DE112019007673T5

DE112019007673T5 - Sinterzahnrad

Info

Publication number: DE112019007673T5
Application number: DE112019007673.6T
Authority: DE
Inventors: Tomoyuki Ishimine; Shigeki Egashira; Kazunari Shimauchi; Takayuki Tashiro
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2022-06-15
Also published as: WO2021038879A1; JPWO2021038879A1; CN114269495B; CN114269495A; US20220299097A1; JP7124230B2; US11745261B2

Abstract

Sinterzahnrad mit ringförmiger Form, wobei das Sinterzahnrad eine Zusammensetzung aufweist, die ein Metall enthält, wobei das Sinterzahnrad eine Vielzahl von Poren in einer Oberfläche davon aufweist, und das Sinterzahnrad eine relative Dichte von 93 % oder mehr und 99,5 % oder weniger hat.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sinterzahnrad.
Stand der Technik
Die PTL 1 offenbart einen Sinterkörper auf Eisenbasis mit einer relativen Dichte von 93 % oder mehr.
Zitationsliste
Patentliteratur
PTL 1: Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2017-186625
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Sinterzahnrad der vorliegenden Erfindung ist ein Sinterzahnrad mit Ringform, wobei das Sinterzahnrad eine Zusammensetzung aufweist, die ein Metall enthält, wobei
das Sinterzahnrad eine Vielzahl von Poren in einer seiner Oberflächen aufweist, und
das Sinterzahnrad eine relative Dichte von 93 % oder mehr und 99,5 % oder weniger hat.
Figurenliste

1A ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Sinterzahnrads gemäß einer Ausführungsform.
1 B ist eine vergrößerte Teilansicht, die einen Bereich innerhalb eines gestrichelten Kreises B in dem in 1 gezeigten Sinterzahnrad zeigt.
2 ist eine perspektivische Teilansicht, die einen Bereich innerhalb des gestrichelten Kreises (II) in dem in 1 dargestellten Sinterzahnrad zeigt.
3 ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Zahn in dem Sinterzahnrad gemäß der Ausführungsform zeigt.
4 ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Bereich innerhalb des gestrichelten Kreises (IV) in dem in 2 gezeigten Sinterzahnrad zeigt.
5 ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Bereich innerhalb des gestrichelten Kreises (V) in dem in 2 gezeigten Sinterzahnrad zeigt.

Ausführliche Beschreibung
[Problem, das durch die vorliegende Erfindung gelöst werden soll]
Die Produktivität eines Zahnrads, das aus einem Sinterkörper gebildet ist, soll verbessert werden.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Sinterzahnrad bereitzustellen, das eine ausgezeichnete Produktivität erzielt.
[Vorteilhafte Wirkung der vorliegenden Erfindung]
Das Sinterzahnrad der vorliegenden Erfindung erreicht eine hervorragende Produktivität.
[Beschreibung der Ausführungsformen]
Zunächst werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgeführt und beschrieben.
(1) Ein Sinterzahnrad gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Sinterzahnrad mit Ringform, wobei das Sinterzahnrad eine Zusammensetzung aufweist, die ein Metall enthält, wobei
das Sinterzahnrad eine Vielzahl von Poren in einer seiner Oberflächen aufweist, und
das Sinterzahnrad eine relative Dichte von 93 % oder mehr und 99,5 % oder weniger. hat
Das Sinterzahnrad der vorliegenden Erfindung erreicht aus den folgenden Gründen (A) bis (D) eine ausgezeichnete Produktivität.
(A) Gemäß einem Fertigungsprozess ist die Bearbeitungszeit für das Schneiden, wie z.B. das Verzahnen, wahrscheinlich kurz.
Bei dem Sinterzahnrad der vorliegenden Erfindung wird das Schneiden an einem Pulverpressling vor dem Sintern und nicht an einem gesinterten Material nach dem Sintern durchgeführt. Der Pulverpressling lässt sich besser schneiden als ein Gussmaterial oder ähnliches und führt daher wahrscheinlich zu einer kürzeren Schneidzeit. Insbesondere ist es wahrscheinlicher, dass die Bearbeitungszeit durch das Fräsen mit einem Wälzfräser und nicht durch Verwenden eines Bearbeitungszentrums verkürzt wird.
(B) Der Pulverpressling ist resistent gegen Abplatzungen während des oben beschriebenen Schneidens und hat dementsprechend wahrscheinlich eine höhere Ausbeute.
Wenn ein Werkstück ein Pulverpressling ist, kann die Form des Pulverpresslings einfach gestaltet werden. So kann ein stark verdichteter Pulverpressling mit einer relativen Dichte von beispielsweise 93 % oder mehr leicht hergestellt werden. Wenn der Pulverpressling dicht gepresst ist, ist er resistent gegen Abplatzungen beim Schneiden.
(C) Eine Sintertemperatur kann niedrig sein, und dementsprechend kann die thermische Energie reduziert werden.
Wenn der Pulverpressling stark verdichtet ist, kann ein stark komprimiertes Sinterzahnrad mit einer relativen Dichte von 93% oder mehr erhalten werden, selbst wenn die Sintertemperatur niedrig ist.
(D) Wenn die Sintertemperatur niedrig ist, lässt sich leicht ein Sinterzahnrad mit hervorragender Form- und Maßgenauigkeit herstellen. In dieser Hinsicht kann auf einfache Weise eine höhere Ausbeute erzielt werden.
Ferner können die Poren in der Oberfläche des Sinterzahnrads der vorliegenden Erfindung ein Schmiermittel halten. Das in den Poren gehaltene Schmiermittel verringert die Riefenbildung zwischen dem Sinterzahnrad der vorliegenden Erfindung und dem Gegenzahnrad. Das Sinterzahnrad der vorliegenden Erfindung hat eine ausgezeichnete Langlebigkeit. Außerdem ist das Sinterzahnrad der vorliegenden Erfindung dicht gepresst und hat dementsprechend eine ausgezeichnete Festigkeit. In dieser Hinsicht kann das Sinterzahnrad der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise für eine lange Zeit verwendet werden.
(2) Gemäß einer Ausführungsform des Sinterzahnrads der vorliegenden Erfindung ist das Metall eine Legierung auf Eisenbasis.
Die Legierung auf Eisenbasis hat im Allgemeinen eine hohe Festigkeit. So hat die oben erwähnte Ausführungsform eine ausgezeichnete Festigkeit.
(3) Gemäß einer Ausführungsform des Sinterzahnrads der vorliegenden Erfindung hat das Sinterzahnrad eine periodische konkave und konvexe Form an seinem Zahnfuß.
Die Vertiefungen am Zahnfuß können gemäß der obigen Ausführungsform ein Schmiermittel halten. In der obigen Ausführungsform kann daher die Riefenbildung zwischen dem Sinterzahnrad und dem Gegenzahnrad auch durch das in den Vertiefungen gehaltene Schmiermittel reduziert werden. Die periodische konkave und konvexe Form wird zum Beispiel typischerweise durch Wälzfräsen mit einem Wälzfräser hergestellt. Durch die Verwendung eines Wälzfräsers lässt sich die Bearbeitungszeit eher reduzieren als durch die Verwendung eines Bearbeitungszentrums.
(4) Gemäß einer Ausführungsform des Sinterzahnrads gemäß dem obigen Punkt (3) hat eine Periodizität der konkaven und konvexen Form eine Länge von 1 mm oder mehr.
Die Periodizität der konkaven und konvexen Form in der obigen Ausführungsform hat typischerweise eine Größe, die einem Vorschub des Wälzfräsers entspricht. Wenn die Länge der Periodizität 1 mm oder mehr beträgt, zeigt sich, dass der Vorschub des Wälzfräsers groß ist. Wenn der Vorschub groß ist, ist die Bearbeitungszeit für das Verzahnen wahrscheinlich kurz. Wenn die Länge der Periodizität 1 mm oder mehr beträgt, ist es wahrscheinlich, dass im Zahnfuß lokale Spannungskonzentrationen aufgrund von Konkavitäten und Konvexitäten vermieden werden. In dieser Hinsicht erreicht das obige Beispiel eine ausgezeichnete Festigkeit.
(5) Gemäß einer Ausführungsform des Sinterzahnrads der vorliegenden Erfindung weist das Sinterzahnrad an seinem Zahnfuß einen Breitenunterschied auf, der einen Abschnitt mit einer lokal geringen Dicke in einer Zahndickenrichtung umfasst.
