DE112017001563T5

DE112017001563T5 - Verschleißfeste Komponente und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE112017001563T5
Application number: DE112017001563.4T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Ohishi; Masaharu Amano; Yoshikiyo Tanaka
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2016-05-17
Filing date: 2017-05-15
Publication date: 2018-12-13
Also published as: US20190111488A1; JP6690991B2; CN109072591B; US10835958B2; WO2017199922A1; AU2017267771A1; CN109072591A; AU2017267771B2; JP2017206852A; AU2017267771C1

Abstract

Ein Zahn (20), der eine verschleißfeste Komponente ist, beinhaltet einen Kern (30), und einen Körper (25), gemacht aus einem ersten Metall, und positioniert, um den Kern (30) einzuschließen. Der Kern (30) beinhaltet eine Matrix (31), gemacht aus einem zweiten Metall, erste Hart-Partikel (32), verteilt in der Matrix (31), und eine Hart-Struktur (33), die sich von den zugehörigen ersten Hart-Partikeln (32) in einer Richtung entlang eines Korn-Verlaufs (25F) in den Körper (25) erstreckt, die Hart-Struktur ist höher in Härte als die Matrix (31).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verschleißfeste Komponente und ein Verfahren zur Herstellung einer verschleißfesten Komponente
Stand der Technik
Für eine Komponente, welche Verschleiß-Festigkeit fordert (oder eine verschleißfeste Komponente) ist generell ein Material, das hohe Härte hat, von dem Standpunkt der Verbesserung der Verschleiß-Festigkeit, verwendet. Hydraulische Bagger, Bulldozer, Rad-Lader oder andere Arbeits-Maschine, die in einer Umgebung arbeiten, in welcher Sand und andere Materialien existieren, beinhalten verschleißfeste Komponenten wie Brech-Spitzen oder Zähne als deren bildende Komponenten. Ein Hydraulik-Brecher, der zum Brechen von Felsen und dergleichen verwendet ist, beinhaltet einen Meisel als eine verschleißfeste Komponente die Felsen schneidet.
Bezüglich so einer verschleißfesten Komponente ist es vorgeschlagen worden, einen Kern, gemacht aus Material, höher in der Härte als die Oberflächenschicht (den Körper), auszubilden, um die Verschleiß-Festigkeit der Komponente weiter zu verbessern (siehe zum Beispiel Japanische Patent-Anmelde-Veröffentlichung Nr. H11-131534 (Patentliteratur 1) und Japanische Patent-Anmelde-Veröffentlichung Nr. 2002-144254 (Patentliteratur 2)).
Zitierungsliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische Patent-Anmelde-Veröffentlichung Nr. H11-131534
Patentliteratur 2: Japanische Patent-Anmelde-Veröffentlichung Nr. 2002-144254 Zusammenfassung der Erfindung

Technisches Problem
In dem Fall des Ausbildens des Kerns, der ein Material verwendet, höher in der Härte als der Körper, wie in Patentliteraturen 1 und 2, wenn das Material (welches höhere Verschleiß-Festigkeit hat), eine Härte hat, deutlich höher als die des Körpers, als das Material für den Kern eingesetzt ist, wird der Unterschied in Material zwischen dem Kern und dem Körper einen großen Unterschied im linearen Ausdehnungs-Koeffizienten zwischen dem Kern und dem Körper bewirken, was es schwierig macht, eine gute Anhaftung zwischen diesen aufrecht zu erhalten. Um den Unterschied in dem linearen Ausdehnungs-Koeffizienten zwischen dem Kern und dem Körper zu reduzieren, wird ein Material, das ausreichende Härte hat, nicht einfach für den Kern verwendet. Es war daher schwierig die Verschleiß-Festigkeit deutlich zu erhöhen, während gute Anhaftung zwischen dem Kern und dem Körper sichergestellt ist.
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die oben beschriebenen Probleme zu berücksichtigen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine verschleißfeste Komponente zu schaffen, die eine deutlich verbesserte Verschleiß-Festigkeit anbietet, während ein gute Adhäsion zwischen dem Kern und dem Körper sichergestellt ist.
Lösung des Problems
Eine verschleißfeste Komponente gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet: einen Kern; und einen Körper, der positioniert ist um den Kern einzuschließen, der Körper ist aus einem ersten Metall gemacht. Der Kern beinhaltet eine Matrix, gemacht aus einem zweiten Metall, erste Hart-Partikel, verteilt in der Matrix, und einer Hart-Struktur, die sich von den zugehörigen ersten Hart-Partikeln in einer Richtung entlang dem Verlauf der Körner in den Körper erstreckt, die Hart-Struktur ist höher in Härte als die Matrix.
In der verschleißfesten Komponente gemäß der vorliegenden Erfindung ist hohe Verschleiß-Festigkeit durch das Vorhandensein des Kerns, der die ersten Hart-Partikel beinhaltet, implementiert. Der Kern ist nicht aus einem einzelnen Material gemacht, sondern beinhaltet die Matrix und die ersten Hart-Partikel. Wenn die Matrix aus einem Material gemacht ist, für das erwartete wird, dass es gute Adhäsion mit dem Körper anbietet, zum Beispiel ein Material, das einen linearen Ausdehnungs-Koeffizienten nahe zu dem des Materials hat, das den Körper bildet, dann kann der resultierende Kern die Adhäsion zwischen dem Kern und dem Körper verbessern, während hohe Verschleiß-Festigkeit durch die ersten Hart-Partikel sichergestellt ist. Das erste Material, das den Körper bildet, und das zweite Material, das die Matrix des Kerns bildet, kann dasselbe Material sein. Das Vorhandensein der Hart-Struktur in dem Kern, die sich entlang des Korn-Verlaufs in dem Körper erstreckt, verbessert weiter die Verschleiß-Festigkeit des Kerns ohne die Adhäsion zwischen dem Kern und dem Körper zu beeinträchtigen.
Wie oben beschrieben, gemäß der verschleißfesten Komponente der vorliegenden Erfindung, ist es möglich die Verschleiß-Festigkeit deutlich zu verbessern während gute Adhäsion zwischen dem Kern und dem Körper sichergestellt ist.
In der verschleißfesten Komponente, wie oben beschrieben, kann die Hart-Struktur ein Element beinhalten, welches das erste Hart-Partikel bestimmt. Dies erleichtert die Bildung der Hart-Struktur, die sich von dem ersten Hart-Partikel erstreckt.
In der verschleißfesten Komponente, wie oben beschrieben, kann der Kern sich entlang des Korn-Verlaufs in dem Körper erstrecken. Dies erleichtert den Erwerb von guter Adhäsion zwischen dem Körper und dem Kern.
In der verschleißfesten Komponente, wie oben beschrieben, kann der Matrix aus einem gesinterten Körper gemacht sein. Dies erleichtert die Bildung des Kerns.
In der verschleißfesten Komponente, wie oben beschrieben, kann das erste Metall Stahl sein. Der Stahl ist geeignet als das erste Metall, welches den Körper bildet.
In der verschleißfesten Komponente, wie oben beschrieben, kann das zweite Metall Stahl sein. Der Stahl ist geeignet als das zweite Metall, welches die Matrix des Kerns bildet.
Die verschleißfesten Komponente, wie oben beschrieben, kann weiter beinhalten, eine Deck-Schicht, die in Kontakt mit dem Körper positioniert ist, um einen abgedeckten Bereich, der ein Teil einer Fläche von dem Körper ist, abzudecken. In einem Deck-Schicht-Kanten-Abschnitt, entsprechend zu einer Grenze zwischen dem abgedeckten Bereich und einem freigelegten Bereich, anders als der abgedeckte Bereich, auf der Fläche des Körpers, kann der freigelegte Bereich und eine Fläche der Deck-Schicht bündig zu einander sein, um eine geschmiedete Fläche auszubilden.
Zur Verbesserung der Verschleiß-Festigkeit einer verschleißfesten Komponente kann eine Deck-Schicht ausgebildet sein, um einen Teil der Fläche abzudecken. Die Deck-Schicht kann zum Beispiel durch Auftrags-Schweißen ausgebildet sein. In einer verschleißfesten Komponente wird in einer Deck-Schicht, die ausgebildet ist, in einem Deck-Schicht-Kanten-Abschnitt, entsprechend zu einer Grenze zwischen einem Bereich (abgedeckten Bereich), abgedeckt mit der Deck-Schicht, und einen Bereich (freigelegter Bereich) anders als der abgedeckte Bereich, auf der Fläche des Körpers gewöhnlicher Weise eine Stufe zwischen der Fläche der Deck-Schicht und dem freigelegten Bereich des Körpers ausgebildet. Diese Stufe kann einen Nachteil, zugeordnet zu der Ausführung der Deck-Schicht bewirken. Zum Beispiel kann eine Deck-Schicht an einem Schaufel-Zahn eines Hydraulik-Baggers ausgebildet sein. Während die ausgebildete Deck-Schicht die Verschleiß-Festigkeit von dem Zahn verbessern kann, kann der Zahn darunter leiden, des der Eindring-Widerstand in Erde oder Sand, aufgrund der ausgebildeten Stufe, erhöht ist.
