by using a forging mold insert is reached, the critical flow of the carburized Section of the metal during forging of the forging variable to reinforce.

Bevel gear ( 50 ) produced according to the method of claim 1, wherein the bevel gear has a rotation axis ( 60 ) and a plurality of radial teeth ( 52 ), wherein the radial teeth extend in generally the same direction as the rotational axis of the bevel gear but are inclined with respect to the rotational axis of the bevel gear.

A bevel gear according to claim 15, wherein the bevel gear is a wedge profile differential side gear ( 62 ).

A part made in accordance with a process for obtaining a selectively non-carburized powder metal part comprising in succession the steps of: compacting ( 124 ) of a metal powder into a preform, wherein the preform has at least one first surface ( 185 ), which determines a surface with case hardening depth, and wherein the preform has at least one second surface ( 187 ) on which has a carburized section ( 188 ) which is to be removed before forging; Sintering ( 126 ) and carburizing ( 128 ) of the preform, successively or simultaneously; Remove ( 130 ) of the carburized section ( 188 ) on the at least one second surface ( 187 ) of the preform; Forging ( 132 ) of the preform to obtain a forged part; and cooling ( 134 ) of the forged part such that the forged part has at least one second surface with improved toughening properties and at least one first surface having surface hardening properties.

A part according to claim 17, comprising forging the Preform for obtaining the forged part with a varying Case hardening depth profile on the at least one first surface.

A method of providing a gear having a selectively non-carburized powder metal portion, comprising in sequence the steps of: compacting ( 124 ) of a metal powder into a preform, wherein the preform has at least one gear surface ( 185 ), which determines a surface with case hardening depth, and wherein the preform has at least one spline surface ( 187 ), at which a carburized section ( 188 ) should be removed before forging; Sintering ( 126 ) and carburizing ( 128 ) of the preform, successively or simultaneously; Rotate or broach around the carburized section ( 188 ) on the at least one spline surface ( 187 ) of the preform; Forging ( 132 ) of the preform to obtain a forged part; and cooling ( 134 ) of the forged part, the forged part having at least one spline surface having shear strength properties and at least one gear surface having surface hardness properties.

The method of claim 19, which is forging of the preform is such that the forged part with a varying case hardening depth profile on the at least a gear surface is obtained.

Sintered, forged powder metal part, comprising: a first and a second surface, wherein the first surface carburized to a case hardening depth and wherein the second surface is not carburized, both Surfaces by forging a sintered powder metal preform are formed before forging in the areas of the first and the second surface has been carburized and at the carburizing in the region of the second surface Removed by machining before forging is.

Sintered, forged powder metal part after Claim 21, wherein by the forging the carburized case depth in the area of the first surface of one over the area towards a relatively constant depth to one over the area is varied to varying depth.