Bei der obigen Ausführungsform kann ein unterer Bereich des Breitenunterschieds am Zahnfuß (level difference) das Schmiermittel zurückhalten. Somit kann die obige Ausführungsform die Riefenbildung zwischen dem Sinterzahnrad und dem Gegenzahnrad auch durch das im Breitenunterschied gehaltene Schmiermittel verringern. Der Breitenunterschied wird in der Regel durch die Bearbeitung einer Zahnfläche (Zahnflanke) mit einem Protuberanz-Schneidwerkzeug gebildet. Die Ausführungsform, bei der die Zahnfläche einer Nachbearbeitung unterzogen wird, ermöglicht es dem Sinterzahnrad, in günstiger Weise mit dem Gegenzahnrad zusammenzupassen.
(6) Gemäß einer Ausführungsform des Sinterzahnrads der vorliegenden Erfindung weist das Sinterzahnrad eine Drehspur auf einer Außenumfangsfläche seines Zahnkopfes auf.
Bei der obigen Ausführungsform weist die Außenumfangsfläche des Zahnkopfes winzige Konkavitäten und Konvexitäten auf, die durch die Drehspur gebildet werden. Die Vertiefungen der winzigen Konkavitäten und Konvexitäten können das Schmiermittel darin halten. Die obige Ausführungsform kann daher die Riefenbildung zwischen dem Sinterzahnrad und dem Gegenzahnrad auch durch das in den Vertiefungen gehaltene Schmiermittel verringern. Zum Beispiel wird die Drehspur typischerweise durch Drehen der Außenumfangsfläche des Pulverpresslings vor dem Verzahnen gebildet. In diesem Fall kann die Verzahnung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, so dass auf einfache Weise eine höhere Ausbeute erzielt werden kann.
(7) Gemäß einer Ausführungsform des Sinterzahnrads der vorliegenden Erfindung weist das Sinterzahnrad eine Drehspur auf mindestens einer der beiden Stirnflächen auf, die sich an den Enden in einer axialen Richtung des Sinterzahnrads befinden.
In der obigen Ausführungsform wird beispielsweise eine Drehspur typischerweise durch Drehen der Stirnfläche des Pulverpresslings vor dem Verzahnen gebildet. In diesem Fall kann die Verzahnung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, und dementsprechend kann auf einfache Weise eine höhere Ausbeute erzielt werden.
(8) Gemäß einer Ausführungsform des Sinterzahnrads gemäß obigem Punkt (2) enthält die Legierung auf Eisenbasis ein oder mehrere Elemente, die aus der Gruppe bestehend aus C, Ni, Mo und B ausgewählt sind.
Die Legierung auf Eisenbasis, die eines oder mehrere der oben aufgeführten Elemente enthält, wie zum Beispiel Stahl, der eine Legierung auf Eisenbasis ist und C enthält, hat eine ausgezeichnete Festigkeit. Die obige Ausführungsform erreicht somit eine hervorragende Festigkeit.
[Details der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung]
Im Nachfolgenden wird ein Sinterkörper gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen beschrieben, in denen dieselben Bezugszeichen dieselben Komponenten kennzeichnen.
[Sinterzahnrad]
Ein Sinterzahnrad 1 gemäß einer Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben.
(Zusammenfassung)
Ein Sinterzahnrad 1 dieser Ausführungsform ist ein Zahnrad aus einem gesinterten Material, das hauptsächlich aus einem Metall besteht. Das Sinterzahnrad 1 ist ein ringförmiger Körper mit einer Durchgangsbohrung 2h und umfasst Zähne 2 an seinem Außenumfang. Jeder Zahn 2 weist Zahnflächen bzw. Zahnflanken 21 und einen Zahnkopf 22 auf. Zwischen benachbarten Zähnen 2 befindet sich ein Zahnfuß 20. Der Zahnfuß 20 bildet den Boden einer Zahnnut, die durch benachbarte Zähne 2 definiert wird. Der Zahnkopf 22 definiert einen Bereich auf der Kopfseite des Zahns 2. Die Zahnfläche 21 ist eine Fläche, die den Zahnfuß 20 mit dem Zahnkopf 22 verbindet. Normalerweise drehen sich der Zahnfuß 20 und der Zahnkopf 22 koaxial zur Achse des Sinterzahnrads 1. Die Achse des Sinterzahnrads 1 ist in der Regel die Achse der Durchgangsbohrung 2h. Die Grundform des Sinterzahnrads 1 kann eine bekannte Zahnradform sein.
Typischerweise ist eine Innenumfangsfläche 28, die die Durchgangsbohrung 2h definiert, zylindrisch ausgebildet. Typischerweise ist zumindest ein Teil der beiden Stirnflächen 29, die sich an den Enden in axialer Richtung des Sinterzahnrads 1 befinden, eben. Obwohl in 1A der Fall dargestellt ist, dass die gesamte Stirnfläche 29 aus einer gleichmäßig ebenen Oberfläche besteht, kann die Form der Stirnfläche 29 nach Bedarf geändert werden. In einem Beispiel hat das Sinterzahnrad 1 eine teilweise variierende Dicke, und die Stirnfläche 29 hat im Bereich der Innenumfangsseite eine geringere Dicke als im Bereich der Außenumfangsseite. In diesem Fall ist die Form auf der Seite der Stirnfläche 29 die Form eines in axialer Richtung variierenden Breitenunterschieds. Die Durchgangsbohrung 2h verläuft durch beide Stirnflächen 29.
Obwohl in 1A ein Stirnrad mit Außenverzahnung dargestellt ist, kann die Form des Zahnrads je nach Bedarf geändert werden. Beispiele für die Form des Zahnrads sind ein schrägverzahntes Zahnrad, ein Kegelrad und ein Schraubenrad. Das Sinterzahnrad 1 kann außen oder innen verzahnt sein. Obwohl in 1A der Fall dargestellt ist, dass die Zahnfläche 21 eine ebene Fläche ist, kann es sich auch um eine evolventenförmig gekrümmte Fläche handeln.
Das Sinterzahnrad 1 gemäß der Ausführungsform hat eine Zusammensetzung, die ein Metall enthält. Das Sinterzahnrad 1 hat eine relative Dichte von 93% oder mehr und 99,5% oder weniger. Das Sinterzahnrad 1 der Ausführungsform weist eine Vielzahl von Poren 11 in der Oberfläche des Sinterzahnrads 1 auf (1B). Typischerweise sind die Poren 11 in der Oberfläche des Sinterzahnrads 1 über eine Matrixphase 10 aus einem Metall verteilt.
Eine genauere Beschreibung erfolgt später.
(Zusammensetzung)
Beispiele für das Metall des Sinterzahnrads 1 der Ausführungsform umfassen verschiedene reine Metalle oder Legierungen. Beispiele für reine Metalle sind Eisen, Nickel, Titan, Kupfer, Aluminium und Magnesium. Zu den Legierungen gehören beispielsweise eine Legierung auf Eisenbasis, eine Legierung auf Titanbasis, eine Legierung auf Kupferbasis, eine Legierung auf Aluminiumbasis und eine Legierung auf Magnesiumbasis. Eine Legierung hat in der Regel eine höhere Festigkeit als ein reines Metall. Das Sinterzahnrad 1 mit einer Zusammensetzung, die eine Legierung enthält, weist daher eine ausgezeichnete Festigkeit auf. Insbesondere die Legierung auf Eisenbasis weist in der Regel eine hohe Festigkeit auf. Das Sinterzahnrad 1 mit der Matrixphase 10 aus der Legierung auf Eisenbasis weist daher eine höhere Festigkeit auf.
Die Legierung auf Eisenbasis enthält ein zusätzliches Element, und der Rest der Legierung auf Eisenbasis enthält Fe (Eisen) und Verunreinigungen. Die Legierung auf Eisenbasis ist eine Legierung, in der der Fe-Gehalt am höchsten ist. Beispiele für das zusätzliche Element sind ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe bestehend aus C (Kohlenstoff), Ni (Nickel), Mo (Molybdän) und B (Bor). Eine Legierung auf Eisenbasis, die zusätzlich zu Fe die oben genannten Elemente enthält, z. B. Stahl, hat eine ausgezeichnete Festigkeit, z. B. eine hohe Zugfestigkeit. Das Sinterzahnrad 1 mit der Matrixphase 10 aus der Legierung auf Eisenbasis, die das oben genannte zusätzliche Element enthält, weist daher eine ausgezeichnete Festigkeit auf. Ein höherer Gehalt an jedem Element führt wahrscheinlich zu einer höheren Festigkeit. Solange der Gehalt an jedem Element nicht übermäßig hoch ist, werden eine Abnahme der Zähigkeit und Versprödung verhindert, und dementsprechend ist es wahrscheinlich, dass die Zähigkeit höher ist.
