DE112011103990T5

DE112011103990T5 - Verfahren zur Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit von Gusseisenmaterial

Info

Publication number: DE112011103990T5
Application number: DE112011103990T
Authority: DE
Inventors: Makoto Taguchi; Yoshihiko Nozaki; Kazuhiro Hirakawa
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2013-08-29
Anticipated expiration: 2031-11-01
Also published as: US20130247634A1; JP2012115881A; US9102992B2; DE112011103990B4; WO2012073629A1

Abstract

Der Zweck dieser Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit anzugeben, das in der Lage ist, die Ermüdungsfestigkeit von Gusseisen, spezifisch sphärischem Graphit-Gusseisen, auf den gleichen Wert wie von Kohlenstoffstahl, mit dem Aufkohlungen und Abschreckungen durchgeführt sind, zu verbessern. Diesbezüglich umfasst dieses Verfahren einen Schritt zur Durchführung einer ersten, zweiten und dritten Kugelstrahlbehandlung unter Verwendung von Kugeln mit einem bestimmten Durchmesser für jedes sphärische Graphit-Gusseisen, mit dem eine Temper-Wärmebehandlung bei 150 bis 300°C durchgeführt ist und die Zugfestigkeit auf 800 MPa oder mehr eingestellt ist, wobei das sphärische Graphit-Gusseisen die folgenden Elemente in den folgenden Massenprozentsätzen umfasst: C = 2,0–4,0%, Si = 1,5–4,5%, Mn = 2,0% oder weniger, P = 0,08% oder weniger, S = 0,03% oder weniger, Mg = 0,02–0,1% und Cu = 1,8–4,0%.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft eine Technologie zur Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit von Gusseisenmaterial, insbesondere eines sphärischen Graphit-Gusseisens.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein konventionelles Automobil-Getriebe wurde hergestellt durch Aufkohlen und Härten eines Stahlmaterials, nachdem das Stahlmaterial gezahnt ist. Jedoch gab es ein Problem der Deformation eines Teils aufgrund einer Wärmebehandlungsspannung.
Im Gegensatz dazu kann ein sphärisches Graphit-Gusseisen leicht hergestellt werden. Jedoch hat es einen Nachteil, dass es nicht in einem Automobil-Getriebe wegen einer geringen Ermüdungsfestigkeit verwendet werden kann. Demzufolge ist es gewünscht, dass ein Gusseisenmaterial, das nicht aufgekohlt und nicht gehärtet ist, eine Ermüdungsfestigkeit hat, die gleich ist wie die eines aufgekohlten und gehärteten Stahlmaterials.
Ein sphärisches Graphit-Gusseisen hat unter den Gusseisen eine hohe mechanische Festigkeit. Als Technologie zur Verbesserung einer Ermüdungsresistenz eines sphärischen Graphit-Gusseisens gibt es eine Bainisierungsbehandlung oder Abschreck- und Temper-Wärmebehandlung, die bei einem sphärisches Graphit-Gusseisen angewandt wird, umfassend, als Gewichtsverhältnis: 2,0 bis 4,0% C, 1,5 bis 4,5% Si, 2,0% oder weniger Mn, 0,08% oder weniger P, 0,03% oder weniger S, 0,02 bis 0,1% Mg und 1,8 bis 4,0% Cu.
Die Biege-Ermüdungsfestigkeit bei 10⁷ Zyklen eines sphärischen Graphit-Gusseisens mit einer solchen Zusammensetzung ist nur etwa 350 MPa selbst mit einem Gusseisen mit hoher Zugfestigkeit von 1400 MPa. Dieser numerische Wert ist vergleichbar für den eines geschmiedeten Gegenstandes, und die Festigkeit von 600 MPa oder mehr, die beim gleichen Niveau ist wie bei einem aufgekohlten und gehärteten Stahlmaterial, wird nicht erhalten.
Die Ermüdungsfestigkeit von „etwa 350 MPa” kann in einem Automobilgetriebe nicht verwendet werden.
Als anderer Stand der Technik wird eine Technologie vorgeschlagen, gemäß der ein sphärisches Graphit-Gusseisen gegossen wird zur Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit davon mit Hilfe der Zugabe eines Additivs zu einem geschmolzenen Metall von schüppchenförmigem Graphit-Gusseisen (siehe Patentdokument 1).
Jedoch bezweckt ein solcher Stand der Technik die Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit durch Verbesserung eines Gussschrittes und kann nicht die Ermüdungsfestigkeit eines Materials nach mechanischem Maschinieren eines Gusseisenmaterials verbessern.