In dem Deck-Schicht-Kanten-Abschnitt, der den freigelegten Bereich des Körpers und die Fläche der Deck-Schicht bündig miteinander macht, können die Nachteile aufgrund der Ausbildung der Deck-Schicht, die andererseits durch den Stufen-Abschnitt auftreten werden, wie oben beschrieben, verhindert werden. Mit dem Deck-Schicht-Kanten-Abschnitt, der in der geschmiedeten Fläche beinhaltet ist, kann der Bearbeitungs-Schritt, wie das Schneiden, um den freigelegten Bereich des Körpers und die Fläche der Deck-Schicht bündig zu machen, weggelassen werden. In konsequenter Weise kann die Bearbeitung des Deck-Schicht-Kanten-Abschnitts, an dem der Unterschied in der Härte groß ist, und die Bearbeitung an der Deck-Schicht, die hoch in Härte ist, vermieden werden.
In der verschleißfesten Komponente, wie oben beschrieben, kann die Deck-Schicht eine Basis-Matrix, gemacht aus einem dritten Metall, beinhalten, und zweite Hart-Partikel sind in der Basis-Matrix verteilt. Dies begünstig die Ausbildung der Deck-Schicht, die hervorragend in Verschleiß-Festigkeit ist.
In der verschleißfesten Komponente, wie oben beschrieben, können die zweiten Hart-Partikel, die in einem Deck-Schicht-Oberflächen-Bereich positioniert sind, Seite an Seite angeordnet sein, während diese in der Deck-Schicht eingebettet sind, der Deck-Schicht-Oberflächen-Bereich ist ein Bereich in dem ein durchschnittlicher Partikel-Durchmesser der zweiten Hart-Partikel die Oberfläche der Deck-Schicht bilden. Dies verhindert, dass die zweiten Hart-Partikel angeordnet sind, um wahrnehmbar von der Oberfläche von der Deck-Schicht vorzustehen. Als ein Ergebnis sind die zweiten Hart-Partikel davor bewahrt, während der Verwendung der verschleißfesten Komponente, herauszufallen. Es sollte Festgestellt sein, dass der durchschnittliche Partikel-Durchmesser der zweiten Hart-Partikel durch Betrachtung eines Querschnitts, senkrecht zu der Oberfläche der Deck-Schicht, mit einem optischen Mikroskop, und durch Berechnen eines Durchschnitts der Durchmesser von zehn zweiten Hart-Partikeln, die betrachtet sind, erhalten werden kann.
In der verschleißfesten Komponente, wie oben beschrieben, können die zweiten Hart-Partikel, die in dem Deck-Schicht-Oberflächen-Bereich angeordnet sind, in Kontakt mit der Oberfläche der Deck-Schicht angeordnet sein. Dadurch ist der Bereich von einem Hart-Partikel, der von der Oberfläche der Deck-Schicht freigelegt ist, klein geworden, was verhindert, dass die zweiten Hart-Partikel herausfallen.
In der verschleißfesten Komponente, wie oben beschrieben, von den zweiten Hart-Partikeln, die in dem Deck-Schicht-Oberflächen-Bereich angeordnet sind, können irgendwelche zweiten Hart-Partikel, die einen Bereich haben, der von der Oberfläche der Deck-Schicht freigelegt ist, einen spitzen Zentral-Winkel (weniger als 90°), entsprechend zu diesem freigelegten Bereich haben. Dadurch wird der Bereich der zweiten Hart-Partikel freigelegt von der Oberfläche der Decksicht klein, wodurch die zweiten Hart-Partikel davor bewahrt sind, herauszufallen.
In der verschleißfesten Komponente, wie oben beschrieben, in einem Bereich, der einen Übergang zwischen der Deck-Schicht und dem Körper beinhaltet, kann die Deck-Schicht einen Vorsprung enthalten, der zu dem Körper vorsteht. Dies verhindert, dass die Deck-Schicht von dem Körper abfällt.
In der verschleißfesten Komponente, wie oben beschrieben, kann der Vorsprung zumindest einen Teil von den zweiten Hart-Partikeln darin aufgenommen haben. Dies verhindert zuverlässiger, dass die Deck-Schicht von dem Körper abfällt.
Die verschleißfeste Komponente, wie oben beschrieben, kann ein spitzes Ende haben. Der Kern kann sich zu dem Spitzen-Ende erstrecken. Verschleißfeste Komponente verschleißen öfters von dem Spitzen-Ende aus. Der Kern, der sich zu dem Spitzen-Ende erstreckt, kann das Fortschreiten von so einem Verschleiß verhindern.
Ein Verfahren zur Herstellung einer verschleißfesten Komponente, gemäß der vorliegenden Erfindung, beinhaltet die Schritt von: Vorbereiten eines Körper-Materials, gemacht aus einem ersten Metall, und das eine Ausnehmung hat; Füllen der Ausnehmung mit Ausgangs-Pulver, die ein Pulver von einem zweiten Metall und ersten Hart-Partikeln enthalten; und Ausbilden durch Heiß-Schmieden des Körper-Materials, das die Ausnehmung, gefüllt mit den Ausgangs-Pulvern, hat.
Gemäß zu dem Verschleißfeste-Komponente-Herstellungs-Verfahren in der vorliegenden Erfindung ist es ohne Weiteres möglich, die oben beschriebene verschleißfeste Komponente in der vorliegenden Erfindung herzustellen.
Effekte der Erfindung
Es klar von der obigen Beschreibung, dass es gemäß der verschleißfesten Komponente und dessen Herstellungs-Verfahren der vorliegenden Erfindung möglich ist, eine verschleißfeste Komponente vorzusehen, welche erhebliche Verbesserung der Verschleiß-Festigkeit bietet, während gute Adhäsion zwischen dem Kern und dem Körper sichergestellt ist.
Figurenliste

1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Struktur einer Schaufel eines Hydraulik-Baggers zeigt;
2 ist eine schematische Draufsicht, die eine Struktur eines Zahns zeigt;
3 ist eine schematische Querschnitts-Ansicht, entlang der Linie III-III in 2;
4 ist eine schematische Querschnitts-Ansicht, die eine Struktur an und um einen Übergang zwischen einem Körper und einem Kern zeigt;
5 ist ein Fluss-Diagramm, das schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Zahns gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel darstellt;
6 ist eine schematische Querschnitts-Ansicht, die das Zahn-Herstellungs-Verfahren darstellt;
7 ist eine schematische Querschnitts-Ansicht, die das Zahn-Herstellungs-Verfahren darstellt;
8 ist eine schematische Querschnitts-Ansicht, welche die Struktur eines Zahns gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
9 ist eine schematische Querschnitts-Ansicht, welche die Struktur von einer Deck-Schicht in der Umgebung dessen Oberfläche zeigt;
10 ist eine schematische Querschnitts-Ansicht, welche die Struktur an und um einen Übergang zwischen der Deck-Schicht und dem Körper zeigt;
11 ist ein Fluss-Diagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines Zahns gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt.
12 ist eine schematische Querschnitts-Ansicht, die das Zahn-Herstellungs-Verfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt;
13 ist eine schematische Querschnitts-Ansicht, die ein Verfahren zum Ausbilden einer Deck-Schicht darstellt;
14 ist eine Fotografie, die einen Querschnitt eines Zahns zeigt;
15 ist ein optisches Gefüge-Bild, das einen Querschnitt des Kerns zeigt;
16 ist ein optisches Gefüge-Bild, das, in einer vergrößerten Ansicht, die Umgebung von einem Übergang zwischen einem ersten Hart-Partikel und der Matrix zeigt;
17 stellt Härte-Verteilung an und um einer Hart-Struktur dar;
18 zeigt EPMA Ergebnisse, welche die Verteilungs-Zustände von Elementen in der Umgebung von einem ersten Hart-Partikel zeigt;
19 ist ein optisches Gefüge-Bild von einer Deck-Schicht in der Umgebung von dessen Oberfläche; und
20 ist ein optisches Gefüge-Bild von einem Übergang zwischen der Deck-Schicht und dem Körper in dessen Umgebung.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben. In den nachfolgenden Zeichnungen sind gleiche oder entsprechende Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet und die Beschreibung derselben werden nicht wiederholt.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Eine verschleißfeste Komponente gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird beschrieben, indem es als ein Beispiel eines Schaufel-Zahns eines Hydraulik-Baggers gegeben wird. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, welche die Struktur einer Schaufel eines Hydraulik-Baggers zeigt. 2 ist eine schematische Draufsicht, welche die Struktur eines Zahns zeigt. 3 ist eine schematische Querschnitts-Ansicht entlang der Linie III-III in 2.
