DE112014007178T5

DE112014007178T5 - Maschinenbauteil und Verfahren zum Herstellen desselben

Info

Publication number: DE112014007178T5
Application number: DE112014007178.1T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Ohishi; Masaharu Amano
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2017-08-24
Also published as: AU2014411636A1; JP6437569B2; AU2014411636B2; US20170216949A1; US10730129B2; CN106715024A; CN106715024B; WO2016079813A1; JPWO2016079813A1

Abstract

Ein Triebrad, das ein Beispiel für das Maschinenbauteil ist, enthält ein Trägermaterial, das aus einem ersten Metall besteht, sowie eine Beschichtung (90), die in Kontakt mit dem Trägermaterial angeordnet ist und wenigstens einen Teil einer Oberfläche des Trägermaterials abdeckt. Die Beschichtung (90) enthält eine Matrix (95), die aus einem zweiten Metall besteht, sowie in der Matrix (95) dispergierte harte Teilchen (91). Die Oberfläche (90A) der Beschichtung (90) ist eine geschmiedete Oberfläche. Die in einem Oberflächenbereich (90B) der Beschichtung befindlichen harten Teilchen (91) innerhalb eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers der harten Teilchen (91) von der Oberfläche (90A) der Beschichtung (90) aus sind in der Beschichtung (90) eingebettet und dabei nebeneinander angeordnet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Maschinenbauteile sowie Verfahren zum Herstellen der Maschinenbauteile und insbesondere ein Maschinenbauteil, das eine Beschichtung enthält, die in einer Matrix dispergierte harte Teilchen aufweist, sowie ein Verfahren zum Herstellen des Maschinenbauteils.
Technischer Hintergrund
An einem Maschinenbauteil kann zum Verbessern von Verschleißfestigkeit und für andere Zwecke eine Beschichtung ausgebildet werden. Beschichtungen, die zum Verbessern der Verschleißfestigkeit eingesetzt werden können, schließen eine Beschichtung ein, die in einer beispielsweise aus Stahl bestehenden Matrix dispergierte harte Teilchen aufweist. Eine derartige Beschichtung kann beispielsweise mittels Auftragschweißen ausgebildet werden (siehe beispielsweise die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-763 (Patentdokument 1) sowie die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. H8-47774 (Patentdokument 2)).
Liste der Anführungen
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-763
Patentdokument 2: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. H8-47774

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei einem Maschinenbauteil mit einer Beschichtung, die in einer Matrix dispergierte harte Teilchen aufweist, können die harten Teilchen während des Einsatzes des Maschinenbauteils aus der Beschichtung herausfallen. Bei dem Maschinenbauteil mit einer derartigen Beschichtung kann die Verschleißfestigkeit beeinträchtigt werden, wenn die harten Teilchen aus der Beschichtung herausfallen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Verschleißfestigkeit eines Maschinenbauteils zu verbessern, indem verhindert wird, dass die harten Teilchen aus der Beschichtung herausfallen.
Lösung des Problems
Ein Maschinenbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Trägermaterial, das aus einem ersten Metall besteht, sowie eine Beschichtung, die in Kontakt mit dem Trägermaterial angeordnet ist und wenigstens einen Teil einer Oberfläche des Trägermaterials abdeckt. Die Beschichtung enthält eine aus einem zweiten Metall bestehende Matrix sowie in der Matrix dispergierte harte Teilchen. Die Beschichtung weist eine Oberfläche auf, die eine geschmiedete Oberfläche ist. Die in einem Oberflächenbereich der Beschichtung befindlichen harten Teilchen sind in der Beschichtung eingebettet und dabei nebeneinander angeordnet, wobei der Oberflächenbereich der Beschichtung ein Bereich innerhalb eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers der harten Teilchen von der Oberfläche der Beschichtung aus ist.
Bei dem Maschinenbauteil der vorliegenden Erfindung ist die Oberfläche der Beschichtung eine geschmiedete Oberfläche. Die in dem Oberflächenbereich der Beschichtung befindlichen harten Teilchen sind in der Beschichtung eingebettet und dabei nebeneinander angeordnet. Damit wird verhindert, dass die harten Teilchen nennenswert von der Oberfläche der Beschichtung vorstehen. Dadurch wird verhindert, dass die harten Teilchen während des Einsatzes des Maschinenbauteils herausfallen, wodurch sich die Verschleißfestigkeit des Maschinenbauteils verbessert. So ist es bei dem Maschinenbauteil der vorliegenden Erfindung möglich, Verschleißfestigkeit des Maschinenbauteils zu verbessern. Es ist anzumerken, dass der durchschnittliche Teilchendurchmesser der harten Teilchen mittels Betrachtung eines Querschnitts senkrecht zu der Oberfläche der Beschichtung mit einem Lichtmikroskop und Berechnung eines Mittelwerts der Durchmesser zehn betrachteter harter Teilchen ermittelt werden kann.
Bei dem oben beschriebenen Maschinenbauteil können die in dem Oberflächenbereich der Beschichtung befindlichen harten Teilchen in Kontakt mit der Oberfläche der Beschichtung angeordnet sein. Dadurch wird der Bereich eines harten Teilchens, der an der Oberfläche der Beschichtung freiliegt, klein, wodurch verhindert wird, dass sich das harte Teilchen löst.
Bei dem oben beschriebenen Maschinenbauteil kann von den in dem Oberflächenbereich der Beschichtung befindlichen harten Teilchen jedes beliebige harte Teilchen, das einen Bereich aufweist, der an der Oberfläche der Beschichtung freiliegt, einen spitzen Zentriwinkel (von weniger als 90°) haben, der dem Bereich entspricht, der an der Oberfläche der Beschichtung freiliegt. Dadurch wird der Bereich eines harten Teilchens, der an der Oberfläche der Beschichtung freiliegt, klein, wodurch verhindert wird, dass das harte Teilchen herausfällt.
Bei dem oben beschriebenen Maschinenbauteil kann die Beschichtung in einem Bereich, der eine Grenzfläche zwischen der Beschichtung und dem Trägermaterial einschließt, einen Vorsprung enthalten, der auf das Trägermaterial zu vorsteht. Damit wird verhindert, dass sich die Beschichtung von dem Trägermaterial löst.
Bei dem oben beschriebenen Maschinenbauteil kann in dem Vorsprung wenigstens ein Teil des harten Teilchens aufgenommen sein. Damit wird zuverlässiger verhindert, dass sich die Beschichtung von dem Trägermaterial löst.
Das oben beschriebene Maschinenbauteil kann als ein Bauteil eines Raupenketten-Unterwagens, als ein Baggerzahn oder als ein Zahn eines Brechers eingesetzt werden. Das oben dargestellte Maschinenbauteil, das ausgezeichnete Verschleißfestigkeit aufweist, eignet sich für diese Maschinenbauteile, bei denen hohe Verschleißfestigkeit erforderlich ist.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Maschinenbauteils gemäß der vorliegenden Erfindung schließt die Schritte ein, in denen ein aus einem ersten Metall bestehendes Trägerelement gefertigt wird, eine Beschichtung ausgebildet wird, die wenigstens einen Teil einer Oberfläche des Trägerelementes abdeckt, und das Trägerelement, an dem die Beschichtung ausgebildet ist, geschmiedet wird, so dass die Beschichtung bearbeitet wird. Der Schritt, in dem die Beschichtung ausgebildet wird, schließt ein, dass die Beschichtung ausgebildet wird, die eine aus einem zweiten Metall bestehende Matrix und in der Matrix dispergierte harte Teilchen enthält.
Bei dem Verfahren zum Herstellen eines Maschinenbauteils der vorliegenden Erfindung wird das Trägerelement, an dem die Beschichtung ausgebildet ist, geschmiedet, so dass die Beschichtung, die die in der Matrix dispergierten harten Teilchen aufweist, bearbeitet wird. Wenn die Beschichtung mittels Schmieden bearbeitet wird, werden die harten Teilchen, die von der Oberfläche der Beschichtung vorstanden, in die Matrix gepresst, die relativ geringe Härte aufweist. So sind die harten Teilchen in der Nähe der Oberfläche der Beschichtung ausreichend in der Beschichtung eingebettet. Dadurch wird verhindert, dass die harten Teilchen während des Einsatzes des Maschinenbauteils herausfallen, wodurch sich Verschleißfestigkeit des Maschinenbauteils verbessert. So ist es mit dem Verfahren zum Herstellen eines Maschinenbauteils der vorliegenden Erfindung möglich, Verschleißfestigkeit des Maschinenbauteils zu verbessern.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Maschinenbauteils kann der Schritt, in dem das Trägerelement geschmiedet wird, an dem die Beschichtung ausgebildet ist, einschließen, das das Trägerelement, an dem die Beschichtung ausgebildet ist, warmgeschmiedet wird. Wenn Warmschmieden eingesetzt wird, kann dadurch Schmieden des Trägerelementes erleichtert werden, an dem die Beschichtung ausgebildet ist.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Maschinenbauteils kann das Maschinenbauteil als ein Bauteil eines Raupenketten-Unterwagens, als ein Baggerzahn oder als ein Zahn eines Brechers eingesetzt werden. Das oben dargestellte Verfahren zum Herstellen eines Maschinenbauteils, mit dem das oben dargestellte Maschinenbauteil hergestellt werden kann, das ausgezeichnete Verschleißfestigkeit aufweist, eignet sich zum Herstellen dieser Maschinenbauteile, die hohe Verschleißfestigkeit erfordern.
Effekte der Erfindung
Wie aus der obenstehenden Beschreibung hervorgeht, ist es mit dem Maschinenbauteil und dem Verfahren zum Herstellen desselben der vorliegenden Erfindung möglich, die Verschleißfestigkeit des Maschinenbauteils zu verbessern, indem verhindert wird, dass die harten Teilchen aus der Beschichtung herausfallen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer Raupenketten-Fahrvorrichtung zeigt;
2 ist eine schematische Darstellung, die die Funktion eines Triebrades und von Buchsen veranschaulicht;
3 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau einer Buchse zeigt;
4 ist eine schematische Draufsicht, die den Kontaktzustand des Triebrades und einer Buchse zeigt;
5 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie V-V in 4;
6 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau einer Beschichtung an ihrer Oberfläche und in deren Nähe zeigt;
7 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau an einer Grenzfläche zwischen der Beschichtung und einem Trägermaterial und in deren Nähe zeigt;
8 ist ein Flussdiagramm, das schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Maschinenbauteils darstellt;
9 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein Verfahren zum Herstellen eines Triebrades darstellt;
10 ist eine schematische Perspektivansicht, die das Verfahren zum Herstellen des Triebrades darstellt;
11 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Verfahren zum Ausbilden einer Beschichtung darstellt;
12 ist eine schematische Perspektivansicht, die das Verfahren zum Herstellen des Triebrades darstellt;
13 ist eine schematische Perspektivansicht, die das Verfahren zum Herstellen des Triebrades darstellt;
14 ist eine schematische Perspektivansicht die ein Verfahren zum Herstellen einer Buchse darstellt;
15 ist eine schematische Perspektivansicht, die das Verfahren zum Herstellen der Buchse darstellt;
16 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau eines Löffels eines Hydraulikbaggers zeigt;
17 ist eine schematische Draufsicht, die den Aufbau eines Zahns zeigt;
18 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie XVIII-XVIII in 17;
19 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau eines Zahns eines Vergleichsbeispiels zeigt;
20 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Verfahren zum Herstellen eines Zahns darstellt;
21 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zum Herstellen des Zahns darstellt;
22 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau eines Brechers zeigt;
23 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau eines äußeren Zahns eines feststehenden Abschnitts des Brechers zeigt;
24 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie XXIV-XXIV in 23;
25 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie XXV-XXV in 24;
26 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein Verfahren zum Herstellen eines äußeren Zahns des feststehenden Abschnitts eines Brechers darstellt;
27 ist eine schematische Perspektivansicht, die das Verfahren zum Herstellen des äußeren Zahns des feststehenden Abschnitts des Brechers darstellt;
28 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zum Herstellen des äußeren Zahns des feststehenden Abschnitts des Brechers darstellt;
29 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zum Herstellen des äußeren Zahns des feststehenden Abschnitts des Brechers darstellt;
30 ist eine schematische Perspektivansicht, die das Verfahren zum Herstellen des äußeren Zahns des feststehenden Abschnitts des Brechers darstellt;
31 ist eine schematische Perspektivansicht, die das Verfahren zum Herstellen des äußeren Zahns des feststehenden Abschnitts des Brechers darstellt;
32 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zum Herstellen des äußeren Zahns des feststehenden Abschnitts des Brechers darstellt;
33 ist eine schematische Schnittansicht, die das Verfahren zum Herstellen des äußeren Zahns des feststehenden Abschnitts des Brechers darstellt;
34 ist eine Fotografie, die einen Querschnitt eines Zahns zeigt;
35 ist eine optische Mikroaufnahme, die eine Oberfläche einer Beschichtung und ihre Umgebung zeigt (Beispiel);
36 ist eine optische Mikroaufnahme, die eine Oberfläche einer Beschichtung und ihre Umgebung zeigt (Vergleichsbeispiel);
37 ist eine optische Mikroaufnahme, die eine Grenzfläche zwischen einer Beschichtung und einem Trägermaterial sowie ihre Umgebung zeigt (Beispiel); und
38 ist eine optische Mikroaufnahme, die eine Grenzfläche zwischen einer Beschichtung und einem Trägermaterial sowie ihre Umgebung zeigt (Vergleichsbeispiel).
Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden beschrieben. In den folgenden Zeichnungen sind die gleichen oder entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und die Beschreibung derselben wird nicht wiederholt.
Erste Ausführungsform
Ein Maschinenbauteil gemäß einer ersten Ausführungsform, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wird anhand eines Triebrades und von Buchsen einer Raupenketten-Fahrvorrichtung als Beispiele beschrieben. 1 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer Raupenketten-Fahrvorrichtung zeigt. 2 ist eine schematische Darstellung, die die Funktion eines Triebrades und von Buchsen veranschaulicht. 3 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau einer Buchse zeigt. 4 und 5 sind schematische Schnittansichten, die den Kontaktzustand des Triebrades und einer Buchse zeigen.
Eine Raupenketten-Fahrvorrichtung 1 in der vorliegenden Ausführungsform, wie sie in 1 zu sehen ist, ist eine Fahrvorrichtung für eine Arbeitsmaschine, wie beispielsweise eine Planierraupe, und enthält eine Raupenkette 2, einen Raupenketten-Rahmen 3, einen Umlenkturas 4, ein Triebrad 5 sowie eine Vielzahl (im vorliegenden Fall sieben) von Laufrollen 10 und eine Vielzahl (im vorliegenden Fall zwei) von Tragrollen 11.
Die Raupenkette 2 enthält eine Vielzahl von Raupenketten-Gliedern 9, die in endloser Form verbunden sind, sowie Raupenplatten 6, die an den entsprechenden Raupenketten-Gliedern 9 befestigt sind. Die Raupenketten-Glieder 9 schließen äußere Glieder 7 und innere Glieder 8 ein. Die äußeren Glieder 7 und die inneren Glieder 8 sind abwechselnd verbunden.
Der Umlenkturas 4, die Vielzahl von Laufrollen 10 und die Vielzahl von Tragrollen 11 sind so an dem Raupenketten-Rahmen 3 angebracht, dass sie um ihre jeweiligen Achsen herum gedreht werden können. Das Triebrad 5 ist an einem Ende des Raupenketten-Rahmens 3 angeordnet. Eine Kraftquelle, wie beispielsweise ein Motor, ist mit dem Triebrad 5 verbunden, und das Triebrad 5 dreht sich, von der Kraftquelle angetrieben, um seine Achse herum. An einer Außenumfangsfläche des Triebrades 5 sind eine Vielzahl von Vorsprüngen 51 angeordnet, die radial nach außen vorstehen. Die Vorsprünge 51 sind mit der Raupenkette 2 in Eingriff. Die Drehung des Triebrades 5 wird so auf die Raupenkette 2 übertragen. Die durch die Drehung des Triebrades 5 angetriebene Raupenkette 2 dreht sich in einer Umfangsrichtung.
Der Umlenkturas 4 ist an dem anderen Ende (dem Ende gegenüberliegend, an dem das Triebrad 5 angeordnet ist) des Raupenketten-Rahmens 3 angebracht. Des Weiteren sind an dem Raupenketten-Rahmen 3 in dem Bereich, der zwischen dem Triebrad 5 und dem Umlenkturas 4 eingeschlossen ist, die Laufrollen 10 und die Tragrollen 11 jeweils an der mit dem Boden in Kontakt befindlichen Seite und an der Seite angebracht, die der mit dem Boden in Kontakt befindlichen Seite gegenüberliegt. Die Außenumfangsflächen des Umlenkturas 4, der Laufrollen 10 und der Tragrollen 11 kommen jeweils in Kontakt mit der Innenumfangsfläche der Raupenkette 2. Dadurch dreht sich die durch die Drehung des Triebrades 5 angetriebene Raupenkette 2 in der Umfangsrichtung und wird dabei von dem Umlenkturas 4, dem Triebrad 5, den Laufrollen 10 und den Tragrollen 11 geführt.
Ein äußeres Glied 7 und ein inneres Glied 8, die aneinandergrenzen, sind, wie unter Bezugnahme auf 2 zu sehen ist, mittels eines Verbindungsbolzens 12 und einer Buchse 13 verbunden. Jedes innere Glied 8 weist 2 Durchgangslöcher 15 auf, die so ausgebildet sind, dass sie in einer Richtung senkrecht zu der Ebene der Drehung der Raupenkette 2 verlaufen. Das eine und das andere dieser zwei Durchgangslöcher 15 sind an einem Ende bzw. dem anderen Ende in der Längsrichtung des Gliedes ausgebildet. Jedes äußere Glied 7 weist zwei Durchgangslöcher 15 auf, die so ausgebildet sind, dass sie in einer Richtung senkrecht zu der Ebene der Drehung der Raupenkette 2 verlaufen. Das eine und das andere dieser zwei Durchgangslöcher 15 sind an einem Ende bzw. dem anderen Ende in der Längsrichtung des Gliedes ausgebildet.
Die Buchse 13 hat, wie unter Bezugnahme auf 3 zu sehen ist, die Form eines hohlen Zylinders. Die Buchse 13 weist einen an jedem Ende ausgebildeten Abschnitt 139 mit kleinerem Durchmesser auf, der einen kleineren Außendurchmesser hat. Die Buchse 13 hat eine Innenumfangsfläche 133, die über ihre Länge einen konstanten Durchmesser hat. In den Abschnitten 139 mit kleinerem Durchmesser ist die Dicke der Buchse 13 verringert.
Paarige äußere Glieder 7 sind, wie unter Bezugnahme auf 2 und 3 zu sehen ist, so angeordnet, dass ihre zwei Durchgangslöcher 15, in der Richtung senkrecht zu der Ebene der Drehung der Raupenkette 2 gesehen, jeweils fluchtend sind. Paarige innere Glieder 8 sind so angeordnet, dass ihre zwei Durchgangslöcher 15, in der Richtung senkrecht zu der Ebene der Drehung der Raupenkette 2 gesehen, jeweils fluchtend sind. Ein äußeres Glied 7 und ein inneres Glied 8, die aneinandergrenzen, sind so angeordnet, dass ein Durchgangsloch 15 des äußeren Gliedes 7 und ein Durchgangsloch 15 des inneren Gliedes 8, in der Richtung senkrecht zu der Ebene der Drehung der Raupenkette 2 gesehen, fluchtend sind. Eine Buchse 13 ist so angeordnet, dass sie zwischen einem Paar innerer Glieder 8 eingeschlossen ist und der Abschnitt 139 mit kleinerem Durchmesser an jedem Ende in ein Durchgangsloch 15 des entsprechenden inneren Gliedes 8 eingeführt ist. Ein Verbindungsbolzen 12 ist so eingerichtet, dass er sich durch die Durchgangslöcher 15 des äußeren und des inneren Gliedes 7 und 8 hindurch erstreckt, die benachbart zueinander sind, wobei die Löcher, in der Richtung senkrecht zu der Ebene der Drehung der Raupenkette 2 gesehen, fluchtend sind, und er sich durch den Raum hindurch erstreckt, der von der Innenumfangsfläche 133 der entsprechenden Buchse 13 umschlossen ist. Der Verbindungsbolzen 12 ist so eingerichtet, dass er sich in der Längsrichtung durch die Buchse 13 hindurch erstreckt.
Das Triebrad 5 dreht sich in einer Umfangsrichtung, wobei seine Außenumfangsfläche 53 mit Außenumfangsflächen 131 der Buchsen 13 in Eingriff ist, die die Raupenkette 2 bilden. Die Außenumfangsfläche 53 des Triebrades 5 und die Außenumfangsflächen 131 jeder Buchse 13 müssen daher hohe Verschleißfestigkeit aufweisen. Das Triebrad 5 ist ein Maschinenbauteil, das relativ zu einem anderen Bauteil oder der Buchse 13 gleitet und dabei in den Kontaktbereich in Kontakt mit der Buchse 13 oder der Außenumfangsfläche 53 ist. Die Buchse 13 ist ein Maschinenbauteil, das relativ zu einem anderen Bauteil oder dem Triebrad 5 gleitet und dabei in dem Kontaktbereich in Kontakt mit dem Triebrad 5 oder der Außenumfangsfläche 131 ist.
Das Triebrad 5 enthält, wie unter Bezugnahme auf 4 und 5 zu sehen ist, ein Trägermaterial 50, das aus Metall (Stahl) besteht, und eine Beschichtung 52, die das Trägermaterial 50 abdeckt und so die Außenumfangsfläche 53 bildet, die der Kontaktbereich ist. Die Außenumfangsfläche 53, die die Oberfläche der Beschichtung 52 ist, ist geglättet worden. Dabei bezeichnet der Zustand, in dem die Außenumfangsfläche 53, d. h. die Oberfläche der Beschichtung 52, geglättet ist, den Zustand, in dem das Oberflächenprofil, das durch Oberflächenspannung und dergleichen bei Ausbildung der Beschichtung 52 in dem flüssigen Zustand entstanden ist, von der Oberfläche der Beschichtung 52 entfernt worden ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Außenumfangsfläche 53, die die Oberfläche der Beschichtung 52 ist, eine geschmiedete Oberfläche. Die Außenumfangsfläche 53 bzw. die Oberfläche der Beschichtung 52, die durch Oberflächenspannung und dergleichen bei Ausbildung der Beschichtung 52 in dem flüssigen Zustand entstanden ist, ist mittels Schmieden geglättet worden. Als das Metall, das das Trägermaterial 50 bildet, kann beispielsweise Kohlenstoffstahl für den Einsatz im Maschinenbau oder Legierungsstahl für den Einsatz im Maschinenbau, spezifiziert nach dem Standard JIS (z. B. S45C oder SCM435, sowie Manganstahl (SMn), Chromstahl (SCr) oder Chrom-Molybdän-Stahl (SCM), der eine äquivalente Menge an Kohlenstoff enthält), eingesetzt werden.
Eine Buchse 13 enthält ein Trägermaterial 134 sowie eine Beschichtung 132, die das Trägermaterial 134 abdeckt und so die Außenumfangsfläche 131 bildet, die der Kontaktbereich ist. Die Außenumfangsfläche 131, die die Oberfläche der Beschichtung 132 ist, ist geglättet worden. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Außenumfangsfläche 131, die die Oberfläche der Beschichtung 132 ist, eine geschmiedete Oberfläche. Die Außenumfangsfläche 131 bzw. die Oberfläche der Beschichtung 132, die durch Oberflächenspannung und dergleichen bei Ausbildung der Beschichtung 52 in dem flüssigen Zustand beeinflusst worden ist, ist mittels Schmieden geglättet worden. Als das Metall, das das Trägermaterial 134 bildet, kann beispielsweise Kohlenstoffstahl für den Einsatz im Maschinenbau oder Legierungsstahl für den Einsatz im Maschinenbau, spezifiziert nach dem Standard JIS (z. B. S45C oder SCM435, sowie Manganstahl (SMn), Chromstahl (SCr) oder Chrom-Molybdän-Stahl (SCM), der eine äquivalente Menge an Kohlenstoff enthält), eingesetzt werden.
Bei dem Triebrad 5 und den Buchsen 13, die die Maschinenbauteile in der vorliegenden Ausführungsform sind, sind die Oberflächen der Beschichtungen 52 und 132, die die Kontaktbereiche bilden, geglättet worden. Dadurch werden eine lokal begrenzte Zunahme des Kontaktdrucks und andere Erscheinungen vermieden, so dass die Bauteile die anderen Bauteile (Buchsen 13 und Triebrad 5) weniger stark schädigen.