STAND DER TECHNIK
Patentdokument

Patentdokument 1: nicht geprüfte japanische Patentveröffentlichung 2005-8913 .

ZUSAMNENFASSUNG DER ERFINDUNG
Problem, das diese Erfindung lösen soll Diese Erfindung wurde angesichts der Probleme des oben beschriebenen Standes der Technik vorgeschlagen und bezweckt den Vorschlag eines Verfahrens zur Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit, das die Ermüdungsfestigkeit von Gusseisenmaterial, insbesondere eines sphärischen Graphit-Gusseisens auf einen Wert verbessern kann, der gleich ist wie der eines Kohlenstoffstahls, der aufgekohlt und gehärtet ist.
Mittel zur Lösung des Problems
Ein Verfahren zur Verbesserung einer Ermüdungsfestigkeit eines Gusseisenmaterials dieser Erfindung umfasst folgende Schritte:
Durchführen einer ersten Kugelstrahlbehandlung mit Kugeln mit einer Härte von 600 Hv oder mehr und einer Teilchengröße (ϕ) von 0,5 bis 0,8 mm (1. Schritt),
Durchführen einer zweiten Kugelstrahlbehandlung mit Kugeln mit einer Härte von 600 Hv oder mehr und einer Teilchengröße (ϕ) von 0,1 mm bis 0,3 mm (2. Schritt), und
Durchführen einer dritten Kugelstrahlbehandlung mit Kugeln mit einer Härte von 600 Hv oder mehr mit einer Teilchengröße (ϕ) von 0,1 mm oder weniger (3. Schritt),
für jedes sphärische Graphit-Gusseisen, mit dem eine Temper-Wärmebehandlung bei 150 bis 300°C durchgeführt worden ist und eine Zugfestigkeit auf 800 MPa oder mehr eingestellt ist,
wobei das sphärische Graphit-Gusseisen die folgenden Elemente in den folgenden Massenprozentsätzen enthält:
C = 2,0–4,0%, Si = 1,5–4,5%, Mn = 2,0% oder weniger, P = 0,08% oder weniger, S = 0,03% oder weniger, Mg = 0,02–0,1% und Cu = 1,8–4,0%.
Bei Anwendung dieser Erfindung ist es bevorzugt, dass nach Durchführen der ersten bis dritten Kugelstrahlbehandlung eine Kugelstrahlbehandlung mit Kugeln durchgeführt wird, die sich aus Zinn oder Molybdän zusammensetzen, zur Durchführung der Metallschmierung.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß dieser Erfindung mit den oben beschriebenen Konstruktionen kann, wenn die erste bis dritte Kugelstrahlbehandlung bei einem sphärischen Graphit-Gusseisen durchgeführt wird, das umfasst, als Gewichtsverhältnis: 2,0 bis 4,0% C, 1,5 bis 4,5% Si, 2,0% oder weniger Mn, 0,08% oder weniger P, 0,03% oder weniger S, 0,02 bis 0,1% Mg und 1,8 bis 4,0% Cu, und wenn das sphärische Graphit-Gusseisen einer Temper-Wärmebehandlung bei 150 bis 300°C unterworfen worden ist und die Zugfestigkeit auf 800 MPa oder mehr eingestellt ist, die Ermüdungsfestigkeit von 600 MPa oder mehr erhalten werden, die die Biege-Ermüdungsfestigkeit ist, die das gleiche Niveau hat wie bei einem aufgekohlten und gehärteten Stahlmaterial.
Gemäß dieser Erfindung kann weiterhin eine hohe (etwa 600 MPa) Druckrestspannung für einen Bereich von 100 μm von einer Oberfläche verliehen werden, indem die erste bis dritte Kugelstrahlbehandlung durchgeführt wird, Erzeugungen von feinen Rissen auf einer Oberfläche eines sphärischen Graphit-Gusseisens und die Entwicklung von Rissen werden verzögert, und daher wird eine Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit erzielt.
Gemäß dieser Erfindung kann durch Durchführen eines bestimmten Maschinenvorgangs (beispielsweise Verzahnungsvorgang für ein Automobilgetriebe) mit einem sphärischen Graphit-Gusseisen, das als Gewichtsverhältnis umfasst: 2,0 bis 4,0% C, 1,5 bis 4,5% Si, 2,0% oder weniger Mn, 0,08% oder weniger P, 0,03% oder weniger S, 0,02 bis 0,1% Mg und 1,8 bis 4,0% Cu, bei dem die Temper-Wärmebehandlung bei 800 bis 950°C durchgeführt ist und die Zugfestigkeit auf 800 MPa oder mehr eingestellt ist, und nach Durchführen der ersten bis dritten Kugelstrahlbehandlung mit dem sphärischen Graphit-Gusseisen die Biegeermüdungsfestigkeit erhalten werden, die den gleichen Wert hat wie ein aufgekohltes und gehärtetes Stahlmaterial, ohne dass eine Aufkohlungs- und Härtungsbehandlung durchgeführt wird.