Eine Legierung auf Eisenbasis, die C enthält, typischerweise Kohlenstoffstahl, weist eine ausgezeichnete Festigkeit auf. Zum Beispiel beträgt der Gehalt an C 0,1 Massen-% oder mehr und 2.0 Massen-% oder weniger. Der Gehalt an C kann 0,1 Massen-% oder mehr und 1,5 Massen-% oder weniger betragen, ferner 0,1 Massen-% oder mehr und 1,0 Massen-% oder weniger, 0,1 Massen-% oder mehr und 0,8 Massen-% oder weniger. Der Anteil der einzelnen Elemente ist ein Massenprozentsatz, wobei der Anteil der Legierung auf Eisenbasis als 100 Massen-% angenommen wird.
Ni trägt zur Verbesserung der Festigkeit und der Zähigkeit bei. Der Ni-Gehalt beträgt z.B. 0 Massen-% oder mehr und 5,0 Massen-% oder weniger. Der Ni-Gehalt beträgt 0,1 Massen-% oder mehr und 5,0 Massen-% oder weniger, ferner 0,5 Massen-% oder mehr und 5,0 Massen-% oder weniger, ferner 4.0 Massen-% oder mehr und 3,0 Massen-% oder weniger.
Mo, B tragen zur Verbesserung der Festigkeit bei. Insbesondere führt Mo sehr wahrscheinlich zu einer höheren Festigkeit.
Der Mo-Gehalt beträgt z. B. 0 Massen-% oder mehr und 2,0 Massen-% oder weniger, ferner 0,1 Massen-% oder mehr und 2,0 Massen-% oder weniger, ferner 1,5 Massen-% oder weniger.
Der Gehalt an B beträgt beispielsweise 0 Massen-% oder mehr und 0,1 Massen-% oder weniger, ferner 0,001 Massen-% oder mehr und 0,003 Massen-% oder weniger.
Beispiele der weiteren zusätzlichen Elemente sind Mn (Mangan), Cr (Chrom), Si (Silizium) und dergleichen. Zum Beispiel ist der Gehalt an jedem dieser Elemente 0,1 Massen-% oder mehr und 5,0 Massen-% oder weniger.
Die Gesamtzusammensetzung des Sinterzahnrads 1 kann z. B. mittels energiedispersiver Röntgenanalyse (EDX oder EDS), optischer Hochfrequenz-Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) oder einer anderen Methode analysiert werden.
(Aufbau)
< Oberflächenstruktur>
Die Poren 11 sind in der Oberfläche des Sinterzahnrads 1 der Ausführungsform (1B) vorhanden. Dabei beträgt die relative Dichte des Sinterzahnrads 1 93 % oder mehr und 99,5 % oder weniger, und dementsprechend beträgt der Anteil an den Poren 11 0,5 % oder mehr und 7 % oder weniger. Wenn der Anteil innerhalb dieses Bereichs liegt, wird die Anzahl der Poren 11 als gering angesehen, obwohl das Sinterzahnrad 1 Poren 11 enthält. Außerdem befinden sich einige der Poren 11 auf der Oberfläche des Sinterzahnrads 1, und die anderen Poren 11 befinden sich im Inneren des Sinterzahnrads 1. Somit ist die Gesamtfläche der Poren 11 in der Oberfläche des Sinterzahnrads 1 eher klein. Außerdem ist jede Pore 11 im Sinterzahnrad 1 dieser Ausführungsform klein, wie weiter unten beschrieben wird. Da es nur wenige Poren 11 gibt und jede Pore 11 klein ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass die Pore 11 ein Ausgangspunkt für die Rissbildung ist. Das oben beschriebene Sinterzahnrad 1 weist eine ausgezeichnete Festigkeit auf. Insbesondere können die in der Oberfläche vorhandenen Poren 11 ein Schmiermittel darin halten. Dieses Schmiermittel ermöglicht es dem Sinterzahnrad 1, die Riefenbildung zwischen dem Sinterzahnrad 1 und einem Gegenzahnrad zu verringern, und sorgt für eine ausgezeichnete Langlebigkeit. Dieses Schmiermittel verbessert die Gleitfähigkeit der Zahnfläche 21. In dieser Hinsicht verbessern sich die Haltbarkeit und die Wärmeübertragungseffizienz.
Ein Beispielverfahren zur Herstellung eines dicht gepressten Sinterzahnrads 1, das auf seiner Oberfläche Poren 11 und eine relative Dichte von 93 % oder mehr aufweist, ist das folgende Herstellungsverfahren. Dieses Herstellungsverfahren umfasst das Schneiden eines dicht gepressten Pulverpresslings mit einer relativen Dichte von 93 % oder mehr durch Verzahnen oder ähnliches und das anschließende Sintern des Pulverpresslings. Dieses Herstellungsverfahren wird als Formverfahren mit hoher Dichte bezeichnet. Das Formverfahren mit hoher Dichte wird im Folgenden detailliert beschrieben. Mit dem Verfahren zum Formen mit hoher Dichte kann das Sinterzahnrad 1 der vorliegenden Ausführungsform mit hoher Produktivität hergestellt werden, wie im Folgenden beschrieben wird.
< Interne Struktur>
In einem Ausführungsbeispiel des Sinterzahnrads 1 der Ausführungsform enthält das Sinterzahnrad 1 Poren 11, und jede Pore 11 ist in jedem Querschnitt klein ausgebildet.
« Querschnittsfläche»
Zum Beispiel haben die Poren 11 in jedem Querschnitt des Sinterzahnrads 1 eine durchschnittliche Querschnittsfläche von 500 µm² oder weniger. Dabei ist die durchschnittliche Querschnittsfläche der Poren 11 ein Wert, den man erhält, indem ein beliebiger Querschnitt des Sinterzahnrads 1 erhalten wird, die Querschnittsfläche jeder Pore 11 in diesem Querschnitt bestimmt wird und die bestimmten Querschnittsflächen gemittelt werden. Die Verfahren zur Messung der Querschnittsfläche der Pore 11, der Umfangslänge, des Höchstdurchmessers, der relativen Dichte und dergleichen der Pore 11, die später beschrieben werden, werden weiter unten beschrieben.
Wenn die durchschnittliche Querschnittsfläche 500 µm² oder weniger beträgt, zeigt sich, dass viele Poren 11 des Sinterzahnrads 1 Poren 11 mit einer kleinen Querschnittsfläche sind. Somit ist die Querschnittsfläche jeder Pore 11 kleiner, wenn die durchschnittliche Querschnittsfläche kleiner ist. Wenn jede Pore 11 klein ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass sie ein Ausgangspunkt für Risse ist. In dieser Hinsicht hat das Sinterzahnrad 1 eine ausgezeichnete Festigkeit. Im Hinblick auf die Verringerung des Auftretens von Rissen aufgrund der Poren 11 beträgt die durchschnittliche Querschnittsfläche vorzugsweise 480 µm² oder weniger, ferner 450 µm² oder weniger, insbesondere 430 µm² oder weniger.
Beträgt die durchschnittliche Querschnittsfläche dagegen z. B. 20 µm² oder mehr, ferner 30 µm² oder mehr, kann ein dicht gepresster Pulverpressling gebildet werden, ohne den Formdruck übermäßig zu erhöhen. Dadurch wird die Produktivität erhöht.
« Umfangslänge»
Zum Beispiel beträgt die durchschnittliche Umfangslänge der Poren 11 in einem beliebigen Querschnitt des Sinterzahnrads 1 100 µm oder weniger. Dabei ist die durchschnittliche Umfangslänge der Poren 11 ein Wert, der ermittelt wird, indem ein beliebiger Querschnitt des Sinterzahnrads 1 erstellt, die Länge der Kontur jeder Pore 11 der Poren 11 in diesem Querschnitt bestimmt und die ermittelten Längen der Konturen gemittelt werden.
Wenn die durchschnittliche Umfangslänge 100 µm oder weniger beträgt, zeigt sich, dass viele Poren 11 des Sinterzahnrads 1 Poren 11 mit einer kleinen Umfangslänge sind. Eine Pore 11 mit einer kleinen Umfangslänge hat eine kleine Querschnittsfläche. Somit ist die Querschnittsfläche jeder Pore 11 kleiner, wenn die durchschnittliche Umfangslänge kleiner ist. Wenn jede Pore 11 klein ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass sie ein Ausgangspunkt für Risse ist. Im Hinblick auf die Verringerung des Auftretens von Rissen aufgrund von Poren 11 beträgt die durchschnittliche Umfangslänge vorzugsweise 90 µm oder weniger, ferner 80 µm oder weniger, insbesondere 70 µm oder weniger.
Um die Produktivität zu verbessern, indem verhindert wird, dass der Pressdruck wie oben beschrieben zu hoch wird, kann die durchschnittliche Umfangslänge z. B. 10 µm oder mehr, ferner 15 µm oder mehr betragen.