Es folgt eine Beschreibung des Aufbaus einer auf dem Triebrad 5 und den Buchsen 13 ausgebildeten Beschichtung. 6 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau einer Beschichtung an ihrer Oberfläche und in deren Nähe zeigt. 7 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau an einer Grenzfläche zwischen der Beschichtung und einem Trägermaterial und um sie herum zeigt. Eine Beschichtung 90 (Beschichtung 52 und Beschichtung 132), die an dem Triebrad 5 und den Buchsen 13 ausgebildet ist, enthält, wie unter Bezugnahme auf 6 und 7 zu sehen ist, eine aus einem zweiten Metall bestehende Matrix 95 sowie in der Matrix 95 dispergierte harte Teilchen 91. Das zweite Metall, das die Matrix 95 bildet, kann beispielsweise ein Gemisch aus einem Metall, das von einem Schweißdraht stammt, und dem Metall (erstes Metall) sein, das das Trägermaterial 100 (Trägermaterial 50 und Trägermaterial 134) bildet. Als die harten Teilchen 91 können Teilchen eingesetzt werden, die eine höhere Härte haben als die Matrix 95, so beispielsweise Teilchen aus Sinterkarbid. Die Beschichtung 90 weist höhere Verschleißfestigkeit auf als das Trägermaterial 100.
Die Oberfläche 90A der Beschichtung 90, wie sie in 6 dargestellt ist, ist eine geschmiedete Oberfläche. Die harten Teilchen 91, die sich in einem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befinden, der ein Bereich innerhalb eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers der harten Teilchen 91 von der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 aus ist, sind in der Beschichtung 90 eingebettet und dabei nebeneinander bei angeordnet. Damit wird verhindert, dass die harten Teilchen 91 so angeordnet sind, dass sie nennenswert von der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 vorstehen. Damit wiederum wird verhindert, dass die harten Teilchen 91 während des Gebrauchs des Triebrades 5 und der Buchsen 13 herausfallen, wodurch sich die Verschleißfestigkeit des Triebrades 5 und der Buchsen 13 verbessert.
Die in dem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befindlichen harten Teilchen 91 können, wie in 6 gezeigt, in Kontakt mit der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 angeordnet sein. Dadurch wird der Bereich eines harten Teilchens 91, der an der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 freiliegt, klein, wodurch verhindert wird, dass das harte Teilchen 91 herausfällt.
Von den harten Teilchen 91, die sich in dem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befinden, kann, wie in 6 gezeigt, jedes harte Teilchen 91, das einen Bereich aufweist, der an der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 freiliegt, einen spitzen Zentriwinkel θ (von weniger als 90°) haben, der diesem freiliegenden Bereich entspricht. Dadurch wird der Bereich eines harten Teilchens 91, der an der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 freiliegt, klein, wodurch verhindert wird, dass das harte Teilchen 91 herausfällt.
In einem Bereich, der eine Grenzfläche zwischen der Beschichtung 90 und dem Trägermaterial 100 einschließt, enthält, wie unter Bezugnahme auf 7 zu sehen ist, die Beschichtung 90 Vorsprünge 99, die auf das Trägermaterial 100 zu vorstehen. Die Vorsprünge 99 bewirken einen Verankerungseffekt, der verhindert, dass sich die Beschichtung 90 von dem Trägermaterial 100 löst. Ein Vorsprung 99 nimmt wenigstens einen Teil eines harten Teilchens 91 auf. Damit wird zuverlässiger verhindert, dass sich die Beschichtung 90 von dem Trägermaterial 100 löst. Die Matrix 95 der Beschichtung 90 befindet sich zwischen dem Trägermaterial 100 und dem in dem Vorsprung 99 aufgenommenen harten Teilchen 91. Das in dem Vorsprung 99 aufgenommene harte Teilchen 91 ist nicht in Kontakt mit dem Trägermaterial 100. Die Mitte des harten Teilchens 91 befindet sich außerhalb des Vorsprungs 99 (d. h., ein Teil des harten Teilchens 91, der ein Volumen von weniger als der Hälfte desselben hat, ist in dem Vorsprung 99 aufgenommen). Ein hartes Teilchen 91 ist in einem Vorsprung 99 aufgenommen. Jeder Vorsprung 99 hat eine Tiefe, die kleiner ist als der Radius des in dem Vorsprung 99 aufgenommenen harten Teilchens 91.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Triebrades 5, das das Maschinenbauteil in der vorliegenden Ausführungsform ist, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 8 bis 13 beschrieben. 8 ist ein Flussdiagramm, das schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Triebrades darstellt, das das Maschinenbauteil ist. 9, 10, 12 und 13 sind schematische Perspektivansichten, die das Verfahren zum Herstellen des Triebrades darstellen. 11 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Verfahren zum Ausbilden einer Beschichtung darstellt.
Bei dem Verfahren zum Herstellen eines Triebrades 5 in der vorliegenden Ausführungsform wird zunächst, wie unter Bezugnahme auf 8 zu sehen ist, ein Schritt zum Fertigen eines Trägerelementes als ein Schritt S10 ausgeführt. In diesem Schritt S10 wird, wie unter Bezugnahme auf 9 zu sehen ist, ein Trägerelement 61 gefertigt, das ein Trägermaterial 50 des Triebrades 5 wird. Das Trägerelement 61 besteht aus einem Metall, das das Trägermaterial 50 bildet. Das Trägerelement 61 hat eine zylindrische Form. Das Trägerelement 61 enthält ein Paar Endflächen 61B sowie eine Seitenfläche 61A, die die Endflächen 61B verbindet.
Anschließend wird ein Schritt zum Ausbilden einer Beschichtung als ein Schritt S20 ausgeführt. In diesem Schritt S20 wird, wie unter Bezugnahme auf 9 und 10 zu sehen ist, eine Beschichtung 63 so ausgebildet, dass sie einen Teil der Seitenfläche 61A des in dem Schritt S10 gefertigten Trägerelementes 61 abdeckt. Die Beschichtung 63 wird über der gesamten Ausdehnung in der Längsrichtung des Trägerelementes 61 ausgebildet. Die Beschichtung 63 wird in einem Teil in der Umfangsrichtung (ungefähr über eine Hälfte in der Umfangsrichtung) des Trägerelementes 61 ausgebildet. Die Beschichtung 63 hat einen Aufbau, bei dem Wulste 62, die sich in der Längsrichtung des Trägerelementes 61 erstrecken, ohne Zwischenräume zwischen ihnen in der Umfangsrichtung nebeneinander liegen.
Die Beschichtung 63 kann beispielsweise, wie weiter unten beschrieben, mittels Auftragschweißen unter Einsatz von CO₂-Lichtbogenschweißen ausgebildet werden. Zunächst wird eine Vorrichtung zum Ausbilden einer Beschichtung beschrieben. Die Vorrichtung zum Ausbilden einer Beschichtung enthält, wie unter Bezugnahme auf 11 zu sehen ist, einen Schweißbrenner 70 sowie eine Düse 80 zum Zuführen harter Teilchen. Der Schweißbrenner 70 enthält eine Schweißdüse 71, die die Form eines Hohlzylinders hat, sowie eine Kontaktspitze 72, die im Inneren der Schweißdüse 71 angeordnet und mit einer Stromquelle (nicht dargestellt) verbunden ist. Ein Schweißdraht 73, der in Kontakt mit der Kontaktspitze 72 ist, wird der Seite des vorderen Endes der Schweißdüse 71 kontinuierlich zugeführt. Für den Schweißdraht kann beispielsweise JIS YGW12 eingesetzt werden. Ein Spalt zwischen der Schweißdüse 71 und der Kontaktspitze 72 ist ein Strömungsweg für Schutzgas. Das Schutzgas, das über den Strömungsweg strömt, wird über das vordere Ende der Schweißdüse 71 ausgestoßen. Die Düse 80 zum Zuführen harter Teilchen hat die Form eines Hohlzylinders. Im Inneren der Düse 80 zum Zuführen harter Teilchen werden harte Teilchen 91 zugeführt, die über das vordere Ende der Düse 80 zum Zuführen harter Teilchen ausgestoßen werden.
Diese Vorrichtung zum Ausbilden einer Beschichtung kann eingesetzt werden, um eine Beschichtung 63 mit dem im Folgenden dargestellten Verfahren auszubilden. Mit einem Trägerelement 61 als eine Elektrode und dem Schweißdraht 73 als andere Elektrode wird Spannung über das Trägerelement 61 und den Schweißdraht 73 angelegt. Dadurch wird ein Lichtbogen 74 zwischen dem Schweißdraht 73 und dem Trägerelement 61 erzeugt. Der Lichtbogen 74 wird gegenüber der Umgebungsluft durch das Schutzgas geschützt, das über das vordere Ende der Schweißdüse 71 entlang der Pfeile β ausgestoßen wird. Als das Schutzgas kann beispielsweise Kohlendioxid eingesetzt werden. Durch die Hitze in dem Lichtbogen 74 wird ein Teil des Trägerelementes 61 zum Schmelzen gebracht und wird auch das vordere Ende des Schweißdrahtes 73 zum Schmelzen gebracht. Das so zum Schmelzen gebrachte vordere Ende des Schweißdrahtes 73 bildet Tröpfchen, die auf den geschmolzenen Bereich des Trägerelementes 61 übertragen werden. Dadurch wird ein Schmelzebad 92 gebildet, das ein flüssiger Bereich ist, in dem das geschmolzene Trägerelement 61 und der geschmolzene Schweißdraht 73 miteinander vermischt werden. Die über die Düse 80 zum Zuführen harter Teilchen ausgestoßenen harten Teilchen 91 werden diesem Schmelzebad 92 zugeführt.
Wenn sich der Schweißbrenner 70 und die Düse 80 zum Zuführen harter Teilchen, die die Vorrichtung zum Auftragschweißen bilden, relativ zu dem Trägerelement 61 in der mit dem Pfeil α gezeigten Richtung bewegen, verschiebt sich dementsprechend die Position, an der das Schmelzebad 92 ausgebildet wird. Das zuvor ausgebildete Schmelzebad 92 verfestigt sich, so dass eine Wulst 62 entsteht. Die Wulst 62 enthält eine Matrix 95, die durch Verfestigung des Schmelzebades 92 entsteht, sowie in der Matrix 95 dispergierte harte Teilchen 91. Eine Vielzahl derartiger Wulste 62 werden in der Breitenrichtung nebeneinander ohne Zwischenraum zwischen ihnen ausgebildet, so dass ein gewünschter Bereich an der Seitenfläche 61A des Trägerelementes 61 abgedeckt wird und damit Ausbildung der Beschichtung 63 abgeschlossen wird (siehe 10). Es ist anzumerken, dass Auftragschweißen beispielsweise unter den folgenden Bedingungen ausgeführt werden kann: Schweißstrom von 230 A, Schweißspannung von 17 V, zugeführte Menge harter Teilchen von 110 g/min und Überstehlänge der Wulste von 4 mm. Als der Schweißdraht kann JIS YGW11 eingesetzt werden. Als die harten Teilchen können Teilchen auf Basis von WC oder W₂C eingesetzt werden.
Anschließend wird ein Schritt zum Warmschmieden als ein Schritt S30 ausgeführt. In diesem Schritt S30 wird das Trägerelement 61 mit der in dem Schritt S20 ausgebildeten Beschichtung 63 warmgeschmiedet. Das Trägerelement 61 mit der daran ausgebildeten Beschichtung 63 wird, wie unter Bezugnahme auf 10 und 12 zu sehen ist, auf eine Temperatur erhitzt, die Warmschmieden ermöglicht, und dann zum Schmieden in eine Form eingelegt, die einen Hohlraum hat, der einer gewünschten Form des Triebrades 5 entspricht. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Vielzahl bogenförmiger Teile, die ein ringförmiges Triebrad 5 bilden, mittels Warmschmieden hergestellt. Die entstehenden Teile werden in einem späteren Schritt zusammengesetzt, um das ringförmige Triebrad 5 herzustellen. Die in dem Schritt S20 ausgebildete Beschichtung 63 wird mittels Warmschmieden bearbeitet. Das Trägerelement 61 wird so warmgeschmiedet, dass die Beschichtung 63 die Außenumfangsfläche des Triebrades 5 abdeckt. So wird eine Beschichtung 52 hergestellt, die eine glatte Oberfläche aufweist, an der das Oberflächenprofil, das durch Oberflächenspannung in dem flüssigen Zustand und dergleichen entstanden ist, entfernt worden ist. Durch das Warmschmieden wird, wie in 12 gezeigt, Grat 59 ausgebildet. Anschließend wird, wie unter Bezugnahme auf 12 und 13 zu sehen ist, Stanzen ausgeführt, um den Grat 59 zu entfernen, so dass ein Teil entsteht, das das Triebrad 5 bildet (siehe 13).