Obwohl es nicht notwendig ist, eine Wärmebehandlung (z. B. eine Aufkohlungs- und Härtungsbehandlung) nach dem Maschinenverarbeiten durchzuführen, kann die Wärmebehandlungsspannung verhindert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Zeichnung, die eine Vorgehensweise eines Verfahrens zur Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit dieser Erfindung zeigt.
2 ist eine Zeichnung, die die Testergebnisse eines Zugtests der Testproben zeigt.
3 ist eine Zeichnung, die ein Stück für einen Biegeermüdungstest zeigt.
4 ist eine Zeichnung, die eine Verteilung der Druckrestspannungen nach Durchführung der ersten bis dritten Kugelstrahlbehandlungen zeigt.
5 ist eine Zeichnung, die Testergebnisse von Rotations-Biege-Ermüdungstests gemäß experimentellem Beispiel 1 zeigt.
6 ist eine Zeichnung, die Ergebnisse von experimentellem Beispiel 2 als Tabelle zeigt.
7 ist eine Zeichnung, die Ergebnisse von experimentellem Beispiel 3 als Tabelle zeigt.
8 ist eine Zeichnung, die Ergebnisse von experimentellem Beispiel 4 als Tabelle zeigt.
9 ist eine Zeichnung, die Ergebnisse von experimentellem Beispiel 5 als Tabelle zeigt.
10 ist eine Zeichnung, die Ergebnisse von experimentellem Beispiel 6 als Tabelle zeigt.
11 ist eine Zeichnung, die Ergebnisse von experimentellem Beispiel 7 als Tabelle zeigt.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung nachfolgend beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 1 wird zunächst ein Arbeitsvorgang in einem illustrierten Ausführungsbeispiel beschrieben.
In 1 wird ein sphärisches Graphit-Gusseisen, das 2,0 bis 4,0% C, 1,5 bis 4,5% Si, 2,0% oder weniger Mn, 0,08% oder weniger P, 0,03% oder weniger S, 0,02 bis 0,1% Mg und 1,8 bis 4,0% Cu, als Gewichtsverhältnis, enthält, einer Temper-Wärmebehandlung bei 150 bis 300°C unterworfen, um somit die Zugfestigkeit auf 800 MPa oder mehr einzustellen (Schritt S0).
Dann wird eine Kugelstrahlbehandlung mit Kugeln mit einer Härte von 600 Hv oder mehr und einer Teilchengröße (ϕ) von 0,5 bis 0,8 mm durchgeführt (Schritt S1: Schritt zur Durchführung einer ersten Kugelstrahlbehandlung: 1. Schritt).
Dann wird eine Kugelstrahlbehandlung mit Kugeln mit einer Härte von 600 Hv oder mehr und einer Teilchengroße (ϕ) von 0,1 bis 0,3 mm durchgeführt (Schritt S2: Schritt zur Durchführung einer zweiten Kugelstrahlbehandlung: 2. Schritt).
Dann wird eine Kugelstrahlbehandlung mit Kugeln mit einer Härte von 600 Hv oder mehr und einer Teilchengröße (ϕ) von 0,1 mm oder weniger durchgeführt (Schritt S3: Schritt zur Durchführung einer dritten Kugelstrahlbehandlung: 3. Schritt).
Danach wird mit Zinn- oder Molybdänkugeln mit einer angemessenen Härte und Teilchengröße eine Kugelstrahlbehandlung durchgeführt (Schritt S4: Schritt zur Durchführung einer vierten Kugelstrahlbehandlung: 4. Schritt).
Gemäß dem Schritt S4 kann auf einer Oberfläche eines Arbeitsstückes, bei dem die erste bis dritte Kugelstrahlbehandlung durchgeführt worden ist, eine Metallschmierung durchgeführt werden.
Zusätzlich kann Schritt S4 weggelassen werden.
Von einer Testprobe, mit der die erste bis dritte Kugelstrahlbehandlung (1. bis 3. Schritt) durchgeführt ist, wurde eine Ermüdungstestprobe, dargestellt in 3 hergestellt.
In einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel hat eine Form eines Biege-Ermüdungsteststückes, das vollständig durch Ziffer 13 dargestellt ist, einen Bereich 7 mit Radius-reduziertem kleinem Durchmesser an einem zentralen Bereich eines runden Stangenbereiches 5 mit einem äußeren Durchmesser von 12 mm. Beide Enden des Bereiches 7 mit kleinem Durchmesser sind glatt mit dem runden Stangenbereich 5 mit einer bogenartigen R-Kurve 6 verbunden.
Mit einem solchen Teststück 13 wurde der Rotations-Biege-Ermüdungstest durchgeführt.
Wie im unten beschriebenen experimentellen Beispiel 1 beschrieben wird, hat die Ermüdungsfestigkeit eines sphärischen Graphit-Gusseisens, mit dem die Kugelstrahlbehandlungen der Schritte S1 bis S3 gemäß 1 durchgeführt wurden, eine Biege-Ermüdungsfestigkeit (beispielsweise etwa 600 MPa), die gleich ist wie die eines aufgekohlten und gehärteten Stahlmaterials.
Die Erfinder haben Experimente (experimentelles Beispiel 1 bis experimentelles Beispiel 7), wie sie unten gezeigt sind, mit einem sphärischen Graphit-Gusseisen durchgeführt, der 2,0 bis 4,0% C, 1,5 bis 4,5% Si, 2,0% oder weniger Mn, 0,08% oder weniger P, 0,03% oder weniger S, 0,02 bis 0,1% Mg und 1,8 bis 4,0% Cu, als Gewichtsverhältnis, enthält.
[Experimentelles Beispiel 1]
Durch Durchführen der Temper-Wärmebehandlung mit dem oben erwähnten sphärischen Graphit-Gusseisen bei 150 bis 300°C wird die Zugfestigkeit auf 800 MPa oder mehr eingestellt.
Ergebnisse eines Zugfestigkeitstests einer Testprobe, bei der die Temper-Wärmebehandlung mit dem sphärischen Graphit-Gusseisen als Proben durchgeführt wurde (sphärisches Graphit-Gusseisen, mit dem die Temper-Wärmebehandlung durchgeführt ist), sind mit einer charakteristischen Kurve FCD in 2 gezeigt.
In 2 zeigt eine vertikale Achse eine Zugspannung (MPa) und eine horizontale Achse eine Zugverformung (ε). Die maximale Zugspannung ist 898 MPa in der charakteristischen Kurve FCD. Die charakteristische Kurve FCDQ, die in 2 gezeigt ist, hat eine maximale Zugspannung von 1300 MPa nach einer Wärmebehandlung des sphärischen Graphit-Gusseisens. Die charakteristische Kurve FCA zeigt Charakteristiken von Grauguss (Graugusseisen) und zeigt die minimale Zugfestigkeit von 272 MPa.
Mit Kugeln einer Härte von 600 Hv oder mehr und einer Teilchengröße (ϕ) von 0,5 bis 0,8 mm wurde dann eine erste Kugelstrahlbehandlung durchgeführt. Dann wurde eine zweite Kugelstrahlbehandlung mit dem Teststück mit Kugeln mit 600 Hv oder mehr und einer Teilchengröße (ϕ) von 0,1 bis 0,3 mm durchgeführt. Weiterhin wurde eine dritte Kugelstrahlbehandlung mit dem Teststück, mit dem die erste und die zweite Kugelstrahlbehandlung durchgeführt waren, mit Kugeln mit 600 Hv oder mehr und einer Teilchengröße (ϕ) von 0,1 mm oder weniger durchgeführt.
Messergebnisse einer Restspannung eines Teststückes, mit dem die erste bis dritte Kugelstrahlbehandlung durchgeführt waren, sind in einer Kurve Sa von 4 gezeigt, die eine Restspannungsverteilung zeigt.
In 4 wird innerhalb eines Bereiches einer Tiefe von 100 μm von einer Oberfläche (0 μm) des Teststückes eine leichte Variation der restlichen Spannung gefunden. Jedoch ist eine Druckeigenspannung im Allgemeinen –600 (MPa).
In 4 zeigt eine vertikale Achse einen numerischen Wert der Zugspannung. Daher ist in 4 in einem Fall, bei dem ein numerischer Wert der Druckeigenspannung hoch ist, dies in einem unteren Teil gezeigt (auf einer Seite, wo der negative Absolutwert groß ist).