Bezugnehmend auf 1, eine Schaufel 1, die an einem Spitzen-Ende von einem Arm (nicht gezeigt) von einem Hydraulik-Bagger angebracht ist, ist zum Ausheben von Erde oder Sand. Die Schaufel 1 beinhaltet: einen Haupt-Körper 10, der aus einem plattenartigen Elemente gemacht ist, und eine Öffnung hat; eine Mehrzahl von (in der Schaufel 1, gezeigt in 1, drei) Zähnen 20, die an dem Haupt-Körper 10 angebracht sind um teilweise von einem Umfang 12 von der Öffnung des Haupt-Körpers 10 an dessen Aushebe-Seite vorzustehen; und einen Montage-Abschnitt 40, der an einer Seite des Haupt-Körpers 10, gegenüber zu der Seite, an welcher die Zähne 20 angebracht sind, positioniert ist. Die Schaufel 1 ist durch den Arm des Hydraulik-Baggers über den Montage-Abschnitt 40 gelagert. Wenn die Schaufel 1 zum Ausheben verwendet ist, dringen die Zähne 20 zuerst in Erde oder Sand ein. Für die Zähne 20 ist somit gefordert, dass diese hohe Verschleiß-Festigkeit (Erde- und Sand-Abrieb-Festigkeit) haben. Die Zähne 20 sind Erde- und Sand-Abrieb-Festigkeits-Komponenten, die Maschinen-Komponenten sind, welche für Anwendungen verwendet sind, bei denen sie in Kontakt mit Erde und Sand kommen.
Ein Zahn 20 beinhaltet ein Spitzen-Ende 21 und ein Nah-Ende 22, wie in 2 gezeigt. Der Zahn 20 ist an dem Haupt-Körper 10 an dessen Nah-Ende-22-Seite, mit der Spitzen-Ende-21-Seite vorspringend von dem Umfang 12 der Öffnung der Schaufel 1, angebracht. Die Schaufel 1 dringt in Erde und Sand von der Spitzen-Ende-21-Seite des Zahns 20 ein. Die Spitzen-Ende-21-Seite des Zahns 20 erfordert daher insbesondere hohe Verschleiß-Festigkeit (Erde und Sand Abrieb-Festigkeit).
Bezugnehmen auf 3 beinhaltet ein Zahn 20 einen Kern 30 und einen Körper 25, der positioniert ist um den Kern 30 einzuschließen. Der Körper 25 ist aus einem ersten Metall gemacht. Der Kern 30 erstreckt sich innerhalb des Zahns 20 zu dem Spitzen-Ende 21. Der Kern 30 erstreckt sich entlang eines Korn-Verlaufs 25F in dem Körper 25. Der Kern 30 erreicht das Spitzen-Ende 21. Als das erste Metall, das den Körper 25 bildet, kann zum Beispiel Stahl verwendet werden. Mehr im Speziellen, für das erste Metall kann, zum Beispiel, Kohlenstoff-Stahl für Maschinen-Struktur-Anwendung oder legierter Stahl für Maschinen-Struktur-Anwendung, der in JIS Standard spezifiziert ist (zum Beispiel S45C oder SCM435, sowie Mangan-Stahl (SMn), Chrom-Stahl (SCr), oder Chrom-Molybdän-Stahl (SCM), der einen äquivalenten Betrag von Kohlenstoff beinhaltet) angewendet werden. Der Kern 30 ist höher in Verschleiß-Festigkeit als der Körper 25.
4 zeigt in einer vergrößerten Ansicht, einen Übergang und dessen Umgebung zwischen dem Körper 25 und dem Kern 30 in 3. Bezugnehmend auf 4 beinhaltet der Kern 30 eine Matrix 31, gemacht aus einem zweiten Metall, erste Hart-Partikel 32, verteilt in der Matrix 31, und eine Hart-Struktur 33, die höher in der Härte ist als die Matrix 31 und sich von den zugehörigen ersten Hart-Partikeln 32, in einer Richtung entlang des Korn-Verlaufs 25F, in dem Körper 25 erstreckt.
Für das zweite Metall, das die Matrix 31 bestimmt, kann zum Beispiel Stahl angewendet werden. Mehr im Speziellen kann für das zweite Metall zum Beispiel Kohlenstoff-Stahl für die Maschinen-Struktur-Anwendung oder legierter Stahl für die Maschinen-Struktur-Anwendung, der in JIS Standard spezifiziert ist (zum Beispiel S45C oder SCM435, sowie SMn, SCr, oder SCM, der einen äquivalenten Betrag von Kohlenstoff enthält) angewendet werden. Die Matrix 31 ist zum Beispiel ein gesinterter Körper, der erhalten ist, wenn Pulver von dem obigen Stahl gesintert ist.
Die ersten Hart-Partikel 32 sind vorzugsweise höher in der Härte als der Körper 25. Die ersten Hart-Partikel 32 sind vorzugsweise höher in Härte als die Matrix 31. Beispiele von Materialien, die als das Material angewendet werden können, welche die ersten Hart-Partikel 32 bildet, beinhaltend: Hart-Metall, wie Molybdän-Karbid, Molybdän-Karbon-Nitrid, Tantal-Karbid, Tantal-Karbon-Nitrid, Wolfram-Karbid, Wolfram-Karbon-Nitrid, etc., und Cermet wie Titan-Karbid, Titan-Karbon-Nitrid, Vanadium-Karbid, Vanadium-Karbon-Nitrid, Zirconium-Karbid, Zirconium-Karbon-Nitrid, Chrom-Karbid, Chrom-Karbon-Nitrid etc. Die ersten Hart-Partikel 32 können zum Beispiel einen Partikel-Durchmesser von nicht weniger als 0,02 mm und nicht mehr als 15 mm haben.
Die Hart-Struktur 33 kann ein Element beinhaltet, welche die ersten Hart-Partikel 32 festlegt. Die Hart-Struktur 33 ist zum Beispiel aus einem Material gemacht, dem Wolfram oder ein anderes Element, das die ersten Hart-Partikel 32 bestimmt, zu dem zweiten Metall, dass die Matrix 31 festlegt, zugefügt ist. Die Hart-Struktur 33 ist zum Beispiel ausgebildet, wenn die Elemente, eluiert von den ersten Hart-Partikeln 32, durch Schmieden in einer Richtung entlang des Korn-Verlaufs 25F in dem Körper 25 verlängert sind.
In dem Zahn 20 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist hohe Verschleiß-Festigkeit durch das Vorhandensein des Kerns 30, welcher die ersten Hart-Partikel 32 beinhaltet, eingesetzt. Der Kern 30 ist nicht aus einem einzigen Material gemacht, sondern beinhaltet die Matrix 31 und die ersten Hart-Partikel 32. Wenn die Matrix 31 aus einem Material gemacht ist, für das erwartet ist, dass es gute Adhäsion mit dem Körper 25 bietet, zum Beispiel ein Material, das einen linear Expansions-Koeffizient, nahe zu dem des Materials, das den Körper 25 bildet, hat, dann kann der daraus folgende Kern 30 Adhäsion zwischen dem Kern 30 und dem Körper 25 verbessern, während hohe Verschleiß-Festigkeit durch die ersten Hart-Partikel 32 sichergestellt ist. Das erste Metall, das den Körper 25 bildet, und das zweite Metall, das die Matrix 31 des Kerns 30 bildet, können das gleiche Metall (Stahl) sein. Das Vorhandensein der Hart-Struktur 33 in dem Kern 30, die sich entlang des Korn-Verlaufs 25F in dem Körper 25 erstreckt, verbessert weiter die Verschleiß-Festigkeit des Kerns 30 ohne die Adhäsion zwischen dem Kern 30 und dem Körper 25 zu beeinträchtigen.
Wie oben erläutert ist der Zahn 20 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine verschleißfeste Komponente, die erhebliche Verbesserung der Verschleiß-Festigkeit bietet, während gute Adhäsion zwischen dem Kern 30 und dem Körper 25 sichergestellt ist.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Zahns 20, der eine verschleißfeste Komponente in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wird nun mit Bezug auf die 5 bis 7 beschrieben. 5 ist ein Fluss-Diagramm, das schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Zahns darstellt. 6 und 7 sind schematische Querschnitts-Ansichten, die das Zahn-Herstellungs-Verfahren darstellen.
Bezugnehmend auf 5 ist in dem Verfahren zur Herstellung eines Zahns 20 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zuerst ein Körper-Material-Vorbereitungs-Schritt als ein Schritt S10 ausgeführt. In diesem Schritt S10, bezugnehmend auf 6, ist ein Basis-Element 50, das ein Körper-Material ist, das ein Körper 25 des Zahns 20 sein soll, vorgesehen. Das Basis-Element 50 ist aus einem ersten Metall gemacht. Das Basis-Element 50 ist in einer zylindrischen Form. Das Basis-Element 50 hat eine zylindrische Form, die eine End-Fläche 52, eine andere End-Fläche 53, und eine Seiten-Fläche 51, welche die eine End-Fläche 52 und die andere End-Fläche 53 verbindet, beinhaltet. Ein erster abgeschrägter Abschnitt 52A ist in einem Bereich, in dem die eine End-Fläche 52 und die Seiten-Fläche 51 verbunden sind, ausgebildet. Ein zweiter abgeschrägter Abschnitt 53A ist in einem Bereich, in dem die andere End-Fläche 53 und die Seiten-Fläche 51 verbunden sind, ausgebildet.