Wenn das Trägerelement 61 mit der daran ausgebildeten Beschichtung 63 warmgeschmiedet wird, werden, wie unter Bezugnahme auf 11 und 6 zu sehen ist, harte Teilchen 91, die bei Ausbildung der Beschichtung 63 von einer Oberfläche der Beschichtung 63 vorstehen (Wulste 62), in die Beschichtung 63 hineingepresst (Wulste 62). Dadurch sind bei dem Triebrad 5 die in dem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befindlichen harten Teilchen 91 in der Beschichtung 90 eingebettet und dabei nebeneinander angeordnet. Die in dem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befindlichen harten Teilchen 91 sind in Kontakt mit der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 angeordnet. Von den in dem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befindlichen harten Teilchen 91 hat jedes beliebige harte Teilchen 91, das einen Bereich aufweist, der an der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 freiliegt, einen spitzen Zentriwinkel θ (von weniger als 90°), der dem freiliegenden Bereich entspricht. Dadurch wird verhindert, dass das harte Teilchen 91 während des Einsatzes des Triebrades 5 herausfällt, wodurch sich Verschleißfestigkeit des Triebrades 5 verbessert.
Wenn das Trägerelement 61 mit der daran ausgebildeten Beschichtung 63 warmgeschmiedet wird, werden Vorsprünge 99 in der Beschichtung 90 aufgrund der harten Teilchen 91 ausgebildet, die sich zum Zeitpunkt der Ausbildung der Beschichtung 63 (Wulste 62) in der Nähe der Grenzfläche zwischen der Beschichtung 63 (Wulste 62) und dem Trägerelement 61 befanden. In einem Vorsprung 99 wird wenigstens ein Teil eines entsprechenden harten Teilchens 91 aufgenommen. Mit dem oben dargestellten Prozess werden gleichzeitig der Oberflächenbereich der Beschichtung 90, der ausgezeichnete Verschleißfestigkeit aufweist, da die harten Teilchen 91 in Kontakt mit der Oberfläche 90A angeordnet sind, und die Vorsprünge 99 ausgebildet, die verhindern, dass sich die Beschichtung 90 von dem Trägermaterial 100 löst.
Anschließend wird, wie unter Bezugnahme auf 8 zu sehen ist, ein Wärmebehandlungsschritt als ein Schritt S40 ausgeführt. In diesem Schritt S40 wird das mittels Warmschmieden in dem Schritt S30 hergestellte Triebrad 5 (das Teil, das das Triebrad 5 bildet) Wärmebehandlung unterzogen. Die in dem Schritt S40 ausgeführte Wärmebehandlung besteht beispielsweise aus Vergüten. Damit wird dem Trägermaterial 50 des Triebrades 5 gewünschte Härte und Zähigkeit verliehen. Anschließend wird, um das Triebrad 5 an einem Tragekörper (nicht dargestellt) anbringen zu können, ein Bereich, in dem keine Beschichtung 90 ausgebildet worden ist, maschineller Bearbeitung unterzogen, um die Maßgenauigkeit zu verbessern, ein Anbringungsloch auszubilden usw. Das Triebrad 5 (das Teil, das das Triebrad 5 bildet) in der vorliegenden Ausführungsform ist damit fertiggestellt.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 8, 14 und 15 ein Verfahren zum Herstellen einer Buchse 13 beschrieben, die das Maschinenbauteil in der vorliegenden Ausführungsform ist. 8 ist ein Flussdiagramm, das schematisch ein Verfahren zum Herstellen einer Buchse darstellt. 14 und 15 sind schematische Perspektivansichten, die das Verfahren zum Herstellen der Buchse darstellen. Die Buchse 13 in der vorliegenden Ausführungsform kann mit einem ähnlichen Verfahren wie das Triebrad 5 hergestellt werden, das oben beschrieben ist.
Bei dem Verfahren zum Herstellen einer Buchse 13 in der vorliegenden Ausführungsform wird, wie unter Bezugnahme auf 8 zu sehen ist, zunächst ein Schritt zum Fertigen eines Trägerelementes als ein Schritt S10 ausgeführt. In diesem Schritt S10 wird, wie unter Bezugnahme auf 14 zu sehen ist, ein Trägerelement 64 gefertigt, das ein Trägermaterial 134 der Buchse 13 wird. Das Trägerelement 64 besteht aus einem Metall, das das Trägermaterial 134 bildet. Das Trägerelement 64 hat eine zylindrische Form. Das Trägerelement 64 enthält ein Paar Endflächen 64B und eine Außenumfangsfläche 64A, die die Endflächen 64B verbindet.
Anschließend wird ein Schritt zum Ausbilden einer Beschichtung als ein Schritt S20 ausgeführt. In diesem Schritt S20 wird, wie unter Bezugnahme auf 14 und 15 zu sehen ist, eine Beschichtung 63 so ausgebildet, dass sie einen Teil der Außenumfangsfläche 64A des in dem Schritt S10 ausgebildeten Trägerelementes 61 abdeckt. Die Beschichtung 63 wird in dem Mittelabschnitt in der Längsrichtung des Trägerelementes 64 ausgebildet. Keine Beschichtung 63 wird an beiden Endabschnitten in der Längsrichtung des Trägerelementes 64 ausgebildet. Die Beschichtung 63 wird über die gesamte Fläche in der Umfangsrichtung des Trägerelementes 64 ausgebildet. Die Beschichtung 63 hat einen Aufbau, bei dem Wulste 62, die sich in der Längsrichtung des Trägerelementes 64 erstrecken, ohne Zwischenräume zwischen ihnen in der Umfangsrichtung nebeneinander liegen. Die Beschichtung 63 kann beispielsweise, wie bei der oben beschriebenen Herstellung des Triebrades 5, mittels Auftragschweißen unter Einsatz von CO₂-Lichtbogenschweißen ausgebildet werden. Es ist anzumerken, dass die Beschichtung 63 in einem Teil in der Umfangsrichtung des Trägerelementes 64 ausgebildet werden kann, der dem Bereich entspricht, der in Kontakt mit dem Triebrad 5 kommt, so beispielsweise über eine Hälfte des Umfangs.
Anschließend wird ein Schritt des Warmschmiedens als ein Schritt S30 ausgeführt. In diesem Schritt S30 wird das Trägerelement 64 mit der in dem Schritt S20 ausgebildeten Beschichtung 63 warmgeschmiedet. Das Trägerelement 64 mit der daran ausgebildeten Beschichtung 63 wird, wie unter Bezugnahme auf 15 sowie 3 bis 5 zu sehen ist, auf eine Temperatur erhitzt, die Warmschmieden ermöglicht, und dann zum Schmieden in eine Form eingelegt, die einen Hohlraum hat, der einer gewünschten Form der Buchse 13 entspricht. Mit dem Warmschmieden wird die in dem Schritt S20 ausgebildete Beschichtung 63 bearbeitet. Das Trägerelement 64 wird so warmgeschmiedet, dass die Beschichtung 63 die Außenumfangsfläche 131 der Buchse 13 abdeckt. So wird eine Beschichtung 132 hergestellt, die eine glatte Oberfläche aufweist, an der das Oberflächenprofil, das durch Oberflächenspannung in dem flüssigen Zustand und dergleichen entstanden ist, entfernt worden ist. Die beiden Enden des Trägerelementes 64 in der Längsrichtung, an denen keine Beschichtung 63 ausgebildet worden ist, werden zu den Abschnitten 139 der Buchse 13 mit kleinerem Durchmesser. Anschließend wird ein Bolzenloch ausgebildet, in das ein Verbindungsbolzen 12 zur Verbindung der Glieder 7 und 8 eingeführt wird (siehe 2). Das Bolzenloch wird, wie unter Bezugnahme auf 3 zu sehen ist, durch die Innenumfangsfläche 133 gebildet und erstreckt sich in der axialen Richtung.
Wenn das Trägerelement 64 mit der daran ausgebildeten Beschichtung 63 warmgeschmiedet wird, werden harte Teilchen 91, die bei Ausbildung der Beschichtung 63 von einer Oberfläche der Beschichtung 63 vorstehen (Wulste 62), in die Beschichtung 63 hineingepresst (Wulste 62). Dadurch sind bei der Buchse 13 die in dem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befindlichen harten Teilchen 91 in der Beschichtung 90 eingebettet und dabei nebeneinander angeordnet. Die in dem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befindlichen harten Teilchen 91 sind in Kontakt mit der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 angeordnet. Von den in dem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befindlichen harten Teilchen 91 hat jedes beliebige harte Teilchen 91, das einen Bereich aufweist, der an der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 freiliegt, einen spitzen Zentriwinkel θ (von weniger als 90°), der dem freiliegenden Bereich entspricht. Dadurch wird verhindert das das harte Teilchen 91 während des Einsatzes der Buchse 13 herausfällt, wodurch sich Verschleißfestigkeit der Buchse 13 verbessert.
Wenn das Trägerelement 64 mit der daran ausgebildeten Beschichtung 63 warmgeschmiedet wird, werden bei der Buchse 13 Vorsprünge 99 in der Beschichtung 90 aufgrund der harten Teilchen 91 ausgebildet, die sich zum Zeitpunkt der Ausbildung der Beschichtung 63 (Wulste 62) in der Nähe der Grenzfläche zwischen der Beschichtung 63 (Wulste 62) und dem Trägerelement 64 befanden. In einem Vorsprung 99 wird wenigstens ein Teil eines entsprechenden harten Teilchens 91 aufgenommen.
Anschließend wird, wie unter Bezugnahme auf 8 zu sehen ist, ein Wärmebehandlungsschritt als ein Schritt S40 ausgeführt. In diesem Schritt S40 wird die mittels Warmschmieden in dem Schritt S30 hergestellte Buchse 13 Wärmebehandlung unterzogen. Die in dem Schritt S40 ausgeführte Wärmebehandlung besteht beispielsweise aus Vergüten. Damit wird dem Trägermaterial 134 der Buchse 13 gewünschte Härte und Zähigkeit verliehen. Anschließend werden die Abschnitte 139 der Buchse 13 mit kleinerem Durchmesser maschineller Bearbeitung unterzogen, um die Maßgenauigkeit zu verbessern, Oberflächenrauigkeit zu verringern usw. Die Buchse 13 in der vorliegenden Ausführungsform ist damit fertiggestellt.
Zweite Ausführungsform
Ein Maschinenbauteil gemäß einer zweiten Ausführungsform, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wird im Folgenden anhand eines Baggerzahns eines Hydraulikbaggers als Beispiel beschrieben. 16 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau eines Löffels eines Hydraulikbaggers zeigt. 17 ist eine schematische Draufsicht, die den Aufbau eines Zahns zeigt. 18 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie XVIII-XVIII in 17.
Ein Löffel 201 in der vorliegenden Ausführungsform, wie er in 16 zu sehen ist, der an einem vorderen Ende eines Stiels (nicht dargestellt) eines Hydraulikbaggers angebracht wird, dient zum Ausheben von Erde und Sand. Der Löffel 201 enthält einen Hauptkörper 210, der aus einem plattenartigen Element besteht und eine Öffnung hat, eine Vielzahl (bei dem in 16 gezeigten Löffel 201 drei) von Zähnen 220, die an dem Hauptkörper 210 so angebracht sind, dass sie teilweise von einem Umfang 212 der Öffnung des Hauptkörpers 210 an seiner Aushub-Seite vorstehen, sowie einen Anbringungsabschnitt 230, der an einer Seite des Hauptkörpers 210 angeordnet ist, die der Seite gegenüberliegt, an der die Zähne 220 angebracht sind. Der Löffel 201 wird von dem Stiel des Hydraulikbaggers über den Anbringungsabschnitt 230 getragen. Wenn der Löffel 201 für Aushubarbeiten eingesetzt wird, dringen zuerst die Zähne 220 in Erde und Sand ein. Die Zähne 220 müssen daher starke Abriebfestigkeit (Verschleißfestigkeit) gegenüber Erde und Sand aufweisen.
Ein Zahn 220 enthält, wie in 17 gezeigt, ein vorderes Ende 221 und ein hinteres Ende 222. Der Zahn 220 ist an der Seite seines hinteren Endes 222 an dem Hauptkörper 210 angebracht, wobei die Seite an seinem vorderen Ende 221 von dem Umfang 212 der Öffnung des Löffels 201 vorsteht. Der Zahn 220 ist im Einsatz in Kontakt mit einem anderen Bauteil, bei dem es sich um den Hauptkörper 210 handelt. Der Löffel 201 dringt über die Seite des vorderen Endes 221 des Zahns 220 in Erde und Sand ein. Die Seite des vorderen Endes 221 des Zahns 220 muss daher besonders hohe Festigkeit gegenüber Abrieb durch Erde und Sand aufweisen.