Unter Bezugnahme auf 4 wird festgestellt, dass eine Druckrestspannung in einem Bereich einer Tiefe von 200 μm von einer Oberfläche in einem Teststück, mit dem die erste bis dritte Kugelstrahlbehandlung durchgeführt wurde, vorhanden ist, und eine solche Druckrestspannung wird in einem Teststück nicht gefunden, bei dem die erste bis dritte Kugelstrahlbehandlung nicht durchgeführt wurde (in 4 ist eine vertikale Achse 0 MPa und eine horizontale Achse ist eine Linie S0, die mit einer horizontalen Koordinate parallel ist).
Im experimentellen Beispiel 1 wurde die erste bis dritte Kugelstrahlbehandlung mit dem gleichen Teststück durchgeführt, von dem Material wurde ein Ermüdungsteststück, dargestellt in 3, hergestellt, und der Rotations-Biege-Ermüdungstest wurde damit durchgeführt. Ergebnisse eines solchen Ermüdungstests sind in 5 dargestellt. In 5 zeigt eine vertikale Achse eine Biegespannung (σ) und eine horizontale Achse zeigt die Anzahl der Wiederholungen (N).
Ein Zeichen H in 5 zeigt eine charakteristische Kurve, die die Biege-Ermüdungsfestigkeit eines Teststückes zeigt, mit dem die erste bis dritte Kugelstrahlbehandlung im experimentellen Beispiel 1 durchgeführt wurde, und die Ermüdungsfestigkeit war 620 bis 630 MPa.
Die Ermüdungsfestigkeit von 620 bis 630 MPa, dargestellt im experimentellen Beispiel 1, ist ein numerischer Wert, der nahe bei der Ermüdungsfestigkeit von 700 MPa eines aufgekohlten und gehärteten Stahls SCM 420H, dargestellt mit dem Zeichen K in 5.
Das heißt gemäß experimentellem Beispiel 1 wird die Ermüdungsfestigkeit erhalten, die in der gleichen Größenordnung wie bei einem aufgekohlten und gehärteten Stahl SCM 420H ist.
In 5 zeigt eine Biege-Ermüdungskurve J eine Biege-Ermüdungsfestigkeit eines Gusseisens mit hoher Zugfestigkeit FCD 900 MPa, mit dem eine Kugelstrahlbehandlung nicht durchgeführt worden ist, und die Ermüdungskurvenfestigkeit davon war 300 MPa.
Eine Biege-Ermüdungskurve C zeigt eine Biege-Ermüdungsfestigkeit eines Gusseisens im geschmiedeten Zustand, und eine Ermüdungsfestigkeit davon war 100 MPa. Zusätzlich sind die Eigenschaften in einem Zugtest eines Gusseisens durch die charakteristische Kurve FCA in 2 gezeigt.
Im experimentellen Beispiel 1 wurde aufgrund der Ergebnisse, die in 5 gezeigt sind, festgestellt, dass die Biege-Ermüdungsfestigkeit, die im Allgemeinen einen gleichen Wert hat wie (etwa 600 MPa) eines aufgekohlten und gehärteten Stahlmaterials mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, bei dem die Temper-Wärmebehandlung bei 150 bis 300°C mit dem sphärischen Graphit-Gusseisen durchgeführt wird, das umfasst: 2,0 bis 4,0% C, 1,5 bis 4,5% Si, 2,0% oder weniger Mn, 0,08% oder weniger P, 0,03% oder weniger S, 0,02 bis 0,1% Mg und 1,8 bis 4,0% Cu, als Gewichtsverhältnis, wobei die Zugfestigkeit auf 800 MPa oder mehr eingestellt ist, und indem dann die erste bis dritte Kugelstrahlbehandlung durchgeführt wird, erhalten werden kann.
[Experimentelles Beispiel 2]
Wenn eine erste Kugelstrahlbehandlung mit einem Teststück, das beim experimentellen Beispiel 1 verwendet wird, durchgeführt wird (sphärisches Graphit-Gusseisen, das umfasst: 2,0 bis 4,0% C, 1,5 bis 4,5% Si, 2,0% oder weniger Mn, 0,08% oder weniger P, 0,03% oder weniger S, 0,02 bis 0,1% Mg und 1,8 bis 4,0% Cu, als Gewichtsverhältnis, eine Temper-Wärmebehandlung wird mit diesem bei 150 bis 300°C durchgeführt und die Zugfestigkeit wird auf 850 MPa oder mehr eingestellt), wird ein Ermüdungstest einer Biege-Ermüdungsfestigkeit mit den Teststücken durchgeführt, die auf gleiche Weise wie beim experimentellen Beispiel 1 hergestellt wurden, mit der Ausnahme, dass Kugeln mit einer Teilchengröße, die größer als 0,8 mm sind (Teilchengröße: 0,9 mm, 1,0 mm und 1,1 mm), verwendet wurden.