Wenn die durchschnittliche Querschnittsfläche der Poren 11 500 µm²oder weniger und die durchschnittliche Umfangslänge der Poren 11 100 µm oder weniger beträgt, ist es weniger wahrscheinlich, dass jede Pore 11 ein Ausgangspunkt für eine Rissbildung ist, was bevorzugt wird.
«Maximaler Durchmesser»
Vorzugsweise hat der Höchstdurchmesser der Poren 11 in jedem Querschnitt des Sinterzahnrads 1 einen kleinen Durchschnittswert. Dabei ist der Mittelwert der Höchstdurchmesser der Poren 11 ein Wert, der ermittelt wird, indem ein beliebiger Querschnitt des Sinterzahnrads 1 erhalten wird, der Höchstdurchmesser jeder Pore 11 der Poren 11 in diesem Querschnitt bestimmt wird und die bestimmten Höchstdurchmesser gemittelt werden.
Der Durchschnittswert des Höchstdurchmessers der Pore 11 beträgt beispielsweise 5 µm oder mehr und 30 µm oder weniger. Wenn der Durchschnittswert den oben genannten Bereich erfüllt, ist es weniger wahrscheinlich, dass jede Pore 11 ein Ausgangspunkt für Risse ist, und außerdem kann verhindert werden, dass der Formdruck übermäßig hoch wird. Im Hinblick auf die Verringerung des Auftretens von Rissen aufgrund der Poren 11 beträgt der Durchschnittswert vorzugsweise 28 µm oder weniger, ferner 25 µm oder weniger, insbesondere 20 µm oder weniger. Im Hinblick auf die Verbesserung der Produktivität, indem verhindert wird, dass der Formdruck zu hoch wird, kann der Durchschnittswert 8 µm oder mehr, insbesondere 10 µm oder mehr betragen. Im Hinblick auf das Gleichgewicht zwischen hoher Festigkeit und guter Produktivität liegt der Durchschnittswert beispielsweise bei 10 µm oder mehr und 25 µm oder weniger.
Wenn der Maximalwert der Höchstdurchmesser der Poren 11 ebenfalls klein ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass jede Pore 11 ein Ausgangspunkt für die Rissbildung ist, was bevorzugt wird. Der Maximalwert beträgt beispielsweise 30 µm oder weniger, ferner 28 µm oder weniger, insbesondere 25 µm oder weniger.
Der Mindestwert des Höchstdurchmessers der Pore 11, der 3 µm oder mehr und 20 µm oder weniger, ferner 5 µm oder mehr und 18 µm oder weniger beträgt, wird im Hinblick auf die Verbesserung der Produktivität, wie oben beschrieben, bevorzugt.
«Form»
Im Querschnitt des Sinterzahnrads 1 ist die Form der Pore 11 keine einfache lineare Form, wie z. B. eine kreisförmige oder ovale Form, sondern typischerweise eine verformte Form.
(Relative Dichte)
Die relative Dichte des Sinterzahnrads 1 dieser Ausführungsform beträgt 93 % oder mehr und 99,5 % oder weniger. Da die relative Dichte höher ist, gibt es weniger Poren 11. Daher ist es unwahrscheinlicher, dass die Poren 11 ein Ausgangspunkt für Risse sind, und das Sinterzahnrad 1 weist eine ausgezeichnete Festigkeit auf. Das Sinterzahnrad 1 weist beispielsweise eine ausreichend hohe Festigkeit auf, die für ein in einem Getriebe verwendetes Zahnrad erforderlich ist. Im Hinblick auf die Verringerung des Auftretens von Rissen aufgrund der Poren 11 beträgt die relative Dichte vorzugsweise 94% oder mehr, ferner 95% oder mehr, 96% oder mehr, insbesondere 96,5% oder mehr. Die relative Dichte kann 97% oder mehr, 98% oder mehr, 99% oder mehr betragen.
Wenn die relative Dichte des Sinterzahnrads 1 99,5 % oder weniger beträgt, kann verhindert werden, dass der Formdruck zu hoch wird, wodurch sich die Produktivität verbessert. Im Hinblick auf die Verbesserung der Produktivität kann die relative Dichte 99 % oder weniger betragen.
Im Hinblick auf das Gleichgewicht zwischen hoher Festigkeit und guter Produktivität beträgt die relative Dichte des Sinterzahnrads 1 beispielsweise 94 % oder mehr und 99 % oder weniger.
(Form)
Ein Beispiel für ein Sinterzahnrad 1 dieser Ausführungsform hat eine periodisch konkave und konvexe Form am Zahnfuß 20, wie in 2 gezeigt, wobei sich die periodisch konkave und konvexe Form auf eine Form bezieht, bei der mehrere gekrümmte Flächen mit im Wesentlichen gleicher Form und Größe aneinandergrenzen. Ein Teil der Verbindung zwischen gekrümmten Flächen ist der höchste Abschnitt, d. h. ein Vorsprung 201. Zwischen benachbarten Vorsprüngen 201 befindet sich eine Vertiefung 200. Die Vorsprünge 201 des Zahnfußes 20 sind in vorgegebenen Abständen von einer Seite der Stirnfläche 29 zur anderen Seite der Stirnfläche 29 des Sinterzahnrads 1 angeordnet. Wenn der Zahnfuß 20 keine ebene Fläche ist, sondern die oben beschriebene periodisch konkave und konvexe Form aufweist, können die Vertiefungen 200 am Zahnfuß 20 das Schmiermittel darin halten. Zusätzlich zu den Poren 11 in der Oberfläche ermöglicht das in den Vertiefungen 200 zurückgehaltene Schmiermittel, dass das Sinterzahnrad 1 die Riefenbildung zwischen dem Sinterzahnrad 1 und dem Gegenzahnrad, insbesondere einem Zahnkopf, verringert.
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht von zwei Zähnen 2 der Zähne 2, die in einem Sinterzahnrad 1 enthalten sind. 2 zeigt auch einen Teilquerschnitt eines Zahnfußes 20. Dieser Querschnitt zeigt den Zahnfuß 20 in einer Ebene parallel zur axialen Richtung der Durchgangsbohrung 2h. In 2 sind die Konkavitäten und Konvexitäten zum besseren Verständnis überspitzt dargestellt. Die Anzahl der Vorsprünge 201 und Vertiefungen 200 der Konkavitäten und Konvexitäten in 2 ist lediglich ein Beispiel.
Die oben beschriebene periodische konkave und konvexe Form wird zum Beispiel typischerweise durch Verzahnen mit einem Wälzfräser gebildet. In diesem Fall entspricht eine mit dem Wälzfräser gebildete Schnittform der periodischen konkaven und konvexen Form. Durch das Verzahnen mit dem Wälzfräser lässt sich die Bearbeitungszeit leichter verringern als bei Verwendung eines Bearbeitungszentrums, wie weiter unten beschrieben wird. Somit erreicht das Sinterzahnrad 1 eine ausgezeichnete Produktivität.
Die Länge der Periodizität der oben beschriebenen konkaven und konvexen Form beträgt z. B. 1 mm oder mehr. Die Länge der Periodizität bezieht sich auf einen Abstand in axialer Richtung des Sinterzahnrads 1 und ist auch ein Abstand zwischen benachbarten Vorsprüngen 201. Wenn die periodische konkave und konvexe Form aufgrund des oben beschriebenen Verzahnens mit einem Wälzfräser entsteht, hat die Periodizität der konkaven und konvexen Form eine Größe, die einem Vorschub des Wälzfräsers entspricht. Wenn die Länge der Periodizität z. B. 1 mm oder mehr beträgt, zeigt sich, dass der Vorschub (mm/Umdrehung) des Wälzfräsers größer ist als der Vorschub beim Verzahnen eines Gussmaterials mit dem Wälzfräser. Wenn der Vorschub des Wälzfräsers größer ist, wird die Bearbeitungszeit für das Verzahnen eher kurz sein. Wenn die Länge der Periodizität 1 mm beträgt, kann der Zahnfuß 20 lokale Spannungskonzentrationen aufgrund von Konkavitäten und Konvexitäten leichter vermeiden, als wenn die Länge der Periodizität weniger als 1 mm beträgt. Somit ist der Zahnfuß 20 beständig gegen Rissbildung. In dieser Hinsicht hat das Sinterzahnrad 1 eine ausgezeichnete Festigkeit.