Das Basis-Element 50 hat eine Ausnehmung 54 darin ausgebildet, die eine hohle Vertiefung ist, die sich an der einen End-Fläche 52 öffnet, und in eine Axial-Richtung (von der einen End-Fläche 52 zu der anderen End-Fläche 52) erstreckt. Diese Ausnehmung 54 hat zum Beispiel eine zylindrische Form. Bezugnehmend auf 6 und 3 entspricht die eine End-Fläche-52-Seite des Basis-Elements 50 der Spitzen-Ende-21-Seite des Zahns 20 und die andere End-Fläche-53-Seite des Basis-Elements 50 entspricht Nah-Ende-22-Seite des Zahns 20.
Als Nächstes, Bezugnehmend auf 5, wird ein Ausgangs-Pulver-Füll-Schritt als ein Schritt S20 ausgeführt. In diesem Schritt S20, bezugnehmend auf 7, ist die Ausnehmung 54 des Basis-Elements 50, vorgesehen in dem Schritt S10, mit Ausgangs-Pulver 55 gefüllt, um der Kern 30 zu sein. Die Ausgangs-Pulver 55 sind als eine Mischung von Pulver des zweiten Metalls und der ersten Hart-Partikel in die Ausnehmung 54 gefüllt. Für die ersten Hart-Partikel, kann zum Beispiel Pulver von Hartmetall angewendet werden.
Für das Pulver des zweiten Materials kann niedrig-legiertes Stahl-Pulver, Hoch-Geschwindigkeits-Stahl-Pulver, Werkzeug-Stahl-Pulver, nicht-rostendes Stahl-Pulver, superlegiertes Pulver, oder Lager-Stahl-Pulver angewendet werden. Das niedrig-legierte Stahl-Pulver kann ein legiertes Stahl-Pulver (oder eisenbasiertes legiertes Pulver) sein, das zum Beispiel nicht weniger als 0,1 Masse% und nicht mehr als 0,3 Masse% Magnesium, nicht weniger als 1,7 Masse% und nicht mehr als 2,2 Masse% Nickel, nicht weniger als 0,4 Masse% und nicht mehr als 0,8 Masse% Molybdän, und das Verbleibende wird aufgefüllt mit Eisen und unvermeidlichen Verunreinigungen, beinhaltet, oder es kann Pulver von Legierungs-Stahl von Maschinen-Struktur-Anwendungen wie JIS SCM435 sein. Das Pulver des zweiten Metalls kann eines von den oben genannten Typen von Pulver sein oder kann eine Mischung von zwei oder mehr Typen von Pulvern sein, ausgewählt aus der Gruppe von den oben genannten Typen von Pulver.
Das Pulver des zweiten Metalls kann Graphit-Pulver darin zugefügt haben. In diesem Fall, in dem das oben beschriebene legierte Stahl-Pulver (oder eisenbasierte legierte Pulver) als das Pulver für das zweite Metall angewendet ist, kann Graphit-Pulver, im Verhältnis von ungefähr 0,45 Masse%, zum Beispiel von dem Standpunkt der Verleihung von ausreichender Härte zu der Matrix 31 dazu gefügt werden. Zu dem Pulver von dem zweiten Metall kann zum Beispiel ebenso ein Schmiermittel in dem Verhältnis von ungefähr 1,05 Masse% zugeführt werden. Für das Schmiermittel kann zum Beispiel Wachs oder Spindelöl angewendet werden. Das Pulver des zweiten Metalls und die ersten Hart-Partikel könne zum Beispiel in einem Verhältnis der Masse von 70 : 30 gemixt sein.
Als Nächstes, bezugnehmend auf 5, ist ein Press-Schritt als ein Schritt S30 ausgeführt. In diesem Schritt S30, bezugnehmend auf 7, sind Ausgangs-Pulver 55, eingefüllt in die Ausnehmung 54 in dem Schritt S20, durch Pressen verdichtet. Obwohl dieser Schritt S30 nicht ein unerlässlicher Schritt ist, kann dieser, wenn durchgeführt, Poren in dem Ausgangs-Pulver 55 reduzieren. In dem Schritt S30 kann das Ausgangs-Pulver 55 unter den Bedingungen von nicht weniger als 400 kg/cm² und nicht mehr als 6000 kg/cm² (mit 5000 kg/cm² zum Beispiel) komprimiert werden.
Als Nächstes, bezugnehmend auf 5, ist ein Sinter-Schritt als ein Schritt S40 ausgeführt. In diesem Schritt S40, bezugnehmend auf 7, sind die Ausgangs-Pulver 55 in der Ausnehmung 54, die in dem Schritt S30 gepresst worden sind, gesintert. Insbesondere, sind zum Beispiel die Ausgangs-Pulver 55, eingefüllt in der Ausnehmung 54 des Basis-Elements 50, auf eine Temperatur von nicht niedriger als 1100° C und nicht höher als 1300° C (auf 1200° C zum Beispiel), in einer Atmosphäre von AX-Gas (Ammonium Cracking Gas) oder in einem Vakuum, zum sintern erhitzt. Obwohl dieser Schritt S40 nicht ein unerlässlicher Schritt ist, können, wenn durchgeführt, die Ausgangs-Pulver 55 zuverlässig gesintert werden.
Als Nächstes ist ein Heiß-Schmiede-Schritt als ein Schritt S50 ausgeführt. In diesem Schritt S50 ist das Basis-Element 50, mit den Ausgangs-Pulvern 55 in der Ausnehmung 54, gesintert im Schritt S40, heiß-geschmiedet. Bezugnehmend auf die 7 und 3 ist das Basis-Element 50, mit den Ausgangs-Pulvern 55 in der Ausnehmung 54 gesintert, auf eine Temperatur, welche heiß-schmieden ermöglicht, erhitzt, in einem Gesenk platziert, welches eine Vertiefung entsprechend zu einer gewünschten Form des Zahns 20 hat, und dann geschmiedet. Als ein Ergebnis des Heiß-Schmiedens werden die Ausgangs-Pulver 55 ein Kern 30. Als ein Ergebnis des Heiß-Schmiedens wird das Basis-Element 50 ein Körper 25. Auch wenn der obige Schritt S40 weggelassen ist, kann der Schritt S50 ausgeführt werden unter der Bedingung, das Sintern der Ausgangs-Pulver 55 gestattetet ist, so dass die Ausgangs-Pulver 55 gesintert sind, um der Kern 30 zu werden. In der oben beschriebenen Weise ist der Zahn 20, der die Struktur, gezeigt in 3, hat, erhalten.
Als Nächstes, bezugnehmend auf 5, ist ein Wärme-Behandlungs-Schritt als ein Schritt S60 ausgeführt. In diesem Schritt S60 ist das Basis-Element 50 das in dem Schritt S50 heiß-geschmiedet ist, einer Wärme-Behandlung ausgesetzt. Die Wärme-Behandlung, ausgeführt in dem Schritt S60, ist zum Beispiel Anlassen und Tempern. Dies verleiht dem Körper 25 des Zahns 20 geeignete Härte und Zähigkeit. Durch die obige Prozedur ist der Zahn 20 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vervollständigt.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Ein Zahn als eine verschleißfeste Komponente in einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. 8 ist eine schematische Querschnitts-Ansicht, welche die Struktur von einem Zahn in dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. 8 ist eine Querschnitts-Ansicht entsprechend zu 3, welche die Struktur des Zahns in dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
Bezugnehmend auf 8 und 3 hat der Zahn 20 in dem zweiten Ausführungsbeispiel grundsätzlich die gleiche Struktur wie die in dem ersten Ausführungsbeispiel und schafft vergleichbare Effekte wie die des ersten Ausführungsbeispiels. Der Zahn 20 in dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in dem ersten Ausführungsbeispiel, indem dass er eine Deck-Schicht, die an der Oberfläche ausgebildet ist, hat.
Bezugnehmend auf 8 beinhaltet der Zahn 20 in dem zweiten Ausführungsbeispiel einen Kern 30, einen Körper 25, gemacht aus einem ersten Metall, und positioniert um den Kern 30 einzuschließen, und eine Deck-Schicht 27, positioniert in Kontakt mit dem Körper 25, um einen abgedeckten Bereich 25A, der einen Teil von einer Oberfläche des Körpers 25 ist, abzudecken. In einem Deck-Schicht-Kanten-Abschnitt 29, entsprechend zu einer Grenze zwischen dem abgedeckten Bereich 25A und einem freigelegten Bereich 25B, der ein Bereich ist anders als der abgedeckte Bereich 25A, an der Oberfläche des Körpers 25, sind der abgedeckte Bereich 25B und eine Oberfläche 27A der Deck-Schicht 27 bündig mit einander, um eine geschmiedete Fläche zu bilden. Die Oberfläche 27A der Deck-Schicht 27 ist insgesamt die geschmiedete Fläche. Die Deck-Schicht 27 hat eine höhere Verschleiß-Festigkeit (Erde und Sand Abrieb-Festigkeit) als der Körper 25.