Ein Zahn 220 enthält, wie unter Bezugnahme auf 18 zu sehen ist, ein Trägermaterial 225, das aus einem ersten Metall besteht, sowie eine Beschichtung 227, die in Kontakt mit dem Trägermaterial 225 angeordnet ist und einen abgedeckten Bereich 225A abdeckt, der ein Teil einer Oberfläche des Trägermaterials 225 ist. Als das erste Metall für das Trägermaterial 225 kann beispielsweise Kohlenstoffstahl für den Einsatz im Maschinenbau oder Legierungsstahl für den Einsatz im Maschinenbau, spezifiziert nach dem Standard JIS (z. B. S45C oder SCM435, sowie Manganstahl (SMn), Chromstahl (SCr) oder Chrom-Molybdän-Stahl (SCM), der eine äquivalente Menge an Kohlenstoff enthält), eingesetzt werden. In einem Randbereich 229 der Beschichtung, der einer Grenze zwischen dem abgedeckten Bereich 225A und einem freiliegenden Bereich 225B entspricht, der ein Bereich außerhalb des abgedeckten Bereiches 225A an der Oberfläche des Trägermaterials 225 entspricht, sind der freiliegende Bereich 225B und eine Oberfläche 227A der Beschichtung 227 bündig miteinander und bilden eine geschmiedete Oberfläche. Die Oberfläche 227A der Beschichtung 227 entspricht vollständig der geschmiedeten Fläche.
19 ist eine schematische Schnittansicht, die den Aufbau eines Zahns mit einer Beschichtung als ein Vergleichsbeispiel zeigt. Beim Ausbilden einer Beschichtung zum Verbessern von Verschleißfestigkeit an oder nahe an einem vorderen Ende eines Zahns wird üblicherweise die Beschichtung auf einem Trägermaterial aus Stahl mit einer gewünschten Form ausgebildet. Der Zahn 920 des Vergleichsbeispiels, der ein typischer Zahn mit einer Beschichtung ist, enthält, wie unter Bezugnahme auf 19 zu sehen ist, ein vorderes Ende 921 und ein hinteres Ende 922. Eine Beschichtung 927 ist an der Seite des vorderen Endes 921 des Zahns 920 ausgebildet. Die Beschichtung 927 wird beispielsweise mittels Auftragschweißen ausgebildet, um einen abgedeckten Bereich 925A eines Trägermaterials 925 abzudecken, der in eine gewünschte Form gebracht worden ist. So sind an Randabschnitten 929A, 929B, die Grenzen zwischen dem abgedeckten Bereich 925A und freiliegenden Bereichen 925B, 925C außerhalb des abgedeckten Bereiches 925A entsprechen, Absätze zwischen den freiliegenden Bereichen 925B, 925C und einer Oberfläche 927A der Beschichtung 927 ausgebildet. Durch diese Absätze wird der Widerstand des Zahns 920 beim Eindringen in Erde und Sand verstärkt. Des Weiteren wird die Beschichtung 927 ausgebildet, nachdem das Trägermaterial 925 geformt worden ist. Es ist schwierig, die Beschichtung 927 in der Nähe des vorderen Endes 921 auszubilden. So ist in dem Bereich, der das vordere Ende 921 einschließt, der freiliegende Bereich 925C des vorderen Endes ausgebildet, der nicht mit der Beschichtung 927 abgedeckt ist. Durch diesen freiliegenden Bereich 925C des vorderen Endes, der geringe Verschleißfestigkeit aufweist, wird der Fortschritt von Verschleiß beschleunigt und nimmt die Häufigkeit des Austauschs des Zahns 920 zu.
Bei dem Zahn 220 in der vorliegenden Ausführungsform sind, wie unter Bezugnahme auf 18 zu sehen ist, der freiliegende Bereich 225B und die Oberfläche 227A der Beschichtung 227 in dem Randbereich 229 der Beschichtung bündig miteinander. Dadurch kann eine Zunahme des Widerstandes beim Eindringen verhindert werden, die ansonsten durch einen Absatz in dem Randabschnitt 229 der Beschichtung verursacht wird. Wenn der Randbereich 229 der Beschichtung in der geschmiedeten Fläche eingeschlossen ist, kann der Bearbeitungsschritt zum Schneiden wegfallen, mit dem der freiliegende Bereich 225B und die Oberfläche 227A der Beschichtung 227 bündig miteinander gemacht werden. Daher können die Bearbeitung des Randabschnitts 229 der Beschichtung, an dem der Härteunterschied erheblich ist, und die Bearbeitung an der Beschichtung 227, deren Härte hoch ist, umgangen werden. So ist es bei dem Zahn 220 in der vorliegenden Ausführungsform möglich, einen Nachteil zu vermeiden, der ansonsten beim Ausbilden der Beschichtung 227 auftreten würde. Des Weiteren kann eine Beschichtung auf einem Trägerelement ausgebildet werden, und kann anschließend Schmieden durchgeführt werden, um einen Bereich zu formen, der das vordere Ende 221 einschließt. Dadurch kann der Bereich, der das vordere Ende 221 einschließt, wie in 18 gezeigt, leicht mit der Beschichtung 227 abgedeckt werden, und kann ein Zahn 220 hergestellt werden, der hohe Verschleißfestigkeit aufweist.
Die Beschichtung 90 (Beschichtung 227), die auf dem Zahn 220 ausgebildet ist, enthält, wie unter Bezugnahme auf 6 und 7 zu sehen ist, wie bei dem Triebrad 5 und der Buchse 13 in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform eine Matrix 95, die aus einem zweiten Metall besteht, sowie in der Matrix 95 dispergierte harte Teilchen 91. Das zweite Metall, das die Matrix 95 bildet, kann beispielsweise ein Gemisch aus einem Metall, das von einem Schweißdraht stammt, und einem Metall (erstes Metall) sein, das das Trägermaterial 100 (Trägermaterial 225) bildet. Als die harten Teilchen 91 können Teilchen eingesetzt werden, die eine höhere Härte haben als die Matrix 95, so beispielsweise Teilchen aus Sinterkarbid. Die Beschichtung 90 weist höhere Festigkeit gegenüber Abrieb durch Erde und Sand (Verschleißfestigkeit) auf als das Trägermaterial 100.
Die Oberfläche 90A der Beschichtung 90, wie sie in 6 dargestellt ist, ist eine geschmiedete Oberfläche. Die harten Teilchen 91, die sich in einem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befinden, der ein Bereich innerhalb eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers der harten Teilchen 91 von der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 aus ist, sind in der Beschichtung 90 eingebettet und dabei nebeneinander angeordnet. Damit wird verhindert, dass die harten Teilchen 91 so angeordnet sind, dass sie nennenswert von der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 vorstehen. Damit wiederum wird verhindert, dass die harten Teilchen 91 während des Gebrauchs des Zahns 220 herausfallen, wodurch sich die Verschleißfestigkeit des Zahns 220 verbessert.
Die in dem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befindlichen harten Teilchen 91 können, wie in 6 gezeigt, in Kontakt mit der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 angeordnet sein. Dadurch wird der Bereich eines harten Teilchens 91, der an der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 freiliegt, klein, wodurch verhindert wird, dass das harte Teilchen 91 herausfällt.
Von den harten Teilchen 91, die sich in dem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befinden, kann, wie in 6 gezeigt, jedes harte Teilchen 91, das einen Bereich aufweist, der an der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 freiliegt, einen spitzen Zentriwinkel θ (von weniger als 90°) haben, der diesem freiliegenden Bereich entspricht. Dadurch wird der Bereich eines harten Teilchens 91, der an der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 freiliegt, klein, wodurch verhindert wird, dass das harte Teilchen 91 herausfällt.
Die Beschichtung 90 enthält, wie unter Bezugnahme auf 7 zu sehen ist, in einem Bereich, der eine Grenzfläche zwischen der Beschichtung 90 und dem Trägermaterial 100 einschließt, Vorsprünge 99, die auf das Trägermaterial 100 zu vorstehen. Die Vorsprünge 99 bewirken einen Verankerungseffekt, der verhindert, dass sich die Beschichtung 90 von dem Trägermaterial 100 löst. Ein Vorsprung 99 nimmt wenigstens einen Teil eines harten Teilchens 91 auf. Damit wird zuverlässiger verhindert, dass sich die Beschichtung 90 von dem Trägermaterial 100 löst. Die Matrix 95 der Beschichtung 90 befindet sich zwischen dem Trägermaterial 100 und dem in dem Vorsprung 99 aufgenommenen harten Teilchen 91. Das in dem Vorsprung 99 aufgenommene harte Teilchen 91 ist nicht in Kontakt mit dem Trägermaterial 100. Die Mitte des harten Teilchens 91 befindet sich außerhalb des Vorsprungs 99 (d. h., ein Teil des harten Teilchens 91, der ein Volumen von weniger als der Hälfte desselben hat, ist in dem Vorsprung 99 aufgenommen). Ein hartes Teilchen 91 ist in einem Vorsprung 99 aufgenommen. Jeder Vorsprung 99 hat eine Tiefe, die kleiner ist als der Radius des in dem Vorsprung 99 aufgenommenen harten Teilchens 91.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Zahns 220 wird im Folgenden beschrieben. 8 ist ein Flussdiagramm, das schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Zahns darstellt, der das Maschinenbauteil ist. 20 und 21 sind schematische Schnittansichten, die das Verfahren zum Herstellen des Zahns darstellen.
Bei dem Verfahren zum Herstellen eines Zahns 220 in der vorliegenden Ausführungsform wird, wie unter Bezugnahme auf 8 zu sehen ist, zunächst ein Schritt zum Fertigen eines Trägerelementes als ein Schritt S10 ausgeführt. In diesem Schritt S10 wird, wie unter Bezugnahme auf 20 zu sehen ist, ein Trägerelement 250 gefertigt, das ein Trägermaterial 225 des Zahns 220 wird. Das Trägerelement 250 besteht aus einem ersten Metall. Das Trägerelement 250 hat eine zylindrische Form. Das Trägerelement 250 hat eine zylindrische Form, die eine Endfläche 252, eine andere Endfläche 253 sowie eine Seitenfläche 251 einschließt, die die eine Endfläche 252 und die andere Endfläche 253 verbindet. Ein erster abgeschrägter Abschnitt 252A ist in einem Bereich ausgebildet, in dem die eine Endfläche 252 und die Seitenfläche 251 verbunden sind. Ein zweiter abgeschrägter Abschnitt 253A ist in einem Bereich ausgebildet, in dem die andere Endfläche 253 und die Seitenfläche 251 verbunden sind. Die Seite der einen Endfläche 252 des Trägerelementes 250 entspricht, wie unter Bezugnahme auf 20 und 18 zu sehen ist, der Seite des vorderen Endes 221 des Zahns 220, und die Seite der anderen Endfläche 253 des Trägerelementes 250 entspricht der Seite des hinteren Endes 222 des Zahns 220.
Anschließend wird ein Schritt zum Ausbilden einer Beschichtung als ein Schritt S20 ausgeführt. In diesem Schritt S20 wird, wie unter Bezugnahme auf 20 und 21 zu sehen ist, eine Beschichtung 260 in Kontakt mit einem abgedeckten Bereich 251A ausgebildet, der ein Teil einer Oberfläche des in Schritt S10 gefertigten Trägerelementes 250 ist, um den abgedeckten Bereich 251A abzudecken. Die Beschichtung 260 wird so ausgebildet, dass sie einen gewünschten Bereich des Trägermaterials 225 abdeckt, wenn Warmschmieden ausgeführt wird, das weiter unten beschrieben wird. Der abgedeckte Bereich 251A kann im Voraus über eine Simulation des Warmschmiedens beispielsweise unter Verwendung einer Finite-Elemente-Methode bestimmt werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie unter Bezugnahme auf 21 zu sehen ist, die Beschichtung 260 so ausgebildet, dass sie die Seite der einen Endfläche 252 der Seitenfläche 251, den ersten abgeschrägten Abschnitt 252A und die eine Endfläche 252 abdeckt. Die Beschichtung 260 kann wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform mittels Auftragschweißen unter Einsatz von CO₂-Lichtbogenschweißen ausgebildet werden.