Es zeigt sich, dass der Vorschub des Wälzfräsers umso größer ist, je länger die Periodizität ist. Wenn das Werkstück ein Pulverpressling vor dem Sintern ist, kann ein größerer Vorschub des Wälzfräsers leicht sichergestellt werden. Dies liegt daran, dass der Pulverpressling eine ausgezeichnetere Zerspanungsfähigkeit aufweist als ein gegossenes Material und ein gesintertes Material. Insbesondere wenn der Pulverpressling wie oben beschrieben dicht gepresst ist, ist er während des Schneidens widerstandsfähig gegen Abplatzungen. Daher trägt die Bearbeitung eines dicht gepressten Pulverpresslings mit einem Wälzfräser zur Verbesserung der Produktivität bei. Wenn die Länge der Periodizität größer ist, kann der Zahnfuß 20 die Bereiche reduzieren, in denen sich eine Spannung lokal konzentriert. In dieser Hinsicht ist es wahrscheinlicher, dass sich die Festigkeit des Sinterzahnrads 1 verbessert. Im Hinblick auf die Verbesserung der Produktivität und der Festigkeit kann die Länge der Periodizität 1,5 mm oder mehr, ferner 2,0 mm oder mehr, 2,5 mm oder mehr, 3,0 mm oder mehr betragen.
In einem Beispiel des Sinterzahnrads 1 gemäß der Ausführungsform weist der Zahnfuß einen Breitenunterschied 23 mit einem Abschnitt auf, der in Zahndickenrichtung eine lokal geringe Dicke aufweist. Die Zahndickenrichtung bezieht sich auf die horizontale Richtung der Papierebene in 3. Der Zahnboden bezieht sich auf eine Ecke zwischen dem Zahnfuß 20 und einer virtuellen Oberfläche, die durch Verlängerung der Zahnfläche 21 in Richtung des Zahnfußes 20 entsteht. Im Zahnfuß ist ein Teil, der von der Zahnfläche 21 nach innen in Zahndickenrichtung zurückgesetzt ist, ein unterer Bereich des Breitenunterschieds 23. Die Zahnfläche 21 ist ein oberer Bereich des Breitenunterschieds 23. Der untere Bereich des Breitenunterschieds 23 kann das Schmiermittel zurückhalten. Zusätzlich zu den Poren 11 in der Oberfläche ermöglicht das im Breitenunterschied 23 zurückgehaltene Schmiermittel, dass das Sinterzahnrad 1 die Riefenbildung zwischen dem Sinterkörper 1 und dem Gegenzahnrad reduziert.
Die Tiefe d des Breitenunterschieds 23 beträgt z. B. 0,1 µm oder mehr und 500 µm oder weniger. Wenn die Tiefe d in den oben genannten Bereich fällt, wird eine Verringerung der Festigkeit des Zahns 2, die auf den Breitenunterschied 23 zurückzuführen ist, wahrscheinlich abnehmen, während der Breitenunterschied 23 das Schmiermittel zurückhalten kann. Im Folgenden werden Verfahren zur Messung der Tiefe d des Breitenunterschieds 23 und der Länge h des Breitenunterschieds 23 beschrieben.
Die Länge h des Breitenunterschieds 23 beträgt beispielsweise 10 µm oder mehr und 100 µm oder weniger. Wenn die Länge h in den oben genannten Bereich fällt, ist die Zahnfläche 21 so beschaffen, dass der Breitenunterschied 23 das Schmiermittel darin halten kann.
Zum Beispiel wird der Breitenunterschied 23 typischerweise durch Schlichten der Zahnfläche 21 mit einem Protuberanz-Schneidwerkzeug gebildet. Das Sinterzahnrad 1 mit der nachbearbeiteten Zahnfläche 21 passt gut mit dem Gegenzahnrad zusammen und kann sich stabil drehen. Die Tiefe d und die Breite h des oben beschriebenen Breitenunterschieds 23 können in Abhängigkeit von der Größe der Protuberanz, den Schnittbedingungen oder ähnlichem angepasst werden.
Ein Beispiel für ein Sinterzahnrad 1 der vorliegenden Ausführungsform weist eine Drehspur auf der Außenumfangsfläche des Zahnkopfes 22 auf. Hierin bezieht sich die Drehspur auf Konkavitäten und Konvexitäten mit einem arithmetischen Mittelwert der Rauheit Ra, der den Bereich von 0,1 µm oder mehr bis 500 µm oder weniger erfüllt, und hat eine periodische konkave und konvexe Form. Die Einzelheiten der konkaven und konvexen Form sind wie zuvor beschrieben. Mit anderen Worten entspricht die Drehspur winzigen Konkavitäten und Konvexitäten mit einer Vielzahl von Vorsprüngen, die in Abständen von 500 µm oder weniger angeordnet sind.
Betrachtet man die Außenumfangsfläche des Zahnkopfes 22 mit der Drehspur in der Draufsicht aus der Richtung orthogonal zur axialen Richtung des Sinterzahnrades 1, so ist eine Vielzahl von linearen Streifen in vorgeschriebenen Abständen angeordnet, wie in 4 dargestellt. Die Streifen sind typischerweise parallel in der Richtung orthogonal zur axialen Richtung des Sinterzahnrads 1. Diese linearen Streifen sind in axialer Richtung des Sinterzahnrads 1 nebeneinander angeordnet. Die horizontale Richtung der Papierebene in 4 entspricht der Umfangsrichtung des Sinterzahnrads 1. Die vertikale Richtung der Papierebene in 4 entspricht der axialen Richtung des Sinterzahnrads 1. Jeder Streifen bildet einen Vorsprung der Konkavitäten und Konvexitäten. Zwischen benachbarten Vorsprüngen befindet sich eine Vertiefung.
Da der Zahnkopf 22 an der Außenumfangsfläche aufgrund der Drehspuren winzige Konkavitäten und Konvexitäten aufweist, können die Vertiefungen der Konkavitäten und Konvexitäten das Schmiermittel darin halten. Mit anderen Worten halten am Zahnkopf 22, an dem das Sinterzahnrad mit dem Gegenzahnrad zusammenpasst, die Vertiefungen der winzigen Konkavitäten und Konvexitäten sowie die Poren 11 in der Oberfläche das Schmiermittel zurück. Wenn ein Pulverpressling, der durch Pressen zu einem Zahnrad geformt wird, gesintert wird und nicht dem Verzahnungsprozess unterzogen wird, wird auch keine Drehung durchgeführt. Dadurch wird ein Zahnrad erhalten, das keine Drehspuren am Zahnkopf aufweist. Im Vergleich zu einem Zahnrad ohne Drehspuren am Zahnkopf kann das Sinterzahnrad 1 mit einer Drehspur am Zahnkopf 22 die Riefenbildung zwischen dem Sinterkörper 1 und dem Gegenzahnrad, insbesondere dem Zahnfuß 20, durch das oben beschriebene, am Zahnkopf 22 zurückgehaltene Schmiermittel wirksam verringern.
Beispielsweise wird die oben beschriebene Drehspur typischerweise durch Drehen der Außenumfangsfläche des Pulverpresslings vor der Bearbeitung der Zahnkopf gebildet. Das heißt, der Zahnkopf wird nach dem Drehen bearbeitet. In diesem Fall bleibt ein Teil der bearbeiteten Oberfläche, die dem Drehen unterzogen wurde, nach dem Verzahnen übrig und bildet die Außenumfangsfläche des Zahnkopfes 22. Wenn die Außenumfangsfläche des Pulverpresslings vor dem Verzahnen gedreht wird, kann das Verzahnen mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, wie später beschrieben wird, und dementsprechend erreicht das Sinterzahnrad 1 eine ausgezeichnete Produktivität.
Ein Beispiel für ein Sinterzahnrad 1 der vorliegenden Ausführungsform weist auf mindestens einer Stirnfläche 29 von zwei Stirnflächen 29 eine Drehspur auf. Betrachtet man die Stirnfläche 29 mit der Drehspur aus der axialen Richtung des Sinterzahnrads 1 in der Draufsicht, so sind mehrere kreisförmige Streifen konzentrisch in vorgeschriebenen Abständen mit der Mittelachse der Durchgangsbohrung 2h (1A) als Zentrum angeordnet, wie in 5 dargestellt. Jeder Streifen bildet einen Vorsprung der oben beschriebenen winzigen Konkavitäten und Konvexitäten.
Zum Beispiel wird die Drehspur der Stirnfläche 29 typischerweise durch Drehen der Stirnfläche des Pulverpresslings vor der Bearbeitung der Zahnkopf gebildet. Mit anderen Worten, der Zahnkopf wird nach dem Drehen bearbeitet. In diesem Fall bleibt nach dem Verzahnen eine bearbeitete Oberfläche übrig, die gedreht wird und schließlich die Stirnfläche 29 des Sinterzahnrads 1 bildet. Wenn die Stirnfläche des Pulverpresslings vor dem Verzahnen gedreht wird, kann das Verzahnen mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, wie später beschrieben wird, und dementsprechend erreicht das Sinterzahnrad 1 eine ausgezeichnete Produktivität. Um die Bearbeitungsgenauigkeit beim Verzahnen zu verbessern, sind die beiden Stirnflächen 29 vorzugsweise mit einer Drehspur versehen.