In 6 sind Ergebnisse des Ermüdungstests (Ergebnisse vom experimentellen Beispiel 2) gezeigt, wenn eine erste Kugelstrahlbehandlung mit Kugeln mit einer Teilchengröße von 0,8 mm, 0,9 mm, 1,0 mm oder 1,1 mm, durchgeführt wird. In 6 zeigt „O”, dass die Ermüdungsfestigkeit mit einem gleichen Niveau von 600 MPa erhalten wurde, und „X” zeigt, dass die Ermüdungsfestigkeit nicht etwa 600 MPa erreichte.
Obwohl in einem Fall, bei dem die Kugelteilchengröße 0,8 mm ist, die Ermüdungsfestigkeit, die gleich ist wie (etwa 600 MPa) eines aufgekohlten und gehärteten Stahlmaterials, erhalten wurde („O” gemäß 6), war in einem anderen Fall die Biege-Ermüdungsfestigkeit 600 MPa oder weniger („X” gemäß 6), wenn die Kugelteilchengröße 0,9 mm, 1,0 mm oder 1,1 mm war.
Von 6 wurde festgestellt, dass bei der ersten Kugelstrahlbehandlung eine Kugelteilchengröße auf 0,8 mm oder kleiner eingestellt werden sollte.
Wenn die Kugelteilchengröße größer als 0,8 mm bei der ersten Kugelstrahlbehandlung ist, wird überlegt, dass Kugeln nicht durch einen Luftfluss befördert werden, wenn die Kugeln abgestrahlt werden, und daher kann ein ausreichender Aufprall bei dem Teststück nicht erzielt werden.
[Experimentelles Beispiel 3]
Auf ähnliche Weise wie beim experimentellen Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass in einer ersten Kugelstrahlbehandlung Kugeln mit 0,5 mm oder kleiner (Teilchengröße: 0,5 mm, 0,4 mm, 0,3 mm) verwendet wurden, wurde der Ermüdungstest bei der Biege-Ermüdungsfestigkeit durchgeführt.
Ebenso in 7 zeigt „O”, dass die Ermüdungsfestigkeit erhalten wurde, die etwa gleich war wie etwa 600 MPa, und „X” zeigt, dass die Ermüdungsfestigkeit nicht etwa 600 MPa erreichte.
Wie in 7 gezeigt ist, konnte dann, wenn eine Kugelteilchengröße 0,5 mm ist, eine Ermüdungsfestigkeit erhalten werden, die in der gleichen Größenordnung ist wie die (etwa 600 MPa) eines aufgekohlten und gehärteten Stahlmaterials („O” von 7). In einem anderen Fall, bei dem die Kugelteilchengröße 0,4 mm oder 0,3 mm ist, war die Biege-Ermüdungsfestigkeit 600 MPa oder kleiner („X” von 7).
Von der Zeichnung von 7 wurde festgestellt, dass bei der ersten Kugelstrahlbehandlung eine Kugelteilchengröße auf 0,5 mm oder größer eingestellt werden sollte.
Es wird überlegt, dass dann, wenn die Kugelteilchengröße kleiner als 0,5 mm in der ersten Kugelstrahlbehandlung ist, die Kompressionsspannung im Inneren des Stahlmaterials kleiner wird, obwohl die Kompressionsspannung auf einer Oberflächenseite eines Stahlmaterials höher wird.
[Experimentelles Beispiel 4]
Auf ähnliche Weise wie beim experimentellen Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass bei einer zweiten Kugelstrahlbehandlung Kugeln mit 0,3 mm oder größer (Teilchengröße: 0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm) verwendet wurden, wurde der Ermüdungstest der Biege-Ermüdungsfestigkeit durchgeführt.
In 8 zeigt „O”, dass die Ermüdungsfestigkeit, die im gleichen Niveau wie etwa 600 MPa war, erhalten wurde, und „X” zeigt, dass die Ermüdungsfestigkeit nicht etwa 600 MPa erreichte.
Wie in 8 gezeigt ist, konnte dann, wenn eine Kugelteilchengröße 0,3 mm ist, die Ermüdungsfestigkeit erhalten werden, die im gleichen Niveau wie (etwa 600 MPa) eines aufgekohlten und gehärteten Stahlmaterials war („O” von 8). In einem anderen Fall, wenn eine Teilchengröße 0,4 mm oder 0,5 mm ist, war jedoch die Biege-Ermüdungsfestigkeit 600 MPa oder kleiner („X” von 8).