Bezugnehmend auf 8 hat der Zahn 20 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht nur den Kern 30, der eine hohe Verschleiß-Festigkeit wie in dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt, sondern es ist ebenso die Deck-Schicht 27, die eine hohe Verschleiß-Festigkeit zeigt. Als ein Ergebnis zeigt der Zahn 20 in dem zweiten Ausführungsbeispiel weiterhin hohe Verschleiß-Festigkeit. Weiterhin sind der freigelegte Bereich 25B und die Oberfläche 27A der Deck-Schicht 27 in dem Deck-Schicht-Kanten-Abschnitt 29 bündig mit einander. Dies kann eine Erhöhung im Eindring-Widerstand (Widerstand, wenn der Zahn 20 in Erde oder Sand oder dergleichen eindringt) verhindern, die andererseits durch eine Stufe in dem Deck-Schicht-Kanten-Abschnitt 29 bewirkt würde. Mit dem Deck-Schicht-Kanten-Abschnitt 29, beinhaltet in der geschmiedeten Fläche, kann der Bearbeitungs-Schritt wie ein Schneiden, um den freigelegten Bereich 25 und die Oberfläche 27A der Deck-Schicht 27 bündig mit einander zu machen, weggelassen werden. In konsequenter Weise kann die Bearbeitung an dem Deck-Schicht-Kanten-Abschnitt 29, an welchem der Unterschied in der Härte groß ist, und die Bearbeitung an der Deck-Schicht 27, die hoch in der Härte ist, vermieden werden.
Wie oben erläutert, gemäß dem Zahn 20 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es möglich eine exzellente Verschleiß-Festigkeit zu erreichen, während eine Erhöhung in dem Eindring-Widerstand, zuordenbar zu der Bildung der Deck-Schicht 27, verhindert ist. Weiterhin kann eine Deck-Schicht an dem Basis-Element ausgebildet sein, und danach kann Schmieden durchgeführt werden, um einen Bereich zu formen, der das Spitzen-Ende 21 beinhaltet. Indem dies durchgeführt wird, kann der Bereich, der das Spitzen-Ende 21 beinhaltet, ohne Weiteres mit der Deck-Schicht 27 abgedeckt werden, wie in 8 gezeigt, und ein Zahn 20, welcher hohe Verschleiß-Festigkeit hat, kann erhalten werden. Der Kern 30 erstreckt sich entlang dem Korn-Verlauf 25F in dem Körper 25 zu dem Spitzen-Ende 21. Der Kern 30 erreicht das Spitzen-Ende 21 (oder die Deck-Schicht 27, welche das Spitzen-Ende 21 abdeckt).
Die Struktur der Deck-Schicht 27 wird nun beschrieben. 9 ist eine schematische Querschnitts-Ansicht, welche die Struktur einer Deck-Schicht in der Umgebung von dessen Oberfläche zeigt. 10 ist eine schematische Querschnitts-Ansicht, welche die Struktur an und um einen Übergang zwischen der Deck-Schicht und einen Körper zeigt. Bezugnehmend auf 9 und 10 beinhaltet die Deck-Schicht 27 eine Basis-Matrix 95, die aus einem dritten Metall gemacht ist, und zweite Hart-Partikel 91, verteilt in der Basis-Matrix 95. Das dritte Metall, das die Basis-Matrix 95 bildet, kann zum Beispiel eine Mischung aus einem Metall, entnommen von einem Schweiß-Draht und dem ersten Metall, das den Körper 25 bildet. Als die zweiten Hart-Partikel 91 können Partikel, die eine höhere Härte als die Basis-Matrix 95 haben, angewendet werden. Beispiele von solchen Partikeln beinhalten: Hart-Metalle wie Molybdän-Karbid, Molybdän-Karbon-Nitrid, Tantal-Karbid, Tantal-Karbon-Nitrid, Wolfram-Karbid, Wolfram-Karbon-Nitrid, etc., sowie Cermet wie Titan-Karbid, Titan-Karbon-Nitrid, Vanadium-Karbid, Vanadium-Karbon-Nitrid, Zirconium-Karbid, Zirconium-Karbon-Nitrid, Chrom-Karbid, Chrom-Karbon-Nitrid, etc. Die zweiten Hart-Partikel 91 haben vorzugsweise höhere Härte als der Körper 25. Die zweiten Hart-Partikel 91 haben einen Partikel-Durchmesser von zum Beispiel nicht weniger als 0,02 mm und nicht mehr als 9 mm, und vorzugsweise nicht weniger als 0,2 mm und nicht mehr als 9 mm.
Bezugnehmend auf 9 ist die Oberfläche 27A der Deck-Schicht 27 eine geschmiedete Fläche. Die zweiten Hart-Partikel 91, die in dem Deck-Schicht-Oberflächen-Bereich 27B angeordnet sind, der ein Bereich ist, in dem durchschnittlichen Partikel-Durchmesser von den zweiten Hart-Partikeln 91 von der Oberfläche 27A der Deck-Schicht 27 Seite an Seite angeordnet sind, während diese in der Deck-Schicht 27 eingebettet sind. Dies verhindert, dass die zweiten Hart-Partikel 91 angeordnet sind, indem sie feststellbar von der Oberfläche 27A der Deck-Schicht 27 vorstehen. Dies verhindert in konsequenter Weise, dass die zweiten Hart-Partikel 91 während der Verwendung von dem Zahn 20 herausfallen und dadurch wird verbesserte Verschleiß-Festigkeit des Zahns 20 umgesetzt.
Die zweiten Hart-Partikel 91, die in dem Deck-Schicht-Oberflächen-Bereich 27B angeordnet sind, können in Kontakt mit der Oberfläche 27A der Deck-Schicht 27 angeordnet sein, wie in 9 gezeigt. Dadurch wird der Bereich der zweiten Hart-Partikel 91, freigelegt von der Oberfläche 27 der Deck-Schicht 27, klein, wodurch verhindert wird, dass die zweiten Hart-Partikel 91 herausfallen.
Ein zweiter Hart-Partikel 91, der einen Bereich hat, freigelegt von der Oberfläche 27A von der Deck-Schicht 27, hat vorzugsweise einen spitzen Zentral-Winkel θ (von weniger als 90°), entsprechend zu dem des freigelegten Bereichs. Dadurch wird der Bereich des zweiten Hart-Partikels 91, der von der Oberfläche 27A der Deck-Schicht 27 freigelegt ist, klein, wodurch verhindert wird, dass der zweite Hart-Partikel 91 herausfällt.
Bezugnehmend auf 10, in einen Bereich, der einen Übergang zwischen der Deck-Schicht 27 und dem Körper 25 beinhaltet, beinhaltet die Deck-Schicht 27 Vorsprünge 99, die zu dem Körper 25 vorspringen. Diese Vorsprünge 99 schaffen einen Anker-Effekt, um zu verhindern, dass die Deck-Schicht 27 von dem Körper 25 herabfällt. Ein Vorsprung 99 nimmt zumindest einen Teil von einem zweiten Hart-Partikel 91 auf. Dieses verhindert zuverlässiger, dass die Deck-Schicht 27 von dem Körper 25 herabfällt. Es besteht die Basis-Matrix 95 der Deck-Schicht 27 zwischen dem Körper 25 und dem zweiten Hart-Partikel 91, aufgenommen in dem Vorsprung 99. Der zweite Hart-Partikel 81, aufgenommen in dem Vorsprung 99, ist nicht in Kontakt mit dem Körper 25. Der zweite Hart-Partikel 91 hat seine Mitte außerhalb des Vorsprungs 99 angeordnet (das heisst, ein Teil von dem zweiten Hart-Partikel 91 hat ein Volumen, weniger als eine Hälfte desselben, ist in dem Vorsprung 99 aufgenommen). Ein zweiter Hart-Partikel 91 ist in einem Vorsprung 99 aufgenommen. Jeder Vorsprung 99 hat eine Tiefe, die kleiner ist als der Radius des zweiten Hart-Partikels 91, der in dem Vorsprung 99 aufgenommen ist.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Zahns 20, der die verschleißfeste Komponente in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, wird nun mit Bezug auf die 11 bis 13 beschrieben. 11 ist ein Fluss-Diagramm, das schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Zahns darstellt. 12 ist eine schematische Querschnitts-Ansicht, welche das Zahn-Herstellungs-Verfahren darstellt. 13 ist eine schematische Querschnitts-Ansicht, die ein Verfahren zum Ausbilden einer Deck-Schicht darstellt.
Das Verfahren zur Herstellung eines Zahns 20 in dem zweiten Ausführungsbeispiel ist grundsätzlich in einer Prozedur, vergleichbar zu der des Verfahrens zur Herstellung eines Zahns 20 in dem ersten Ausführungsbeispiel. Bezugnehmend auf 11, in dem Verfahren zur Herstellung eines Zahns 20 in dem zweiten Ausführungsbeispiel sind zuerst die Schritt S10 bis S40 in vergleichbarer Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt. Als ein Ergebnis, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, ist ein Basis-Element 50 mit Ausgangs-Pulvern 55, gesintert in der Ausnehmung 54, erhalten (siehe 7).