Darüber hinaus kann das Sinterzahnrad 1 zumindest auf einem Teil der Innenumfangsfläche 28 eine Drehspur aufweisen. Die kreisförmigen Streifen, die sich in Umfangsrichtung der Innenumfangsfläche 28 erstrecken, sind typischerweise in vorgeschriebenen Abständen in axialer Richtung des Sinterzahnrads 1 angeordnet. Jeder Streifen bildet einen Vorsprung der winzigen Konkavitäten und Konvexitäten, die eine Drehspur bilden. Zum Beispiel wird die Drehspur der Innenumfangsfläche 28 typischerweise durch Drehen gebildet, um eine Durchgangsbohrung in einem Pulverpressling vor der Bearbeitung des Zahnkopfes zu schaffen. Mit anderen Worten wird der Zahnkopf nach dem Drehen bearbeitet. In diesem Fall verbleibt nach dem Schneiden des Zahnrads eine bearbeitete Oberfläche, die gedreht wurde, und bildet schließlich die Innenumfangsfläche 28 des Sinterzahnrads 1. Wenn vor dem Verzahnen eine Durchgangsbohrung in einem Pulverpressling geformt wird, kann das Verzahnen mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, wie weiter unten beschrieben wird, und dementsprechend erreicht das Sinterzahnrad 1 eine ausgezeichnete Produktivität.
(Messverfahren)
Die Größe der Poren 11 des Sinterzahnrads 1 wird wie unten beschrieben bestimmt.
Im Sinterzahnrad 1 wird ein beliebiger Querschnitt genommen. Der Querschnitt wird unter einem Rasterelektronenmikroskop (REM) betrachtet, und mindestens ein Beobachtungsfeld wird aus dem Querschnitt erhalten. Die Größe einer Pore wird durch Extraktion von insgesamt 50 oder mehr Poren gemessen.
Die Vergrößerung wird entsprechend der Größe der Pore so eingestellt, dass sich eine oder mehrere Poren in einem Beobachtungsfeld befinden und die Größe der Pore mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann. Zum Beispiel wird folgender Vorgang durchgeführt: Der Querschnitt wird mit einer 100-fachen Vergrößerung betrachtet, und wenn der Höchstdurchmesser der Pore 70 µm oder weniger beträgt, wird die Vergrößerung auf eine 300-fache Vergrößerung geändert und der Querschnitt wird erneut betrachtet. Die Anzahl der Beobachtungsfelder wird erhöht, bis insgesamt 50 oder mehr Poren erfasst werden können.
In den Beobachtungsfeldern werden die Poren extrahiert. Die Poren werden durch Binarisierung eines REM-Bildes extrahiert. Die Extraktion von Poren, die Messung der Porengröße, die Extraktion eines Bereichs aus einem Metall, der bei der unten beschriebenen Messung der relativen Dichte verwendet wird, die Messung einer Fläche des Bereichs oder ähnliches kann leicht mit einem handelsüblichen Bildanalysesystem, handelsüblicher Software oder ähnlichem durchgeführt werden.
<Querschnittsfläche>
Eine aus dem oben erwähnten REM-Bild extrahierte Querschnittsfläche jeder Pore wird bestimmt. Des Weiteren wird ein Durchschnittswert der Querschnittsfläche der Pore bestimmt. Der Durchschnittswert der Querschnittsfläche wird ermittelt, indem die Summe der Querschnittsflächen von 50 oder mehr extrahierten Poren berechnet und durch die Anzahl der Poren geteilt wird. Der Durchschnittswert der Querschnittsfläche ist eine durchschnittliche Querschnittsfläche (µm²).
<Länge in Umfangsrichtung>
Die Umfangslänge jeder aus dem oben erwähnten REM-Bild extrahierten Pore, d. h. die Länge ihrer Kontur, wird bestimmt. Ferner wird ein Durchschnittswert der Umfangslänge der Pore bestimmt. Der Durchschnittswert der Umfangslänge wird bestimmt, indem eine Gesamtsumme der Umfangslängen von 50 oder mehr extrahierten Poren berechnet und die Gesamtsumme durch die Anzahl der Poren geteilt wird. Der Durchschnittswert der Umfangslänge ist eine durchschnittliche Umfangslänge (µm).
< Maximaler Durchmesser>
Der Höchstdurchmesser jeder Pore, der aus dem oben erwähnten REM-Bild extrahiert wurde, wird bestimmt. Ferner wird ein Durchschnittswert des Höchstdurchmessers bestimmt. Der Durchschnittswert (µm) des Höchstdurchmessers wird ermittelt, indem die Gesamtsumme der Höchstdurchmesser von 50 oder mehr extrahierten Poren berechnet und durch die Anzahl der Poren geteilt wird. Der Höchstdurchmesser der einzelnen Poren wird wie folgt bestimmt. In dem oben erwähnten REM-Bild wird der Umriss jeder Pore durch zwei parallele Linien eingeschlossen und der Abstand zwischen den beiden parallelen Linien gemessen. Der Abstand ist ein Abstand in der Richtung orthogonal zu den parallelen Linien. In jeder Pore wird eine Vielzahl von Sätzen paralleler Linien in beliebiger Richtung erhalten, und der Abstand wird für jeden der Sätze gemessen. In jeder Pore ist der Maximalwert der Vielzahl der gemessenen Intervalle der Höchstdurchmesser jeder Pore.
Bei den oben beschriebenen Höchstdurchmessern der 50 oder mehr Poren sind ein Maximalwert und ein Minimalwert ein Maximalwert (µm) bzw. ein Minimalwert (µm) des Höchstdurchmessers.
< Relative Dichte>
Die relative Dichte (%) des Sinterzahnrads 1 wird wie folgt bestimmt.
Von dem Sinterzahnrad 1 wird eine Vielzahl von Querschnitten angefertigt. Jeder Querschnitt wird unter einem Mikroskop wie z. B. einem SEM oder einem optischen Mikroskop betrachtet. Dieses Beobachtungsbild wird einer Bildanalyse unterzogen, und ein Verhältnis der Fläche einer Metallkomponente wird als relative Dichte betrachtet.
Konkret wird ein Querschnitt aus dem Bereich auf der Stirnseite 29 des Sinterzahnrads 1 und einem Bereich nahe der Mitte der Länge in axialer Richtung des Sinterzahnrads 1 erstellt.
Der Bereich auf der Seite der Stirnfläche 29 ist zum Beispiel ein Bereich im Bereich von 3 mm oder weniger von der Oberfläche des Sinterzahnrads 1 nach innen, obwohl er von der Länge des Sinterzahnrads 1 abhängt. Der Bereich nahe der Mitte ist z. B. ein Bereich innerhalb von 1 mm von der Mitte der Länge in Richtung einer der beiden Stirnflächen, d. h. ein Bereich innerhalb von 2 mm insgesamt, obwohl er von der Länge des Sinterzahnrads 1 abhängt. Der Querschnitt ist z. B. eine ebene Fläche, die die axiale Richtung kreuzt, typischerweise eine ebene Fläche orthogonal zur axialen Richtung.
Aus jedem Querschnitt wird eine Vielzahl von z. B. 10 oder mehr Beobachtungsfeldern gewonnen. Zum Beispiel beträgt die Fläche eines Beobachtungsfeldes 500 µm × 600 µm = 300.000 µm². Wenn mehrere Beobachtungsfelder aus einem Querschnitt gewonnen werden, wird dieser Querschnitt vorzugsweise gleichmäßig geteilt, und aus jedem geteilten Bereich wird ein Beobachtungsfeld erhalten.
Ein Beobachtungsbild jedes Beobachtungsfeldes wird einer Bildverarbeitung, wie z. B. Binarisierung, unterzogen, und ein aus Metall bestehender Bereich wird aus einem verarbeiteten Bild extrahiert. Die Fläche des extrahierten Bereichs, der aus einem Metall besteht, wird bestimmt. Ferner wird das Verhältnis der Fläche des Metallbereichs zur Fläche des Beobachtungsfeldes bestimmt. Dieses Verhältnis der Fläche wird als relative Dichte jedes Beobachtungsfeldes betrachtet. Die relativen Dichten der erhaltenen Vielzahl von z. B. insgesamt 30 oder mehr Beobachtungsfeldern werden gemittelt. Der erhaltene Durchschnittswert ist die relative Dichte (%) des Sinterzahnrads 1.