Aufgrund der Ergebnisse des experimentellen Beispiels 4 (8) wurde festgestellt, dass bei der zweiten Kugelstrahlbehandlung eine Kugelteilchengröße auf 0,3 mm oder kleiner eingestellt werden sollte.
Obwohl die zweite Kugelstrahlbehandlung eine Behandlung ist, die die Druckrestspannung der äußersten Oberfläche (Bereich, bei dem ein Abstand von einer Oberfläche 50 μm ist) des Gusseisen-Teststückes verbessert, wird angenommen, dass ein Peak der Druckrestspannung nicht auf dem meisten Teil der Oberfläche erzeugt wird und die Ermüdungsfestigkeit nicht verbessert wurde, wenn eine Kugelteilchengröße größer als 0,3 mm ist.
[Experimentelles Beispiel 5]
Auf ähnliche Weise wie beim experimentellen Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass bei der zweiten Kugelstrahlbehandlung Kugeln mit 0,1 mm oder kleiner (Teilchengröße: 0,1 mm, 0,07 mm, 0,01 mm) verwendet wurden, wurde der Ermüdungstest der Biege-Ermüdungsfestigkeit durchgeführt.
In 9 zeigt „O”, dass die Ermüdungsfestigkeit von etwa 600 MPa erhalten werden konnte, und „X” zeigt, dass die Ermüdungsfestigkeit nicht etwa 600 MPa erreichte.
Wie in 9 gezeigt ist, konnte dann, wenn eine Kugelteilchengröße 0,1 mm ist, die Ermüdungsfestigkeit erhalten werden, die im gleichen Niveau liegt wie (etwa 600 MPa) bei einem aufgekohlten und gehärteten Stahlmaterial („O” von 9). In einem anderen Fall, wenn eine Teilchengröße 0,07 mm oder 0,01 mm ist, war jedoch die Biege-Ermüdungsfestigkeit 600 MPa oder kleiner („X” von 9).
Von den Ergebnissen des experimentellen Beispiels 5 (9) wurde festgestellt, dass bei der zweiten Kugelstrahlbehandlung eine Kugelteilchengröße 0,1 mm oder größer sein sollte.
Es wird angenommen, dass dann, wenn eine Teilchengröße von Kugeln, die bei der zweiten Kugelstrahlbehandlung verwendet werden, klein ist, nur eine Oberfläche von Gusseisen geglättet wird, die Druckrestspannung der äußersten Oberfläche eines Stahlmaterials nicht erzeugt wurde und die Ermüdungsfestigkeit nicht verbessert werden konnte.
[Experimentelles Beispiel 6]
Getriebe (Getriebe, mit denen die erste bis dritte Kugelstrahlbehandlung durchgeführt wurden) Z, die mit einem Testmaterial von experimentellem Beispiel 1 hergestellt waren, und Getriebe Y, die mit einem Testmaterial hergestellt waren, mit dem die dritte Kugelstrahlbehandlung nicht durchgeführt wurde, wurden hergestellt. Dann wurden, wie in 10 gezeigt ist, Gleiteigenschaften der eingreifenden Oberflächen davon verglichen.
Bezüglich der Getriebe (Getriebe, mit denen die erste bis dritte Kugelstrahlbehandlung durchgeführt wurde) Z, die mit einem Testmaterial vom experimentellen Beispiel 1 hergestellt waren, waren die Gleiteigenschaft einer eingreifenden Oberfläche gut.
Bezüglich der Getriebe Y, die mit einem Testmaterial hergestellt waren, mit dem die dritte Kugelstrahlbehandlung nicht durchgeführt wurde, zeigten im Gegensatz dazu Gleiteigenschaften der eingreifenden Oberflächen eine Abnormalität.
Im größeren Detail waren gemäß 10 die Getriebe Z gut bezüglich der Kontakt- und Gleiteigenschaften zwischen eingreifenden Getriebeoberflächen und klärten den bestimmten Dauerhaftigkeitstest. Im Gegensatz dazu waren die Getriebe Y nicht gut bezüglich der Kontakt- und Gleiteigenschaften zwischen eingreifenden Getriebeoberflächen, erzeugten feine Risse auf einer Getriebeoberfläche und konnten den bestimmten Dauerhaftigkeitstest nicht klären.
Von den Ergebnissen des experimentellen Beispiels 6 (10) wurde festgestellt, dass die dritte Kugelstrahlbehandlung nicht weggelassen werden sollte.