Als Nächstes ist ein Deck-Schicht-Ausbildungs-Schritt als ein Schritt S45 ausgeführt. In diesem Schritt S45, bezugnehmend auf 7 und 12, ist eine Deck-Schicht 60 in Kontakt mit einem abgedeckten Bereich 51A, der ein Teil von einer Oberfläche des Basis-Elements 50, mit den Ausgangs-Pulvern 55, gesintert in der Ausnehmung 54 im Schritt S40, ausgebildet, um den abgedeckten Bereich 51A abzudecken. Die Deck-Schicht 60 ist ausgebildet, so dass diese einen geeigneten Bereich des Körpers 25 abdeckt, wenn nachfolgend Heiß-Schmieden ausgeführt wird. Der abgedeckte Bereich 51A kann im vornherein zum Beispiel durch eine Simulation des Heiß-Schmiedens unter Verwendung einer finiten Elementmethode bestimmt werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, bezugnehmend auf 12, ist die Deck-Schicht 60 ausgebildet, um die eine End-Fläche-52-Seite von der Seiten-Fläche 51, den ersten abgeschrägten Abschnitt 52A und die eine End-Fläche 52 abzudecken.
Die Deck-Schicht 60 kann zum Beispiel durch Auftrags-Schweißen unter Verwendung von CO2-Bogenschweißen, wie nachfolgend beschrieben, ausgebildet sein. Zuerst wird eine Deck-Schicht-Ausbildungs-Vorrichtung beschrieben. Bezugnehmend auf 13, beinhaltet die Deck-Schicht-Ausbildungs-Vorrichtung einen Schweiß-Brenner 70 und eine Hart-Partikel-Zufuhr-Düse 80. Der Schweiß-Brenner 70 beinhaltet eine Schweiß-Düse 71, die eine hohle zylindrische Form, und eine Kontakt-Spitze 72, positioniert innerhalb der Schweiß-Düse 71, und verbunden mit einer Leistungs-Quelle (nicht gezeigt), hat. Ein Schweiß-Draht 73 ist, während er in Kontakt mit der Kontakt-Spitze 72 ist, kontinuierlich zu der Spitzen-End-Seite der Schweiß-Düse 71 zugeführt. Für den Schweiß-Draht 73 wird zum Beispiel JIS YGW12 angewendet. Ein Spalt zwischen der Schweiß-Düse 71 und der Kontakt-Spitze 72 ist ein Strömungs-Pfad von Abschirm-Gas. Das Abschirm-Gas, das durch den Strömungs-Pfad strömt, ist von dem Spitzen-Ende der Schweiß-Düse 71 abgegeben. Die Hart-Partikel-Zufuhr-Düse 80 hat eine hohle zylindrische Form. Innerhalb der Hart-Partikel-Zufuhr-Düse 80 sind zweite Hart-Partikel 91 zugeführt, die von dem Spitzen-Ende von der Hart-Partikel-Zufuhr-Düse 80 abgegeben werden.
Diese Deck-Schicht-Ausbildungs-Vorrichtung kann verwendet werden, um eine Deck-Schicht 60 in der folgenden Prozedur auszubilden. Mit einem Basis-Element 50 als eine Elektrode und dem Schweiß-Draht 73 als eine andere Elektrode, ist Spannung über das Basis-Element 50 und dem Schweiß-Draht 73 aufgebracht. Dies erzeugt einen Bogen 74 zwischen dem Schweiß-Draht 73 und dem Basis-Element 50. Der Bogen 74 ist durch das Abschirm-Gas, das von dem Spitzen-Ende von der Schweiß-Düse 71 entlang der Pfeile β abgegeben wird, von der Umgebungs-Luft abgeschirmt. Für dieses Abschirm-Gas kann zum Beispiel Kohlen-Dioxid angewendet werden. Die Hitze in dem Bogen 74 schmelzt einen Teil des Basis-Elements 50 und schmelzt ebenso das Spitzen-Ende des Schweiß-Drahts 73. Das Spitzen-Ende des Schweiß-Drahts 73, das so geschmolzen ist, formt Tropfen, die in den Schmelz-Bereich des Basis-Elements 50 übertragen werden. Dies bildet ein Schmelz-Bad 92, das ein flüssiger Bereich ist, in dem das geschmolzene Basis-Element 50 und der geschmolzene Schweiß-Draht 73 zusammengemischt werden. Die zweiten Hart-Partikel 91, die von der Hart-Partikel-Zufuhr-Düse 80 abgegeben sind, sind in dieses Schmelz-Bad 92 zugeführt.
Wenn sich der Schweiß-Brenner 70 und die Hart-Partikel-Zufuhr-Düse 80, welche die Deck-Schicht-Schweiß-Vorrichtung bestimmen, relativ in der Richtung, gezeigt durch den Pfeil a, mit Bezug auf das Basis-Element 50 bewegen, bewegt sich die Position, in der das Schmelz-Bad 92 ausgebildet, ist entsprechend. Das Schmelz-Bad, das vorher gebildet ist, erstarrt und führt zu einer Deck-Schicht 60. Die Deck-Schicht 60 beinhaltet eine Basis-Matrix 95, die durch Erstarren des Schmelz-Bads 92 ausgebildet ist, und zweite Hart-Partikel 91, verteilt in der Basis-Matrix 95. Durch die obige Prozedur ist die Deck-Schicht 60 ausgebildet, um den abgedeckten Bereich 51A an der Oberfläche des Basis-Elements 50 auszubilden. Die Oberfläche des Basis-Elements 50, an der keine Deck-Schicht 60 ausgebildet worden ist, ist der freigelegte Bereich 51B. Bezugnehmend auf 12 ist eine Grenze zwischen dem abgedeckten Bereich 51A und dem freigelegten Bereich 51B ein Deck-Schicht-Kanten-Abschnitt 59. Es ist festzustellen, dass das Auftrags-Schweißen zum Beispiel unter folgenden Bedingungen ausgeführt werden kann: Schweiß-Strom von 230 A, Schweiß-Spannung von 17 V, Hart-Partikel-Zufuhr-Rate von 110 g/min, Überstands-Höhe der Schweißraupe von 4mm. Für den Schweiß-Draht kann JIS YGW11 angewendet werden. Für die zweiten Hart-Partikel kann Wolfram-Karbid (zum Beispiel WC-oder W₂C-basiert) Partikel angewendet werden.
Die Beschreibung, die oben gegeben worden ist, bezieht sich auf den Fall, in dem die Deck-Schicht 60 durch CO2 Bogen-Schweißen ausgebildet ist, während dessen der Schweiß-Draht, der das Material, dass das dritte Metall bestimmt, zugeführt ist. Alternativ kann die Deck-Schicht 60 durch Plasma-Transfer-Bogen-(PTA)-Schweißen oder LaserSchweißen ausgebildet werden, die Auftrags-Schweiß-Verfahren sind, während derer Pulver das Material beinhaltet, welches das dritte Metall bestimmt, anstelle des Schweiß-Drahts zugeführt sind.
Als Nächstes ist der Heiß-Schmiede-Schritt als der Schritt S50 ausgeführt. In dem Schritt S50 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, ist das Basis-Element 50 mit der Deck-Schicht 60, ausgebildet im Schritt S45, heiß-geschmiedet. Bezugnehmend auf 12 und 8, ist das Basis-Element, das mit der Deck-Schicht 60 ausgebildet ist, heiß-geschmiedet, vergleichbar wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Mit diesem Heiß-Schmieden ist ein Bereich des Basis-Elements 50, der den Deck-Schicht-Kanten-Abschnitt 59 beinhaltet, bearbeitet. Als ein Ergebnis von dem Heiß-Schmieden wird der Deck-Schicht-Kanten-Abschnitt 59 ein Deck-Schicht-Kanten-Abschnitt 29. Mit dem Deck-Schicht-Kanten-Abschnitt 59, bearbeitet durch das Heiß-Schmieden, ist ein Zahn 20 erhalten, der den freigelegten Bereich 25B und die Oberfläche 27A der Deck-Schicht 27, bündig zu einander in dem Deck-Schicht-Kanten-Abschnitt 29, hat. In dem Deck-Schicht-Kanten-Abschnitt 29 bilden der freigelegte Bereich 25B und die Oberfläche 27A der Deck-Schicht 27 eine bündig geschmiedete Oberfläche, entsprechend zu dem Bereich der Oberfläche des Gesenks, das in dem Heiß-Schmieden verwendet ist, in welchem der Deck-Schicht-Kanten-Abschnitt 59 bearbeitet ist. In dem Deck-Schicht-Kanten-Abschnitt 29 bilden der freigelegte Bereich 25B und die Oberfläche 27A der Deck-Schicht 27 eine kontinuierliche Fläche entsprechend der Form des Gesenks zum Schmieden. Der Deck-Schicht-Kanten-Abschnitt 29 ist in der geschmiedeten Fläche beinhaltet.