Die relative Dichte des Pulverpresslings kann in ähnlicher Weise bestimmt werden wie die relative Dichte des Sinterzahnrades 1. Wenn der Pulverpressling beispielsweise durch einachsiges Pressen geformt wird, wird ein Querschnitt des Pulverpresslings aus jedem der Bereiche nahe der Mitte der Länge in Richtung der Druckachse im Pulverpressling und dem Bereich auf der Stirnflächenseite, die sich an beiden Enden in Richtung der Druckachse befindet, gewonnen. Ein Querschnitt ist zum Beispiel eine ebene Fläche, die die Richtung der Druckachse kreuzt, typischerweise orthogonal zur Richtung der Druckachse.
<Tiefe, Länge des Breitenunterschieds des Zahnfußes>
Die Größe des Breitenunterschieds 23 des Zahnfußes des Sinterzahnrads 1 wird wie folgt bestimmt.
Mit einer ebenen Fläche orthogonal zur axialen Richtung des Sinterzahnrads 1, d.h. einer ebenen Fläche parallel zur Stirnfläche 29, die als Abschnitt genommen wird, erhält man einen Querschnitt des Zahns 2. Der Abschnitt wird unter einem Mikroskop wie einem SEM oder einem optischen Mikroskop betrachtet. Dieses Beobachtungsbild wird einer Bildanalyse unterzogen, um dadurch den Umfang des Zahns 2 zu ermitteln.
Am extrahierten Umfang des Zahns 2 wird ein Teil des Zahnfußes extrahiert, der lokal von der Zahnfläche 21 nach innen in Richtung der Zahndicke vertieft ausgebildet ist, hier ein unterer Bereich des Breitenunterschieds 23. Es wird ein maximaler Abstand bestimmt, der sich von einer virtuellen Fläche, die durch die Verlängerung der Zahnfläche 21 in Richtung Zahnfuß 20 entsteht, bis zum unteren Bereich des Breitenunterschieds 23 erstreckt. Dieser maximale Abstand ist die Tiefe d des Breitenunterschieds 23.
Am extrahierten Umfang des Zahns 2 wird in Durchmesserrichtung eines Umfangs des Sinterzahnrads 1 ein Abstand von der Zahnunterseite 20 bis zur Unterkante der Zahnfläche 21 bestimmt. Dieser Abstand ist die Länge h des Breitenunterschieds 23. Die Durchmesserrichtung ist die vertikale Richtung der Papierebene in 3.
<Drehspur>
Eine Drehspur wird durch Messung des arithmetischen Mittels der Rauheit Ra gemäß JIS B 0601 (2001) bestimmt. Für die Messung kann ein handelsübliches Gerät zur Messung der Oberflächenrauheit verwendet werden, z. B. das SURFCOM 1400D-3DF der Mitutoyo Corporation.
(Verwendung)
Das Sinterzahnrad 1 der vorliegenden Ausführungsform kann für eine Kraftübertragungskomponente verwendet werden. Insbesondere ist das Sinterzahnrad 1 der Ausführungsform dicht gepresst und hat eine ausgezeichnete Festigkeit, und außerdem kann es miniaturisiert werden. Daher wird das Sinterzahnrad 1 der Ausführungsform vorzugsweise für ein Zahnrad verwendet, das eine hohe Festigkeit, eine kleinere Größe und ein geringeres Gewicht haben soll, beispielsweise für ein Fahrzeuggetriebe.
(Haupteffekte)
Das Sinterzahnrad 1 gemäß dieser Ausführungsform hat eine hohe relative Dichte und ist dicht gepresst, und weist zudem die Poren 11 in einer seiner Oberflächen auf. Das oben beschriebene Sinterzahnrad 1 kann durch ein Verfahren zum Formen mit hoher Dichte hergestellt werden, das weiter unten beschrieben wird, und erreicht dementsprechend eine ausgezeichnete Produktivität. Insbesondere kann das Sinterzahnrad 1 der vorliegenden Ausführungsform die Riefenbildung zwischen dem Sinterzahnrad 1 und dem Gegenzahnrad durch das in den Poren 11 in der Oberfläche zurückgehaltene Schmiermittel verringern und weist dementsprechend eine ausgezeichnete Haltbarkeit auf. Außerdem hat das Sinterzahnrad 1, das dicht gepresst ist, eine ausgezeichnete Festigkeit. Das oben beschriebene Sinterzahnrad 1 kann über einen langen Zeitraum hinweg verwendet werden.
[Verfahren zur Herstellung eines Sinterzahnrads]
Das Sinterzahnrad 1 der vorliegenden Ausführungsform wird beispielsweise durch ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterzahnrads, das die folgenden Schritte umfasst, d. h. ein Formverfahren mit hoher Dichte, hergestellt.
(Erster Schritt) Ein Rohpulver wird verdichtet, wodurch ein Pulverpressling mit einer relativen Dichte von 93% oder mehr und 99,5% oder weniger entsteht.
(Zweiter Schritt) Der Pulverpressling wird einem Schneidevorgang unterzogen, der eine Verzahnen beinhaltet.
(Dritter Schritt) Der Pulverpressling wird gesintert. Die Sintertemperatur ist niedriger als die Schmelztemperatur.
Die Verwendung eines dicht gepressten Pulverpresslings mit einer relativen Dichte von 93 % oder mehr führt zu einem dicht gepressten gesinterten Material mit einer relativen Dichte von 93 % oder mehr und 99,5 % oder weniger, selbst wenn die Sintertemperatur eine relativ niedrige Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur ist. Dies liegt daran, dass das oben beschriebene gesinterte Material typischerweise die relative Dichte des Pulverpresslings beibehält. Der oben beschriebene Pulverpressling hat auch Poren im Bereich von 0,5% oder mehr und 7% oder weniger. Es ist zu beachten, dass jede Pore aufgrund der Verdichtung eine kleinere Größe hat. Außerdem ist jede Pore auf der Oberfläche klein. Da ein dicht gepresster Pulverpressling mit kleinen Poren bei der oben beschriebenen relativ niedrigen Temperatur gesintert wird, bleiben tendenziell Luftblasen übrig, ohne dass sie entfernt werden. Jede Pore bleibt jedoch klein. So erhält man ein dicht gepresstes Sinterzahnrad 1 mit kleinen Poren. Insbesondere kann mit dem Formverfahren mit hoher Dichte ein Sinterzahnrad 1 mit hoher Produktivität hergestellt werden, wie später beschrieben wird.
(A) Eine Bearbeitungszeit für das Schneiden, wie z.B. das Verzahnen, ist kurz.
Ein Pulverpressling vor dem Sintern hat eine bessere Zerspanbarkeit als ein gegossenes Material oder ein gesintertes Material. Daher kann beim Schneiden, z. B. beim Verzahnen, mit einem Pulverpressling ein größerer Vorschub erzielt werden als beim Verzahnen mit einem gegossenen Material oder einem gesinterten Material. Ein dicht gepresster Pulverpressling ist selbst bei einem großen Vorschub rissbeständig und lässt sich daher gut schneiden. Je größer der Vorschub ist, desto kürzer ist die Bearbeitungszeit beim Verzahnen. Insbesondere kann beim Wälzfräsen mit einem Wälzfräser ein größerer Vorschub leichter erreicht oder ein Werkstück leichter eingestellt werden als bei der Verwendung eines Bearbeitungszentrums. Folglich ist das Verzahnen mit einem Wälzfräser besser geeignet, die Bearbeitungszeit zu verkürzen, als mit einem Bearbeitungszentrum.
(B) Ein Pulverpressling lässt sich leichter herstellen.
Wenn es sich bei dem Werkstück um einen Pulverpressling handelt, kann der Pulverpressling eine einfache Form aufweisen, wie z. B. einen zylindrischen Körper oder einen zylindrischen Säulenkörper. Durch die einfache Form kann ein dicht gepresster Pulverpresskörper mit hoher Genauigkeit geformt werden. Ein dicht gepresster Pulverpressling ist widerstandsfähig gegen Abplatzungen beim Schneiden und erzielt wahrscheinlich eine höhere Ausbeute. Außerdem ermöglicht die einfache Form das Formen eines Pulverpresslings ohne übermäßig hohen Formdruck, wodurch die Lebensdauer einer Form sehr wahrscheinlich verlängert wird. Außerdem führt die einfache Form zu einer Verringerung der Kosten für die Form.
(C) Die Sintertemperatur kann niedrig sein, wodurch sich die Wärmeenergie verringert.
(D) Eine Sintertemperatur kann niedrig sein, und dementsprechend ist es weniger wahrscheinlich, dass die Formgenauigkeit und die Maßgenauigkeit abnehmen. Somit kann ein Sinterzahnrad mit hervorragender Formgenauigkeit und hervorragender Maßgenauigkeit aufgrund der thermischen Kontraktion leicht erhalten werden, und die Ausbeute wird wahrscheinlich hoch sein.