Anschließend wird ein Schritt zum Warmschmieden als ein Schritt S30 ausgeführt. In diesem Schritt S30 wird das Trägerelement 250 mit der in dem Schritt S20 ausgebildeten Beschichtung 260 warmgeschmiedet. Das Trägerelement 250 mit der daran ausgebildeten Beschichtung 260 wird, wie unter Bezugnahme auf 21 und 18 zu sehen ist, auf eine Temperatur erhitzt, die Warmschmieden ermöglicht, und dann zum Schmieden in eine Form eingelegt, die einen Hohlraum hat, der einer gewünschten Form des Zahns 220 entspricht. Mit diesem Warmschmieden wird ein Bereich des Trägerelementes 250 bearbeitet, der einen Randabschnitt 259 der Beschichtung einschließt. Durch das Warmschmieden wird der Randabschnitt 259 der Beschichtung der Randabschnitt 229 der Beschichtung des Zahns 220. Mit dem beim Warmschmieden bearbeiteten Randabschnitt 259 der Beschichtung wird der Zahn 220 hergestellt, der den freiliegenden Bereich 225B und die Oberfläche 227A der Beschichtung 227, die bündig miteinander sind, in dem Randabschnitt 229 der Beschichtung aufweist. In dem Randabschnitt 229 der Beschichtung bilden der freiliegende Bereich 225B und die Oberfläche 227A der Beschichtung 227 eine bündige geschmiedete Fläche, die dem Bereich der Fläche der Form, die bei dem Warmschmieden eingesetzt wird, entspricht, in dem der Randabschnitt 259 der Beschichtung bearbeitet wird. In dem Randabschnitt 229 der Beschichtung bilden der freiliegende Bereich 225B und die Oberfläche 227A der Beschichtung 227 eine bündige Fläche, die der Form des Formwerkzeugs zum Schmieden entspricht. Der Randabschnitt 229 der Beschichtung ist in der geschmiedeten Fläche eingeschlossen.
Wenn das Trägerelement 250 mit der daran ausgebildeten Beschichtung 260 warmgeschmiedet wird, werden harte Teilchen 91, die bei Ausbildung der Beschichtung 260 von einer Oberfläche der Beschichtung 260 vorstanden, in die Beschichtung 260 hinein gepresst. Dadurch sind bei dem Zahn 220 die in dem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befindlichen harten Teilchen 91 in der Beschichtung 90 eingebettet und dabei nebeneinander angeordnet. Die in dem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befindlichen harten Teilchen 91 sind in Kontakt mit der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 angeordnet. Von den in dem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befindlichen harten Teilchen 91 hat jedes beliebige harte Teilchen 91, das einen Bereich aufweist, der an der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 freiliegt, einen spitzen Zentriwinkel θ (von weniger als 90°), der dem freiliegenden Bereich entspricht (siehe 6). Dadurch wird verhindert, dass das harte Teilchen 91 während des Einsatzes des Zahns 220 herausfällt, wodurch sich Verschleißfestigkeit des Zahns 220 verbessert.
Wenn bei dem Zahn 220 das Trägerelement 250 mit der daran ausgebildeten Beschichtung 260 warmgeschmiedet wird, werden Vorsprünge 99 in der Beschichtung 90 aufgrund der harten Teilchen 91 ausgebildet, die sich zum Zeitpunkt von Ausbildung der Beschichtung 260 in der Nähe der Grenzfläche zwischen der Beschichtung 260 und dem Trägerelement 250 befanden. In einem Vorsprung 99 wird wenigstens ein Teil eines entsprechenden harten Teilchens 91 aufgenommen (siehe 7).
Anschließend wird, wie unter Bezugnahme auf 8 zu sehen ist, ein Wärmebehandlungsschritt als ein Schritt S40 ausgeführt. In diesem Schritt S40 wird der mittels Warmschmieden in dem Schritt S30 hergestellte Zahn 220 Wärmebehandlung unterzogen. Die in dem Schritt S40 ausgeführte Wärmebehandlung besteht beispielsweise aus Vergüten. Damit wird dem Trägermaterial 225 des Zahns 220 gewünschte Härte und Zähigkeit verliehen. Mit dem oben dargestellten Verfahren wird der Zahn 220 in der vorliegenden Ausführungsform fertiggestellt.
Dritte Ausführungsform
Im Folgenden wird ein Maschinenbauteil gemäß einer dritten Ausführungsform, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, anhand eines Zahns eines Brechers als Beispiel beschrieben. 22 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau eines Brechers zeigt. 23 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau eines äußeren Zahns eines feststehenden Abschnitts des Brechers darstellt. 24 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie XXIV-XXIV in 23. 25 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie XXV-XXV in 24.
Ein Brecher 301 in der vorliegenden Ausführungsform, wie er in 22 zu sehen ist und der an einem vorderen Ende eines Stiels einer Arbeitsmaschine angebracht wird, dient zum Brechen von Beton oder anderen zu brechenden Materialien. Der Brecher 301 enthält einen Hauptrahmen 310, einen feststehenden Abschnitt 320, der an dem Hauptrahmen 310 befestigt ist, sowie einen beweglichen Abschnitt 330, der drehbar so an dem Hauptrahmen 310 angebracht ist, dass er in Bezug auf den feststehenden Abschnitt 320 geöffnet und geschlossen werden kann. Der bewegliche Abschnitt 330 ist mit einem Hydraulikzylinder (nicht dargestellt) verbunden, der in dem Hauptrahmen 310 angeordnet ist. Der bewegliche Abschnitt 330, der von dem Hydraulikzylinder angetrieben wird, dreht sich und wird so in Bezug auf den feststehenden Abschnitt 320 geöffnet und geschlossen.
Der feststehende Abschnitt 320 hat ein vorderes Ende, an dem eine Vielzahl (in der vorliegenden Ausführungsform drei) äußere Zähne 321 des feststehenden Abschnitts voneinander beabstandet angebracht sind. An dem feststehenden Abschnitt 320 ist eine Brecher-Platte 322 an dem Bereich positioniert, der dem beweglichen Abschnitt 330 gegenüberliegt, wenn der bewegliche Abschnitt 330 in Bezug auf den feststehenden Abschnitt 320 geschlossen ist. Die Brecher-Platte 322 weist eine Vielzahl darin ausgebildeter Durchgangslöcher auf, und Aussparungen 323 sind in den Bereichen des feststehenden Abschnitts 320 ausgebildet, die über die jeweiligen Durchgangslöcher freiliegen. Der bewegliche Abschnitt 330 hat ein vorderes Ende, an dem eine Vielzahl (in der vorliegenden Ausführungsform zwei) äußere Zähne 331 des beweglichen Abschnitts voneinander beabstandet angebracht sind. In dem beweglichen Abschnitt 330 ist eine Vielzahl innerer Zähne 333 des beweglichen Abschnitts in dem Bereich angeordnet, der dem feststehenden Abschnitt 320 gegenüberliegt, wenn der bewegliche Abschnitt 330 in Bezug auf den feststehenden Abschnitt 320 geschlossen ist. Wenn der bewegliche Abschnitt 330 in Bezug auf den feststehenden Abschnitt 320 geschlossen ist, treten die zwei äußeren Zähne 331 des beweglichen Abschnitts jeweils in die zwei Räume ein, die durch die drei äußeren Zähne 321 des feststehenden Abschnitts gebildet werden. Wenn der bewegliche Abschnitt 330 in Bezug auf den feststehenden Abschnitt 320 geschlossen wird, treten die inneren Zähne 333 des beweglichen Abschnitts in die entsprechenden Aussparungen 323 in dem feststehenden Abschnitt 320 ein. Bei dem Brecher 301, der so aufgebaut ist, werden Beton oder andere zu brechende Materialien zwischen dem beweglichen Abschnitt 330 und dem feststehenden Abschnitt 320 in dem Zustand zugeführt, in dem der bewegliche Abschnitt 330 in Bezug auf den feststehenden Abschnitt 320 geöffnet ist, und dann wird der bewegliche Abschnitt 330 in Bezug auf den feststehenden Abschnitt 320 geschlossen, so dass die Materialien gebrochen werden. Wenn die Materialien gebrochen werden, kommen die äußeren Zähne 321 des feststehenden Abschnitts, die äußeren Zähne 331 des beweglichen Abschnitts sowie die inneren Zähne 333 des beweglichen Abschnitts direkt in Kontakt mit dem Beton oder anderen zu brechenden Materialien. Die äußeren Zähne 321 des feststehenden Abschnitts, die äußeren Zähne 331 des beweglichen Abschnitts und die inneren Zähne 333 des beweglichen Abschnitts, die die Zähne des Brechers sind, müssen daher hohe Verschleißfestigkeit aufweisen. Um die Verschleißfestigkeit zu verbessern, können Beschichtungen an den Zähnen des Brechers bzw. den äußeren Zähnen 321 des feststehenden Abschnitts, den äußeren Zähnen 331 des beweglichen Abschnitts sowie den inneren Zähnen 333 des beweglichen Abschnitts ausgebildet werden. Im Folgenden wird der Aufbau eines äußeren Zahns 321 des feststehenden Abschnitts als Beispiel für den Zahn des Brechers beschrieben.
Ein äußerer Zahn 321 des feststehenden Abschnitts hat, wie unter Bezugnahme auf 23 zu sehen ist, eine vordere Endfläche 321A, die eine plane Fläche an der Seite des vorderen Endes ist, eine hintere Endfläche 321D, die eine plane Fläche an der Seite des hinteren Endes ist, eine erste Seitenfläche 321B, die eine plane Fläche ist, die die vordere Endfläche 321A und die hintere Endfläche 321D verbindet und der Seite des beweglichen Abschnitts 330 zugewandt sein soll, eine zweite Seitenfläche 321E, die eine gekrümmte Fläche ist, die die vordere Endfläche 321A und die hintere Endfläche 321D verbindet und der ersten Seitenfläche 321B gegenüberliegend angeordnet ist, sowie zwei dritte Seitenflächen 321C von denen jede eine plane Fläche ist, die die vordere Endfläche 321A, und die hintere Endfläche 321D verbindet und auch die erste Seitenfläche 321B und die zweite Seitenfläche 321E verbindet. Der äußere Zahn 321 des feststehenden Abschnitts ist an dem feststehenden Abschnitt 320 an der hinteren Endfläche 321D angebracht.
Der äußere Zahn 321 des feststehenden Abschnitts enthält, wie unter Bezugnahme auf 24 und 25 zu sehen ist, ein Trägermaterial 325, das aus einem ersten Metall besteht, sowie eine Beschichtung 327, die in Kontakt mit dem Trägermaterial 325 angeordnet ist und einen Teil der Oberfläche des Trägermaterials 325 abdeckt. Die Beschichtung 327 deckt die gesamte Ausdehnung der vorderen Endfläche 321A und jeweils einen Teil der ersten Seitenfläche 321B, der zweiten Seitenfläche 321E sowie der dritten Seitenflächen 321C ab. Von der Oberfläche der ersten Seitenfläche 321B und der zweiten Seitenfläche 321E sind größere Teile durch die Beschichtung 327 abgedeckt als bei den dritten Seitenflächen 321C. Keine Beschichtung 327 ist an der hinteren Endfläche 321C ausgebildet. Für das erste Metall, das das Trägermaterial 325 bildet, kann beispielsweise Kohlenstoffstahl für den Einsatz im Maschinenbau oder Legierungsstahl für den Einsatz im Maschinenbau, spezifiziert nach dem Standard JIS (z. B. S45C oder SCM435, sowie Manganstahl (SMn), Chromstahl (SCr) oder Chrom-Molybdän-Stahl (SCM), der eine äquivalente Menge an Kohlenstoff enthält), eingesetzt werden.
Die Beschichtung 90 (Beschichtung 327), die an dem äußeren Zahn 321 des feststehenden Abschnitts ausgebildet ist, enthält, wie unter Bezugnahme auf 6 und 7 zu sehen ist, wie bei dem Triebrad 5 und den Buchsen 13 in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, eine aus einem zweiten Metall bestehende Matrix 95 sowie in der Matrix 95 dispergierte harte Teilchen. Das zweite Metall, das die Matrix 95 bildet, kann beispielsweise ein Gemisch aus einem Metall, das von einem Schweißdraht stammt, und dem Metall (erstes Metall) sein, das das Trägermaterial 100 (Trägermaterial 325) bildet. Als die harten Teilchen 91 können Teilchen eingesetzt werden, die eine höhere Härte haben als die Matrix 95, so beispielsweise Teilchen aus Sinterkarbid. Die Beschichtung 90 weist höhere Verschleißfestigkeit auf als das Trägermaterial 100.
Die Oberfläche 90A der Beschichtung 90, wie sie in 6 dargestellt ist, ist eine geschmiedete Oberfläche. Die harten Teilchen 91, die sich in einem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befinden, der ein Bereich innerhalb eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers der harten Teilchen 91 von der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 aus ist, sind in der Beschichtung 90 eingebettet und dabei nebeneinander angeordnet. Damit wird verhindert, dass die harten Teilchen 91 nennenswert von der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 vorstehen. Damit wiederum wird verhindert, dass die harten Teilchen 91 während des Gebrauchs des äußeren Zahns 321 des feststehenden Abschnitts herausfallen, wodurch sich die Verschleißfestigkeit des äußeren Zahns 321 des feststehenden Abschnitts verbessert.