Bezugnehmend auf 13 und 9, in dem das Basis-Element 50, das die Deck-Schicht 60 daran ausgebildet hat, heiß-geschmiedet ist, sind die zweiten Hart-Partikel 91, die von einer Fläche von der Deck-Schicht 60, zu dem Zeitpunkt der Ausbildung der Deck-Schicht 60, vorstehen, in die Deck-Schicht 60 gepresst. Als ein Ergebnis, in dem Zahn 20 sind die zweiten Hart-Partikel 91, die in dem Deck-Schicht-Oberflächen-Bereich 27B positioniert sind, angeordnet um die Oberfläche 27A der Deck-Schicht 27 zu kontaktieren (siehe 9). Von diesen zweiten Hart-Partikel 91, die in dem Deck-Schicht-Oberflächen-Bereich 27B positioniert sind, haben jede zweite Hart-Partikel 91, die einen Bereich, freigelegt von der Oberfläche 27A der Deck-Schicht 27, haben, eine Spitzen-Zentral-Winkel θ (von weniger als 90°), entsprechend zu dem freigelegten Bereich. Dies verhindert, dass die zweiten Hart-Partikel 91 während der Verwendung des Zahns 20 herabfallen, wodurch verbesserte Verschleiß-Festigkeit des Zahns 20 eingesetzt ist.
Bezugnehmend auf 13 und 10, dadurch, dass das Basis-Element 50, das die Deck-Schicht 60 daran ausgebildet hat, heißgeschmiedet ist, sind in dem Zahn 20 Vorsprünge 99 in der Deck-Schicht 27 ausgebildet, in der Konsequenz der zweiten Hart-Partikel 91, die in der Umgebung des Übergangs zwischen der Deck-Schicht 60 und dem Basis-Element 50, zu dem Zeitpunkt des Bildens der Deck-Schicht 60, angeordnet sind. In einem Vorsprung 99 ist zumindest ein Teil von einem zugehörigen zweiten Hart-Partikel 91 aufgenommen. Die obigen Prozesse bildet gleichzeitig den Oberflächen-Bereich der Deck-Schicht 27, der hervorragend in Verschleiß-Festigkeit ist, mit den zweiten Hart-Partikel 91 angeordnet in Kontakt mit der Oberfläche 27A, und den Vorsprüngen 99, welche verhindern, dass die Deck-Schicht 27 von dem Körper 25 abfällt. Nachfolgend ist ein Wärme-Behandlungs-Schritt als der Schritt S60, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt. Durch die obige Prozedur ist der Zahn 20 in dem Ausführungsbeispiel vervollständigt.
In dem Verschleißfeste-Komponente-Herstellungs-Verfahren in dem obigen Ausführungsbeispiel, wenn die Deck-Schicht an dem Basis-Element ausgebildet ist, kann ein Oberflächen-Abschnitt von diesem Basis-Element entsprechend zu dem Bereich von dem Basis-Element an, die Deck-Schicht auszubilden ist, im vorneherein entfernt werden, oder, ein Hinterschneide-Abschnitt kann in dem Basis-Element vor der Ausbildung der Deck-Schicht ausgebildet werden. Dies reduziert den Verformungs-Betrag der Deck-Schicht zum Zeitpunkt des Schmiedens, wodurch zum Beispiel Auffalten der geschmiedeten Deck-Schicht verhindert wird.
Beispiele
Ein Zahn 20 ist produziert worden, in einer vergleichbaren Prozedur wie das Herstellungs-Verfahren, beschrieben in dem zweiten Ausführungsbeispiel, und ein Test durchgeführt worden, um die Struktur des Kerns 30 und der Deck-Schicht 27 zu prüfen.
14 ist eine Fotografie, die einen Querschnitt eines Zahns 20 in der Umgebung von dessen Spitzen-Ende 21 zeigt. Bezugnehmend auf 14, der Zahn 20, der so erhalten ist, beinhaltet den Kern 30, der erste Hart-Partikel, verteilt in der Matrix, hat, den Körper 25, der den Kern 30 einschließt, und die Deck-Schicht 27, welche die zweiten Hart-Partikel in der Basis-Matrix hat, und den abgedeckten Bereich des Körpers 25 abdeckt. Es ist somit bestätigt, dass der Zahn 20 in dem zweiten Ausführungsbeispiel durch das Herstellungs-Verfahren in dem zweiten Ausführungsbeispiel hergestellt werden kann. Keine offensichtliche Defekte wie Brüche sind zwischen dem Kern 30 und dem Körper 25 und zwischen der Deck-Schicht 27 und dem Körper 25 erkannt.
15 ist ein optisches Gefüge-Bild, das durch ein Hereinzoomen des Kerns 30 des Zahns 20 erhalten wird. Vor der Betrachtung und Darstellung wurde der Kern 30 durch Verwendung eines Ätzmittels geätzt. Bezugnehmend auf 15 ist es bestätigt, dass der Kern 30 die Matrix 31, die ersten Hart-Partikel 32, verteilt in der Matrix, und die Hart-Strukturen 33, die sich von den ersten Hart-Partikeln 32 erstrecken, beinhaltet. Die Hart-Strukturen 33 erstrecken sich entlang des Korn-Verlaufs in dem Körper.
16 ist ein optisches Gefüge-Bild, das durch weiteres Hineinzoomen in einen Übergang und dessen Umgebung zwischen den ersten Hart-Partikeln 32 und der Matrix 31 erhalten ist. Bezugnehmend auf 16 ist es bestätigt, dass die Hart-Struktur 33 kein hohler Raum ist, sondern die Struktur tief geätzt ist, wenn mit der benachbarten Struktur (oder der Struktur beeiflussbar durch das Ätzen, wenn verglichen mit der benachbarten Struktur) verglichen.
Zur Ermittlung der Härte der Hart-Struktur 33 wurde die Verteilung der Härte in einer Richtung, senkrecht zu der Richtung der Erstreckung der Hart-Struktur 33, gemessen. Zum Messen der Härte wurde ein Mikro-Vickers-Härte-Tester verwendet. 17 zeigt die Härte-Mess-Ergebnisse. In 17 repräsentiert die Horizontal-Achse den Abstand von einer Hart-Struktur 33. In 17 repräsentiert die Vertikal-Achse Härte (Vickers Härte). Der Daten-Punkt in der Mitte auf der Horizontal-Achse, mit dem Abstand von der Hart-Struktur 33, der Null ist, entspricht der Härte der Hart-Struktur 33. Die verbleibenden Daten-Punkte entsprechen der Härte der Matrix 31.
Bezugnehmend auf 17, während die Matrix 31 eine durchschnittliche Härte von 632,7 HV (siehe die Strich-Linie in 17), hat die Hart-Struktur eine Härte, die 800 HV überschreitet. Es ist somit bestätigt, dass die Hart-Struktur 33 eine Struktur ist, die höher in der Härte als die Matrix 31 ist.
Zur Beurteilung der Komponenten-Zusammensetzung der Hart-Struktur 33 wurde ein erster Hart-Partikel 32 und dessen Umgebung, welche die Hart-Struktur 33 beinhaltet, einer Elektronen-Proben-Mikro-Analyse (EPMA) ausgesetzt. 18 zeigt die EPMA-Ergebnisse, welche die Zustände der Verteilung der Elemente in und um den ersten Hart-Partikel anzeigen. Der Name von dem Element oben links von jeder Abbildung in 18 bezeichnet das Element, das in der Abbildung gemessen wurde.
Bezugnehmend auf 18, in der Hart-Struktur 33, sind Wolfram (W), Kohlenstoff (C), Kobalt (Co), Titan (Ti), und Chrom (Cr) stark ermittelt worden. Diese Elemente sind alle in dem Material (Hart-Metalle) beinhaltet, welches die ersten Hart-Partikel 32 bestimmt. Es ist somit bestätigt, dass die Hart-Struktur mit den Elementen gebildet ist, welche die ersten Hart-Partikel 32 in die Matrix 31 eluieren.
19 ist ein optisches Gefüge-Bild einer Oberfläche und dessen Umgebung der Deck-Schicht 27. Bezugnehmend auf 19, in der Deck-Schicht 27, die ausgebildet worden ist und dann durch Schmieden bearbeitet worden ist, sind die zweiten Hart-Partikel 91, die in dem Oberflächen-Bereich positioniert sind, Seite an Seite in dem Zustand angeordnet, in dem sie in der Deck-Schicht (Basis-Matrix 95) eingebettet sind. Die zweiten Hart-Partikel 91 sind im Kontakt mit der Oberfläche 27A der Deck-Schicht 27 ausgerichtet. Von den zweiten Hart-Partikeln 91, die einen Bereich haben, der von der Oberfläche 27A der Deck-Schicht 27 freigelegt ist, ist der Mitten-Winkel θ entsprechend zu dem freigelegten Bereich ein spitzer Winkel (weniger als 90°). Dies ist vermutlich deswegen, da während des Prozesses, in dem die Deck-Schicht 27 durch Schmieden bearbeitet ist, jeder zweite Hart-Partikel 91, der von der Oberfläche 27A der Deck-Schicht 27 vorsteht, in die Basis-Matrix 95, welche relativ niedrige Härte hat, gepresst ist.