Gemäß der dritten Kugelstrahlbehandlung wird eine Oberfläche, die durch die erste und die zweite Kugelstrahlbehandlung aufgeraut wird, geglättet, und eine Irregularität einer Getriebeoberfläche wird kleiner; demzufolge verbleibt bei einer feinen Irregularität Öl darin, unter Entfaltung eines Schmiervorgangs.
Es wird angenommen, dass, weil das Testmaterial, mit dem die dritte Kugelstrahlbehandlung nicht durchgeführt wurde, keinen solchen Gleitvorgang entfalten konnte, die Gleitabnormalität auf einer eingreifenden Oberfläche erzeugt wurde.
[Experimentelles Beispiel 7]
Das bei dem experimentellen Beispiel 1 verwendete Teststück (sphärisches Graphit-Gusseisen, mit dem die Temper-Wärmebehandlung durchgeführt wurde, wobei das sphärische Graphit-Gusseisen umfasst: 2,0 bis 4,0% C, 1,5 bis 4,5% Si, 2,0% oder weniger Mn, 0,08% oder weniger P, 0,03% oder weniger S, 0,02 bis 0,1% Mg und 1,8 bis 4,0% Cu, als Massenprozentsatz) wurde einer Temper-Wärmebehandlung bei 100 bis 350°CV unterworfen. Die Temperatur wurde jeweils um 50°C geändert, unter Erzeugung von sechs Arten der Teststücke. Andere Behandlungen mit jeder Probe waren gleich wie beim experimentellen Beispiel 1. Der Ermüdungstest der Biege-Ermüdungsfestigkeit wurde für jedes der sechs Teststücke durchgeführt. 11 zeigt die Ergebnisse vom experimentellen Beispiel 7.
Das Zeichen „O” gemäß 11 zeigt, dass es möglich war, eine Biege-Ermüdungsfestigkeit zu erhalten, die in der gleichen Größenordnung war wie (600 MPa) von Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, mit dem eine Aufkohlung und Abschreckung durchgeführt wurde.
Das Zeichen „X” zeigt, dass es nicht möglich war, eine Biege-Ermüdungsfestigkeit im gleichen Niveau zu erhalten wie (eng bei 600 MPa) die Biege-Ermüdungsfestigkeit von Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, mit dem eine Aufkohlung und Abschreckung durchgeführt war. Aufgrund der Ergebnisse des experimentellen Beispiels 7 (11) konnte bestätigt werden, dass die Biegefestigkeit beim gleichen Niveau wie (600 MPa) von Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, mit dem eine Aufkohlung und Abschreckung durchgeführt war, in dem Temperaturbereich der Temper-Wärmebehandlung von 150 bis 300°C erhalten wurde.
Erläuterte Ausführungsbeispiele sind lediglich Beispiele und sollen den technischen Bereich dieser Erfindung nicht beschränken.
Beispielsweise können erläuterte Ausführungsbeispiele für einen Teil eines Ventilbetriebssystems, Pleuelstange, Getriebe und verschiedene Arten von Pumpen zum Zuführen von Hochdrucköl verwendet werden.
Bezugszeichenliste

5: Rundstangenbereich
6: R-Kurve
7: Bereich mit kleinem Radius
13: Biegeteststück
Y: Getriebe, hergestellt mit Material, erhalten durch Weglassen des dritten Schritts
Z: Getriebe, hergestellt mit Material nach Experiment 1

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2005-8913 [0009]

Claims

Verfahren zur Verbesserung einer Ermüdungsfestigkeit eines Gusseisenmaterials in Bezug auf ein sphärisches Graphit-Gusseisen, das umfasst: 2,0 bis 4,0% C, 1,5 bis 4,5% Si, 2,0% oder weniger Mn, 0,08% oder weniger P, 0,03% oder weniger S, 0,02 bis 0,1% Mg und 1,8 bis 4,0% Cu, als Gewichtsverhältnis, und mit dem eine Temper-Wärmebehandlung durchgeführt ist, unter Erhalt einer Zugfestigkeit von 800 MPa oder mehr, umfassend folgende Schritte: Durchführen einer ersten Kugelstrahlbehandlung mit Kugeln mit einer Härte von 600 Hv oder mehr und einer Teilchengröße (ϕ) von 0,5 mm bis 0,8 mm, Durchführen einer zweiten Kugelstrahlbehandlung mit Kugeln mit einer Härte von 600 Hv oder mehr und einer Teilchengröße (ϕ) von 0,1 mm bis 0,3 mm, und Durchführen einer dritten Kugelstrahlbehandlung mit Kugeln mit einer Härte von 600 Hv oder mehr mit einer Teilchengröße (ϕ) von 0,1 mm oder weniger.