Die in dem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befindlichen harten Teilchen 91 können, wie in 6 gezeigt, in Kontakt mit der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 angeordnet sein. Dadurch wird der Bereich eines harten Teilchens 91, der an der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 freiliegt, klein, wodurch verhindert wird, dass das harte Teilchen 91 herausfällt.
Von den harten Teilchen 91, die sich in dem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befinden, kann, wie in 6 gezeigt, jedes harte Teilchen 91, das einen Bereich aufweist, der an der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 freiliegt, einen spitzen Zentriwinkel θ (von weniger als 90°) haben, der diesem freiliegenden Bereich entspricht. Dadurch wird der Bereich eines harten Teilchens 91, der an der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 freiliegt, klein, wodurch verhindert wird, dass das harte Teilchen 91 herausfällt.
In einem Bereich, der eine Grenzfläche zwischen der Beschichtung 90 und dem Trägermaterial 100 einschließt, enthält, wie unter Bezugnahme auf 7 zu sehen ist, die Beschichtung 90 Vorsprünge 99, die auf das Trägermaterial 100 zu vorstehen. Die Vorsprünge 99 bewirken einen Verankerungseffekt, der verhindert, dass sich die Beschichtung 90 von dem Trägermaterial 100 löst. Ein Vorsprung 99 nimmt wenigstens einen Teil eines harten Teilchens 91 auf. Damit wird zuverlässiger verhindert, dass sich die Beschichtung 90 von dem Trägermaterial 100 löst. Die Matrix 95 der Beschichtung 90 befindet sich zwischen dem Trägermaterial 100 und dem in dem Vorsprung 99 aufgenommenen harten Teilchen 91. Das in dem Vorsprung 99 aufgenommene harte Teilchen 91 ist nicht in Kontakt mit dem Trägermaterial 100. Die Mitte des harten Teilchens 91 befindet sich außerhalb des Vorsprungs 99 (d. h., ein Teil des harten Teilchens 91, der ein Volumen von weniger als der Hälfte desselben hat, ist in dem Vorsprung 99 aufgenommen). Ein hartes Teilchen 91 ist in einem Vorsprung 99 aufgenommen. Jeder Vorsprung 99 hat eine Tiefe, die kleiner ist als der Radius des in dem Vorsprung 99 aufgenommenen harten Teilchens 91.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen eines äußeren Zahns 321 des feststehenden Abschnitts beschrieben. 8 ist ein Flussdiagramm, das schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines äußeren Zahns des feststehenden Abschnitts darstellt, der das Maschinenbauteil ist. 26 und 27 sind Perspektivansichten, die ein Verfahren zum Herstellen eines äußeren Zahns des feststehenden Abschnitts eines Brechers darstellen. 28 und 29 sind schematische Schnittansichten, die das Verfahren zum Herstellen des äußeren Zahns des feststehenden Abschnitts des Brechers darstellen. 28 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie XXVIII-XXVIII in 27. 29 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie XXIX-XXIX in 28. 30 und 31 sind schematische Perspektivansichten, die ein anderes Verfahren zum Herstellen des äußeren Zahns des feststehenden Abschnitts des Brechers darstellen. 32 und 33 sind schematische Schnittansichten, die das andere Verfahren zum Herstellen des äußeren Zahns des feststehenden Abschnitts des Brechers darstellen. 32 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie XXXII-XXXII in 31. 33 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie XXXIII-XXXIII in 32.
Bei dem Verfahren zum Herstellen eines äußeren Zahns 321 des feststehenden Abschnitts in der vorliegenden Ausführungsform wird zunächst, wie unter Bezugnahme auf 8 zu sehen ist, ein Schritt zum Fertigen eines Trägerelementes als ein Schritt S10 ausgeführt. In diesem Schritt S10 wird, wie unter Bezugnahme auf 26 zu sehen ist, ein Trägerelement 350 gefertigt, das ein Trägermaterial 325 des äußeren Zahns 321 des feststehenden Abschnitts wird. Das Trägerelement 350 besteht aus einem ersten Metall. Das Trägerelement 350 hat eine zylindrische Form, die eine erste Endfläche 350A, eine zweite Endfläche 350D sowie eine Seitenfläche 350F einschließt.
Anschließend wird ein Schritt zum Ausbilden einer Beschichtung als ein Schritt S20 ausgeführt. In diesem Schritt S20 wird, wie unter Bezugnahme auf 27 bis 29 zu sehen ist, eine Beschichtung 360 so ausgebildet, dass sie die erste Endfläche 350A und einen Bereich an der Seite der ersten Endfläche 350A der Seitenfläche 350F des in dem Schritt S10 gefertigten Trägerelementes 350 abdeckt. Die Beschichtung 360 kann wie bei der ersten Ausführungsform mit einer Vielzahl von Wulsten 362 ausgebildet werden. Die erste Endfläche 350A wird vollständig von der Beschichtung 360 abgedeckt. Auf der zweiten Endfläche 350D wird keine Beschichtung 360 ausgebildet. An der Seitenfläche 350F wird ein Bereich innerhalb eines vorgegebenen Abstandes zu dem mit der ersten Endfläche 350A verbundenen Bereich in der axialen Richtung mit der Beschichtung 360 abgedeckt. Obwohl die Beschichtung 360 an der Seitenfläche 350F im Wesentlichen eine gleichmäßige Länge in der axialen Richtung hat, hat sie eine kürzere Länge in paarigen Bereichen, die in Bezug auf die Mittelachse symmetrisch sind. In Entsprechung zu diesen Bereichen sind an der Seitenfläche 350F vorstehende freiliegende Bereiche 350G ausgebildet, die nicht mit einer Beschichtung abgedeckt sind und zu der ersten Endfläche 350A hin vorstehen. Die Beschichtung 360 kann wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform mittels Auftragschweißen unter Einsatz von CO₂-Lichtbogenschweißen ausgebildet werden.
Anschließend wird ein Schritt des Warmschmiedens als ein Schritt S30 ausgeführt. In diesem Schritt S30 wird das Trägerelement 350 mit der in dem Schritt S20 ausgebildeten Beschichtung 360 warmgeschmiedet. Das Trägerelement 350 mit der daran ausgebildeten Beschichtung 360 wird, wie unter Bezugnahme auf 27 bis 29 sowie 24 und 25 zu sehen ist, auf eine Temperatur erhitzt, die Warmschmieden ermöglicht, und dann zum Schmieden in eine Form eingelegt, die einen Hohlraum hat, der einer gewünschten Form des äußeren Zahns 321 des feststehenden Abschnitts entspricht. Mit dem Warmschmieden wird die in dem Schritt S20 ausgebildete Beschichtung 360 bearbeitet. Durch das Warmschmieden werden die erste Endfläche 350A und die zweite Endfläche 350D Bereiche, die der vorderen Endfläche 321A bzw. der hinteren Endfläche 321D des äußeren Zahns 321 des feststehenden Abschnitts entsprechen. An der Seitenfläche 350F werden die Bereiche in der Umfangsrichtung, an denen die vorstehenden freiliegenden Bereiche 350G ausgebildet worden sind, die dritten Seitenflächen 321C des äußeren Zahns 321 des feststehenden Abschnitts, und die Bereiche außerhalb der Bereiche, in denen die vorstehenden freiliegenden Bereiche 350G ausgebildet worden sind, werden die erste Seitenfläche 321B und die zweite Seitenfläche 321E des äußeren Zahns 221 des feststehenden Abschnitts.
Wenn das Trägerelement 350 mit der daran ausgebildeten Beschichtung 360 warmgeschmiedet wird, werden harte Teilchen 91, die bei Ausbildung der Beschichtung 360 von einer Oberfläche der Beschichtung 360 vorstanden, in die Beschichtung 360 hinein gepresst. Dadurch sind bei dem äußeren Zahn 321 des feststehenden Abschnitts die in dem Oberflächenbereich 906 der Beschichtung befindlichen harten Teilchen 91 in der Beschichtung 90 eingebettet und dabei nebeneinander angeordnet. Die in dem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befindlichen harten Teilchen 91 sind in Kontakt mit der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 angeordnet (siehe 6). Von den in dem Oberflächenbereich 90B der Beschichtung befindlichen harten Teilchen 91 hat jedes beliebige harte Teilchen 91, das einen Bereich aufweist, der an der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 freiliegt, einen spitzen Zentriwinkel θ (von weniger als 90°), der dem freiliegenden Bereich entspricht. Dadurch wird verhindert, dass das harte Teilchen 91 während des Einsatzes des äußeren Zahns 321 des feststehenden Abschnitts herausfällt, wodurch sich Verschleißfestigkeit des äußeren Zahns 321 des feststehenden Abschnitts verbessert.
Wenn das Trägerelement 350 mit der daran ausgebildeten Beschichtung 360 warmgeschmiedet wird, werden bei dem äußeren Zahn 321 des feststehenden Abschnitts Vorsprünge 99 in der Beschichtung 90 aufgrund der harten Teilchen 91 ausgebildet, die sich zum Zeitpunkt von Ausbildung der Beschichtung 360 in der Nähe der Grenzfläche zwischen der Beschichtung 360 und dem Trägerelement 350 befanden. In einem Vorsprung 99 wird wenigstens ein Teil eines entsprechenden harten Teilchens 91 aufgenommen (siehe 7).
Anschließend wird, wie unter Bezugnahme auf 8 zu sehen ist, ein Wärmebehandlungsschritt als ein Schritt S40 ausgeführt. In diesem Schritt S40 wird der mittels Warmschmieden in dem Schritt S30 hergestellte äußere Zahn 321 des feststehenden Abschnitts Wärmebehandlung unterzogen. Die in dem Schritt S40 ausgeführte Wärmebehandlung besteht beispielsweise aus Vergüten. Damit wird dem Trägermaterial 325 des äußeren Zahns 321 des feststehenden Abschnitts gewünschte Härte und Zähigkeit verliehen. Anschließend werden die Bereiche, in denen keine Beschichtung 360 ausgebildet worden ist, maschineller Bearbeitung unterzogen, um die Maßgenauigkeit zu verbessern usw. Der äußere Zahn 321 des feststehenden Abschnitts in der vorliegenden Ausführungsform ist damit fertiggestellt.
Es ist anzumerken, dass bei den oben beschriebenen Schritten, um Warmschmieden nach Ausbilden der Beschichtung 360 zu erleichtern, Vorformen vor der Ausbildung der Beschichtung 360 ausgeführt werden kann. Das heißt, ein Trägerelement 350, das eine zylindrische Form hat, wird, wie unter Bezugnahme auf 26 und 30 zu sehen ist, in dem Schritt S10 gefertigt, und dann wird die Seite der ersten Endfläche 350A Vorformen unterzogen. Mit diesem Vorformen wird die erste Endfläche 350A in eine rechteckige Form gebracht, und werden erste abgeschrägte Abschnitte 350B sowie zweite abgeschrägte Abschnitte 350C ausgebildet, die mit den langen Seiten bzw. den kurzen Seiten der ersten Endfläche 350A verbunden sind.
Anschließend wird in dem Schritt S20, wie unter Bezugnahme auf 31 bis 33 zu sehen ist, eine Beschichtung 360 so ausgebildet, dass sie die erste Endfläche 350A, die ersten abgeschrägten Abschnitte 350B und die zweiten abgeschrägten Abschnitte 350C des vorgeformten Trägerelementes 350 abdeckt. Die erste Endfläche 350A wird vollständig mit der Beschichtung 360 abgedeckt. An der zweiten Endfläche 350 wird keine Beschichtung 360 ausgebildet. Die Beschichtung 360, die sich in der axialen Richtung erstreckt, ist in den Bereichen, die sich über die ersten abgeschrägten Abschnitte 350B erstrecken (siehe 33), länger als in den Bereichen, die sich über die zweiten abgeschrägten Abschnitte 350C erstrecken (siehe 32). Dann wird in dem Schritt S30 Warmschmieden ausgeführt, so dass die erste Endfläche 350A und die zweite Endfläche 350D zu den Bereichen werden, die der vorderen Endfläche 321A bzw. der hinteren Endfläche 321D des äußeren Zahns 321 des feststehenden Abschnitts entsprechen. Die Bereiche, in denen die Beschichtung 360 in der axialen Richtung kurz ist, werden zu den dritten Seitenflächen 321C des äußeren Zahns 321 des feststehenden Abschnitts, und die Bereiche, in denen die Beschichtung 360 lang ist, werden zu der ersten Seitenfläche 321B und der zweiten Seitenfläche 321E des äußeren Zahns 321 des feststehenden Abschnitts.