20 ist ein optisches Gefüge-Bild eines Übergangs und dessen Umgebung zwischen der Deck-Schicht 27 und dem Körper 25. Bezugnehmend auf 20, in der Deck-Schicht 27, die ausgebildet worden ist und dann durch Schmieden bearbeitet ist, sind in dem Bereich, welcher den Übergang zwischen der Deck-Schicht 27 (Basis-Matrix 95) und dem Körper 25 beinhaltet, Vorsprünge 99 in der Deck-Schicht 27 (Basis-Matrix 95) ausgebildet, die zu dem Körper 25 vorstehen. In jedem Vorsprung 99 ist ein Teil von einem zugehörigen zweiten Hart-Partikel 91 aufgenommen. Es ist vorstellbar, dass die Vorsprünge 99 ausgebildet worden sind, während die Deck-Schicht 27 durch Schmieden bearbeitet wurde, in Konsequenz der zweiten Hart-Partikel 91, die in der Umgebung des Übergangs mit dem Basis-Element vorliegen. Ein zweiter Hart-Partikel 91, der bei der Bildung eines Vorsprungs 99 mitgewirkt hat, hat zumindest einen Teil, der in dem Vorsprung 99 aufgenommen ist.
Während ein Schaufel-Zahn für eine Baumaschine (Hydraulik-Bagger) als ein Beispiel für die verschleißfeste Komponente der vorliegenden Erfindung in den obigen Ausführungsbeispielen und Beispielen beschrieben worden ist, ist die verschleißfeste Komponente gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf einen Schaufel-Zahn beschränkt. Die verschleißfeste Komponente gemäß der vorliegenden Erfindung ist auf verschiedene Komponenten anwendbar, welche Verschleiß-Festigkeit fordern, welche zum Beispiel beinhalten: ein Meisel; eine Bohr-Spitze, eine Ketten-Büchse, ein Zahnrad-Zahn, eine Schuh-Öse, welche ein Ketten-Untergestell einer Baumaschine (wie einen Bulldozer) bestimmt, eine Schaufel, einen Zahn-Adapter, eine Lippe, ein Abdeckblech zwischen Zähnen, ein Eckenschutz für einen Hydraulik-Bagger; eine Schneid-Kante, ein Eck-Messer, Zahn, eine Spalt-Spitze, ein Protektor, eine Trag-Platte, eine Gabel von einer Grund-Eingriffs-Werkzeug-(GET)-Komponente; und einem Kupfer- oder Eisen-Ring einer Müllpresse. Während feste Zähne für einen kleinen Hydraulik-Bagger als der Schaufel-Zahn in dem obigen Ausführungsbeispiel beschrieben worden sind, ist die verschleißfeste Komponente gemäß der vorliegenden Erfindung ebenso auf einen Zahn für einen mittel- oder großen Hydraulik-Bagger anwendbar, mit einem Zahn, der angebracht ist um einen Schaufel-Adapter für die Verwendung abzudecken.
Es ist zu verstehen, dass die Ausführungsbeispiele und Beispiele, die hier offenbart sind, Darstellungen sind, und nicht in irgendeinem Bezug beschränkend sind. Der Umfang der Erfindung ist durch die Begriffe der Ansprüche definiert, eher als die obige Beschreibung, und es ist beabsichtigt, alle Modifikationen in dem Umfang und der Bedeutung von Äquivalente zu den Begriffen der Ansprüche aufzunehmen.
Industrielle Anwendbarkeit
Die verschleißfeste Komponente und dessen Herstellungs-Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung sind insbesondere vorteilhaft auf eine verschleißfeste Komponente, welche die Verbesserung der Verschleiß-Festigkeit fordert, und dessen Herstellungs-Verfahren anwendbar.
Bezugszeichenliste
1: Schaufel; 10: Haupt-Körper; 12: Umfang der Öffnung; 20: Zahn; 21: Spitzen-Ende; 22: Nah-Ende; 25: Körper; 25A: abgedeckter Bereich; 25B: freigelegter Bereich; 25F: Korn-Verlauf; 27: Deck-Schicht; 27A: Oberfläche; 27B: Deck-Schicht-Oberflächen-Bereich; 29: Deck-Schicht-Kanten-Abschnitt; 30: Kern; 31: Matrix; 32: erster Hart-Partikel; 33: Hart-Struktur; 40: Montage-Abschnitt; 50: Basis-Element; 51: Seiten-Fläche; 51A: abgedeckter Bereich; 51B: freigelegter Bereich; 52: End-Fläche; 52A: erster abgeschrägter Abschnitt; 53: End-Fläche; 53A: zweiter abgeschrägter Abschnitt; 54: Ausnehmung; 55: Ausgangs-Pulver; 59: Deck-Schicht-Kanten-Abschnitt; 60: Deck-Schicht; 70: Schweißgerät; 71: Schweiß-Düse; 72: Kontakt-Spitze; 73: Schweiß-Draht; 74: Bogen; 80: Hart-Partikel-Zufuhr-Düse; 91: zweiter Hart-Partikel; 92: Schmelz-Bad; 95: Basis-Matrix; und 99: Vorsprung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP H11131534 [0003]
JP 2002144254 [0003]

Claims

Eine verschleißfeste Komponente, die umfasst: einen Kern; und einen Körper, gemacht aus einem ersten Metall, und positioniert um den Kern einzuschließen; der Kern beinhaltet eine Matrix, gemacht aus einem zweiten Metall, erste Hart-Partikel, verteilt in der Matrix, und eine Hart-Struktur, die sich von den zugehörigen ersten Hart-Partikeln in eine Richtung entlang eines Korn-Verlauf in dem Körper erstreckt, die Hart-Struktur ist höher in Härte als die Matrix.
Die verschleißfeste Komponente gemäß Anspruch 1, wobei die Hart-Struktur ein Element beinhaltet, welches das erste Hart-Partikel bestimmt.
Die verschleißfeste Komponente gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Kern sich entlang des Korn-Verlaufs in dem Körper erstreckt.
Die verschleißfeste Komponente gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Matrix aus einem gesinterten Körper gemacht ist.
Die verschleißfeste Komponente gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste Metall Stahl ist.
Die verschleißfeste Komponente gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das zweite Metall Stahl ist.
Die verschleißfeste Komponente gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, die weiter umfasst eine Deck-Schicht, die in Kontakt mit dem Körper positioniert ist, um einen abgedeckten Bereich abzudecken, der abgedeckte Bereich ist ein Teil der Oberfläche des Körpers, wobei in einem Deck-Schicht-Kanten-Abschnitt, entsprechend zu einer Grenze zwischen dem abgedeckten Bereich und einem freigelegten Bereich, anders als den abgedeckten Bereich, die Oberfläche des Körpers des freigelegten Bereichs und eine Oberfläche der Deck-Schicht bündig miteinander sind, um eine geschmiedete Fläche zu bilden.
Die verschleißfeste Komponente gemäß Anspruch 7, wobei die Deck-Schicht beinhaltet eine Basis-Matrix, gemacht aus einem dritten Metall, und zweite Hart-Partikel, verteilt in der Basis-Matrix.
Die verschleißfeste Komponente gemäß Anspruch 8, wobei die zweiten Hart-Partikel, die in einem Deck-Schicht-Oberflächen-Bereich positioniert sind, Seite an Seite angeordnet sind, während diese in der Deck-Schicht eingebettet sind, der Deck-Schicht-Oberflächen-Bereich ist ein Bereich innerhalb eines durchschnittlichen Partikel-Durchmessers der zweiten Hart-Partikel von der Oberfläche der Deck-Schicht.
Die verschleißfeste Komponente gemäß Anspruch 9, wobei die zweiten Hart-Partikel, die in dem Deck-Schicht-Oberflächen-Bereich positioniert sind, in Kontakt mit der Oberfläche der Deck-Schicht angeordnet sind.
Die verschleißfeste Komponente gemäß Anspruch 9, wobei von den zweiten Hart-Partikeln, die in dem Deck-Schicht-Oberflächen-Bereich positioniert sind, jeder Hart-Partikel, der einen Bereich hat, der von der Oberfläche der Deck-Schicht freigelegt ist, einen spitzen Zentral-Winkel entsprechend zu dem Bereich, freigelegt von der Oberfläche der Deck-Schicht, hat.
Die verschleißfeste Komponente gemäß irgendeinem der Ansprüche 8 bis 11, wobei in einem Bereich, der einen Übergang zwischen der Deck-Schicht und dem Körper beinhaltet, die Deck-Schicht einen Vorsprung beinhaltet, der zu dem Körper vorsteht.
Die verschleißfeste Komponente gemäß Anspruch 12, wobei der Vorsprung zumindest einen Teil des zweiten Hart-Partikels darin aufgenommen hat.
Die verschleißfeste Komponente gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die verschleißfeste Komponente ein Spitzen-Ende hat, und der Kern sich zu dem Spitzen-Ende erstreckt.
Ein Verfahren zur Herstellung einer verschleißfesten Komponente, das die Schritte umfasst: Vorsehen eines Körper-Materials, das aus einem ersten Metall gemacht ist und das eine Ausnehmung hat; Füllen der Ausnehmung mit Ausgangs-Pulver, die Pulver von einem zweiten Metall und ersten Hart-Partikeln beinhalten; und Ausbilden, durch Heiß-Schmieden, des Körper-Materials, das die Ausnehmung, gefüllt mit dem Ausgangs-Pulver, hat.