Bei jedem der Verfahren zum Herstellen der Maschinenbauteile in der ersten bis dritten Ausführungsform, wie sie oben beschrieben sind, können beim Ausbilden der Beschichtung auf dem Trägerelement ein Oberflächenabschnitt des Trägerelementes, der dem Bereich des Trägerelementes entspricht, an dem die Beschichtung ausgebildet werden soll, im Voraus entfernt werden, oder es kann ein abgesetzter Abschnitt an dem Trägerelement vor Ausbildung der Beschichtung ausgebildet werden. Dadurch wird der Grad der Verformung der Beschichtung beim Schmieden verringert, wodurch beispielsweise Faltenbildung an der geschmiedeten Beschichtung vermieden wird.
Beispiele
Ein Zahn 220 wurde in einem ähnlichen Vorgang wie dem in der zweiten Ausführungsform beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellt, und der entstandene Zahn wurde einem Test unterzogen, um die Struktur der Beschichtung und dergleichen zu untersuchen (Beispiel). Zu Vergleichszwecken wurde ein Zahn mit einem ähnlichen Herstellungsverfahren hergestellt, jedoch wurde der Schritt zum Ausbilden der Beschichtung (Schritt S20) weggelassen, und eine Beschichtung wurde mittels Auftragschweißen nach der Wärmebehandlung ausgebildet. Der entstandene Zahn wurde einem ähnlichen Test unterzogen (Vergleichsbeispiel). Die zum Warmschmieden eingesetzten Formwerkzeuge hatten bei dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel die gleiche Form.
34 ist eine Fotografie, die einen Querschnitt des Zahns 220 des Beispiels zeigt. Der Randabschnitt 229 der Beschichtung, der freiliegende Bereich 225B und die Oberfläche 227A der Beschichtung 227 sind, wie unter Bezugnahme auf 34 zu sehen ist, bündig miteinander und bilden eine geschmiedete Oberfläche. Damit wird bestätigt, dass der Zahn 220 in der zweiten Ausführungsform mit dem Herstellungsverfahren in der zweiten Ausführungsform hergestellt werden kann. Es ist keine Rissbildung zwischen der Beschichtung 227 und dem Trägermaterial 225 zu verzeichnen. Beim nach der Ausbildung der Beschichtung durchgeführten Warmschmieden treten keine Probleme auf.
35 ist eine optische Mikroaufnahme, die durch Abbilden einer Oberfläche der Beschichtung des Beispiels und ihrer Umgebung gewonnen wurde. 36 ist eine optische Mikroaufnahme, die durch Abbilden einer Oberfläche der Beschichtung des Vergleichsbeispiels und ihre Umgebung gewonnen wurde. Bei der Beschichtung des Vergleichsbeispiels, die mittels Auftragschweißen ausgebildet wurde und anschließend nicht mittels Schmieden bearbeitet wurde, stehen, wie in 36 gezeigt, harte Teilchen 91 erheblich von der Oberfläche 90A der Beschichtung vor. Bei der Beschichtung des Beispiels, die ausgebildet und anschließend mittels Schmieden bearbeitet wurde, sind in dem Oberflächenbereich befindliche harte Teilchen 91, wie unter Bezugnahme auf 35 zu sehen ist, in der Beschichtung (Matrix 95) eingebettet und nebeneinander angeordnet. Die harten Teilchen 91 sind in Kontakt mit der Oberfläche 90A der Beschichtung ausgerichtet. Ein hartes Teilchen 91, das einen Bereich aufweist, der an der Oberfläche 90A der Beschichtung 90 freiliegt, hat einen spitzen Zentriwinkel θ (von weniger als 90°), der dem freiliegenden Bereich entspricht. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass während des Vorgangs, in dem die Beschichtung mittels Schmieden bearbeitet wird, die harten Teilchen 91, die von der Oberfläche 90A der Beschichtung vorstanden, in die Matrix 95 gepresst werden, die relativ geringe Härte hat.
37 ist eine optische Mikroaufnahme, die durch Abbilden einer Grenzfläche zwischen der Beschichtung und dem Trägermaterial des Beispiels sowie ihrer Umgebung gewonnen wurde. 38 ist eine optische Mikroaufnahme, die durch Abbilden einer Grenzfläche zwischen der Beschichtung und dem Trägermaterial des Vergleichsbeispiels sowie ihrer Umgebung gewonnen wurde. Bei dem Vergleichsbeispiel, bei dem die Beschichtung mittels Auftragschweißen ausgebildet wurde und anschließend nicht mittels Schmieden bearbeitet wurde, ist, wie in 38 gezeigt, die Grenzfläche zwischen der Beschichtung (Matrix 95) und dem Trägermaterial 100 flach. Bei dem Beispiel, das nach Ausbildung der Beschichtung mittels Schmieden bearbeitet wurde, sind in dem Bereich, der die Grenzfläche zwischen der Beschichtung (Matrix 95) und dem Trägermaterial 100 einschließt, wie unter Bezugnahme auf 37 zu sehen ist, Vorsprünge 99 mit der Beschichtung (Matrix 95) ausgebildet, die auf das Trägermaterial 100 zu vorstehen. In jedem Vorsprung 99 ist ein Teil eines entsprechenden harten Teilchens 91 aufgenommen. Es wird davon ausgegangen, dass die Vorsprünge 99 aufgrund des Vorhandenseins der harten Teilchen 91 in der Nähe der Grenzfläche mit dem Trägerelement ausgebildet worden sind, während die Beschichtung mittels Schmieden bearbeitet wurde. Ein hartes Teilchen 91, das zu der Ausbildung eines Vorsprungs 99 beigetragen hat, weist wenigstens einen in dem Vorsprung 99 aufgenommenen Teil auf.
Obwohl das Triebrad und die Buchsen als die Bauteile des Raupenketten-Unterwagens, die Baggerzähne für einen Hydraulikbagger und die Zähne für einen Brecher in den oben dargestellten Ausführungsformen als Beispiele der Maschinenbauteile der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, sind die Maschinenbauteile der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann bei einem weiten Spektrum von Maschinenbauteilen eingesetzt werden, an denen eine Beschichtung ausgebildet ist, die in einer Matrix dispergierte harte Teilchen aufweist.
Es sollte klar sein, dass die hier offenbarten Ausführungsformen und Beispiele in jeder Hinsicht der Veranschaulichung und nicht der Beschränkung dienen. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die Vorgaben der Ansprüche und nicht durch die oben stehende Beschreibung definiert und soll jegliche Abwandlungen innerhalb des Schutzumfangs und der Bedeutung äquivalent zu den Vorgaben der Ansprüche einschließen.
Industrielle Einsatzmöglichkeiten
Das Maschinenbauteil und das Verfahren zum Herstellen desselben gemäß der vorliegenden Erfindung können besonders vorteilhaft bei einem Maschinenbauteil, bei dem verbesserte Verschleißfestigkeit gewünscht ist, und dem Verfahren zum Herstellen desselben eingesetzt werden.
Beschreibung der Bezugszeichen

1: Raupenketten-Fahrvorrichtung; 2: Raupenkette; 3: Raupenketten-Rahmen; 4: Umlenkturas; 5: Triebrad; 6: Raupenplatte; 7: äußeres Glied; 8: inneres Glied; 9: Raupenketten-Glied; 10: Laufrolle; 11: Tragrolle; 12: Verbindungsbolzen; 13: Buchse; 15: Durchgangsloch; 50: Trägermaterial; 51: Vorsprung; 52: Beschichtung; 53: Außenumfangsfläche; 59: Grat; 69: Trägerelement; 61A: Seitenfläche; 61B: Endfläche; 62: Wulst; 63: Beschichtung; 64: Trägerelement; 64A: Außenumfangsfläche; 64B: Endfläche; 70: Schweißbrenner; 71: Schweißdüse; 72: Kontaktspitze; 73: Schweißdraht; 74: Lichtbogen; 80: Düse zum Zuführen harter Teilchen; 90: Beschichtung; 90A: Oberfläche; 90B: Oberflächenbereich der Beschichtung; 91: hartes Teilchen; 92: Schmelzebad; 95: Matrix; 99: Vorsprung; 100: Trägermaterial; 131: Außenumfangsfläche; 132: Beschichtung; 133: Innenumfangsfläche; 134: Trägermaterial; 139: Abschnitt mit kleinerem Durchmesser; 201: Löffel; 210: Hauptkörper; 212: Umfang der Öffnung; 220: Zahn; 221: vorderes Ende; 222: hinteres Ende; 225: Trägermaterial; 225A: abgedeckter Bereich; 225B: freiliegender Bereich; 227: Beschichtung; 227A: Oberfläche; 229: Randabschnitt der Beschichtung; 230: Anbringungsabschnitt; 250: Trägerelement; 251: Seitenfläche; 251A: abgedeckter Bereich; 252: eine Endfläche; 252A: erster abgeschrägter Abschnitt; 253: andere Endfläche; 253A: zweiter abgeschrägter Abschnitt; 259: Randabschnitt der Beschichtung; 260: Beschichtung; 301: Brecher; 310: Hauptrahmen; 320: feststehender Abschnitt; 321: äußerer Zahn des feststehenden Abschnitts; 321A: vordere Endfläche; 321B: erste Seitenfläche; 321C: dritte Seitenfläche; 321D: hintere Endfläche; 321E: zweite Seitenfläche; 322: Brecher-Platte; 323: Aussparung; 325: Trägermaterial; 327: Beschichtung; 330: beweglicher Abschnitt; 331: äußerer Zahn des beweglichen Abschnitts; 333: innerer Zahn des beweglichen Abschnitts; 350: Trägerelement; 350A: erste Endfläche; 350B: erster abgeschrägter Abschnitt; 350C: zweiter abgeschrägter Abschnitt; 350D: zweite Endfläche; 350F: Seitenfläche; 350G: vorstehender freiliegender Bereich; 360: Beschichtung; und 362: Wulst

Claims

Maschinenbauteil, das umfasst: ein Trägermaterial, das aus einem ersten Metall besteht; sowie eine Beschichtung, die in Kontakt mit dem Trägermaterial angeordnet ist und wenigstens einen Teil einer Oberfläche des Trägermaterials abdeckt, wobei die Beschichtung enthält: eine Matrix, die aus einem zweiten Metall besteht, sowie harte Teilchen, die in der Matrix dispergiert sind; wobei die Beschichtung eine Oberfläche aufweist, die eine geschmiedete Oberfläche ist, und die in einem Oberflächenbereich der Beschichtung befindlichen harten Teilchen in der Beschichtung eingebettet und dabei nebeneinander angeordnet sind, wobei der Oberflächenbereich der Beschichtung ein Bereich innerhalb eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers der harten Teilchen von der Oberfläche der Beschichtung aus ist.
Maschinenbauteil nach Anspruch 1, wobei die in dem Oberflächenbereich der Beschichtung befindlichen harten Teilchen in Kontakt mit der Oberfläche der Beschichtung angeordnet sind.
Maschinenbauteil nach Anspruch 1, wobei von den in dem Oberflächenbereich der Beschichtung befindlichen harten Teilchen jedes beliebige harte Teilchen, das einen Bereich aufweist, der an der Oberfläche der Beschichtung freiliegt, einen spitzen Zentriwinkel hat, der dem Bereich entspricht, der an der Oberfläche der Beschichtung freiliegt.
Maschinenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in einem Bereich, der eine Grenzfläche zwischen der Beschichtung und dem Trägermaterial einschließt, die Beschichtung einen Vorsprung enthält, der auf das Trägermaterial zu vorsteht.
Maschinenbauteil nach Anspruch 4, wobei in dem Vorsprung wenigstens ein Teil des harten Teilchens aufgenommen ist.
Maschinenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das als ein Bauteil eines Raupenketten-Unterwagens, als ein Baggerzahn oder als ein Zahn eines Brechers eingesetzt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Maschinenbauteils, das die folgenden Schritte umfasst: Fertigen eines Trägerelementes, das aus einem ersten Metall besteht; Ausbilden einer Beschichtung, die wenigstens einen Teil einer Oberfläche des Trägerelementes abdeckt; und Schmieden des Trägerelementes, an dem die Beschichtung ausgebildet ist, so dass die Beschichtung bearbeitet wird; wobei der Schritt des Ausbildens der Beschichtung einschließt, dass die Beschichtung ausgebildet wird, die eine aus einem zweiten Metall bestehende Matrix und in der Matrix dispergierte harte Teilchen enthält.
Verfahren zum Herstellen eines Maschinenbauteils nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Schmiedens des Trägerelementes, an dem die Beschichtung ausgebildet ist, Warmschmieden des Trägerelementes einschließt, an dem die Beschichtung ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Maschinenbauteils nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Maschinenbauteil als ein Bauteil eines Raupenketten-Unterwagens, als ein Baggerzahn oder als ein Zahn eines Brechers eingesetzt wird.