Beispielhafte Verfahren zur Herstellung eines Zahnrads aus einem Metall sind wie folgt.

(1) Das Verzahnen wird an einem gegossenen Material durchgeführt.
(2) Ein Pulverpressling, der durch Verdichtung in eine Zahnradform gebracht wird, wird gesintert.
(3) Ein Pulverpressling wird gesintert und anschließend geformt.

Bei den Herstellungsverfahren (2), (3) ist kein Verzahnen erforderlich.
Ein nach dem obigen Verfahren (1) hergestelltes Zahnrad hat eine relative Dichte von 100 % und weist im Wesentlichen keine Poren in einer seiner Oberflächen auf. Aus diesem Grund ist es nicht erwünscht, dass die Poren ein Schmiermittel wie oben beschrieben zurückhalten.
Ein nach dem obigen Verfahren (2) hergestelltes Zahnrad hat eine relative Dichte von weniger als 93 %, normalerweise sogar weniger als 90 %. Dieses Zahnrad hat dementsprechend eine schlechte Festigkeit aufgrund des Vorhandenseins einer übermäßig großen Anzahl von Poren, obwohl das Zahnrad Poren in einer Oberfläche davon und innerhalb des Zahnrads hat. Dieses Zahnrad und ein nach dem Verfahren (3) hergestelltes Zahnrad weisen im Wesentlichen keine Konkavitäten und Konvexitäten in Bezug auf den Vorschub oder winzige Konkavitäten und Konvexitäten in Bezug auf eine Drehspur auf. Aus diesem Grund ist es nicht erwünscht, dass die Vertiefungen ein Schmiermittel wie oben beschrieben zurückhalten. Außerdem weist dieses Zahnrad eine schlechte Maßgenauigkeit auf.
Das durch das obige Verfahren (3) erhaltene Zahnrad hat eine relative Dichte von 100 % und weist im Wesentlichen keine Poren in einer Oberfläche auf. Aus diesem Grund ist es nicht erwünscht, dass die Vertiefungen ein Schmiermittel wie oben beschrieben zurückhalten oder das Schmiermittel von den Vertiefungen wie oben beschrieben zurückgehalten wird. Außerdem weist dieses Zahnrad eine schlechte Maßgenauigkeit auf.
Somit zeigt sich, dass ein Sinterzahnrad mit Poren in seiner Oberfläche und einer relativen Dichte von 93 % oder mehr und 99,5 % oder weniger als ein Anzeichen dafür verwendet wird, dass ein Sinterzahnrad durch das Formverfahren mit hoher Dichte hergestellt wurde. Somit kann ein Sinterzahnrad mit kleinen Poren in jedem Querschnitt ebenfalls als ein Anzeichen dafür verwendet werden.
Die einzelnen Schritte werden im Folgenden beschrieben.
(Erster Schritt)
< Herstellung der Rohpulver>
Zu den Rohpulvern gehört ein Metallpulver. Das Metallpulver besteht vorzugsweise aus einem Metall, das nicht zu weich und nicht zu hart ist. Ein Metallpulver, das nicht übermäßig hart ist, lässt sich durch Verdichtung leichter plastisch verformen. So lässt sich leicht ein dicht gepresster, Pulverpressling mit einer relativen Dichte von 93 % oder mehr erzielen. Da das Metallpulver nicht übermäßig weich ist, kann ein Pulverpressling mit einer relativen Dichte von 99,5 % oder weniger, d. h. ein Pulverpressling mit Poren, leicht erhalten werden.
Die Rohpulver können ein Metallpulver mit einer geeigneten Zusammensetzung entsprechend der Zusammensetzung der Matrixphase eines Sintermaterials enthalten. Die Härte des Metallpulvers kann in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Metallpulvers eingestellt werden. Beispiele für die Einstellung der Härte des Metallpulvers sind die Einstellung der Zusammensetzung, die Wärmebehandlung des Metallpulvers und die Einstellung der Wärmebehandlungsbedingungen des Metallpulvers. Bezüglich der Zusammensetzung des Metallpulvers siehe Abschnitt (Zusammensetzung) unter [Sinterzahnrad].
Bei der Herstellung eines Sinterzahnrads mit einer Matrixphase aus einem Material auf Eisenbasis umfassen die Rohpulver beispielsweise ein Pulver auf Eisenbasis. Das Material auf Eisenbasis ist reines Eisen oder eine Legierung auf Eisenbasis. Insbesondere, wenn das Material auf Eisenbasis eine Legierung auf Eisenbasis ist, kann ein Sinterzahnrad mit einer hohen Festigkeit, wie oben beschrieben, erhalten werden. Das Pulver auf Eisenbasis kann z. B. durch ein Wasserzerstäubungsverfahren, ein Gaszerstäubungsverfahren oder ein anderes Verfahren hergestellt werden.
Bei der Herstellung eines Sinterzahnrads mit einer Matrixphase aus einer Legierung auf Eisenbasis werden die Rohpulver wie folgt verwendet.
(1) Zu den Rohpulvern gehört ein erstes Legierungspulver aus einer Legierung auf Eisenbasis. Die Legierung auf Eisenbasis des ersten Legierungspulvers hat die gleiche Zusammensetzung wie die Legierung auf Eisenbasis der Matrixphase des Sinterzahnrads.
(2) Zu den Rohpulvern gehören ein zweites Legierungspulver aus einer Legierung auf Eisenbasis und ein drittes Pulver aus einem vorgeschriebenen Element. Die Legierung auf Eisenbasis des zweiten Legierungspulvers enthält einige zusätzliche Elemente der zusätzlichen Elemente, die in der Legierung auf Eisenbasis der Matrixphase des Sinterzahnrads enthalten sind. Jedes Element des dritten Pulvers besteht aus einem entsprechenden der verbleibenden zusätzlichen Elemente der oben beschriebenen zusätzlichen Elemente. Mit anderen Worten, das dritte Pulver besteht nur aus einem Element.
(3) Zu den Rohpulvern gehören ein reines Eisenpulver, das zweite Legierungspulver und das oben beschriebene dritte Pulver.
(4) Zu den Rohpulvern gehören ein reines Eisenpulver und ein drittes Pulver. In diesem Fall besteht das dritte Pulver aus den zusätzlichen Elementen der Legierung auf Eisenbasis der Matrixphase.
Wenn beispielsweise die Matrixphase des Sinterzahnrads eine Legierung auf Eisenbasis ist, die ein oder mehrere Elemente enthält, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Ni, Mo und B besteht, und C einschließt und der Rest aus Fe und Verunreinigungen besteht, wird das zweite Legierungspulver beispielsweise aus einer Legierung auf Eisenbasis hergestellt, die im Folgenden beschrieben wird. Die Legierung auf Eisenbasis enthält kein C und enthält ein oder mehrere Elemente, die aus der oben genannten Gruppe ausgewählt sind, und der Rest besteht aus Fe und Verunreinigungen. Ein Beispiel für eine Legierung auf Eisenbasis enthält mindestens ein Element mit 0,1 Massen-% oder mehr und 2,0 Massen-% oder weniger Mo und 0,5 Massen-% oder mehr und 5,0 Massen-% oder weniger Ni. Beispiele für das dritte Pulver sind ein Kohlenstoffpulver und ein Pulver, das aus einem Element aus der oben beschriebenen Gruppe besteht.
Insbesondere beträgt die Vickers-Härte Hv eines Materials auf Eisenbasis beispielsweise 80 oder mehr und 200 oder weniger. Ein Pulver aus einem Eisenmaterial mit einer Vickershärte Hv von 80 oder mehr ist nicht übermäßig weich. Die Verwendung von Rohpulvern, die ein solches Pulver auf Eisenbasis enthalten, führt zu einem Pulverpressling mit Poren in einem bestimmten Bereich, wie oben beschrieben. Ein Pulver aus einem Material auf Eisenbasis mit einer Vickershärte Hv von 200 oder weniger ist nicht übermäßig hart. Die Verwendung von Rohmaterialien, die ein solches Pulver auf Eisenbasis enthalten, führt zu einem dicht gepressten Pulverpressling, wie oben beschrieben. Die Vickershärte Hv kann 90 oder mehr und 190 oder weniger, ferner 100 oder mehr und 180 oder weniger, 110 oder mehr und 150 oder weniger betragen. Legierungen auf Eisenbasis, die Mo oder Ni im oben genannten Bereich enthalten, weisen verschiedene Zusammensetzungen auf, darunter eine Vickershärte Hv von 80 oder mehr und 200 oder weniger.
Die Größe des Rohpulvers kann nach Bedarf gewählt werden. Die durchschnittliche Korngröße des oben beschriebenen Legierungspulvers oder des Reineisenpulvers beträgt zum Beispiel 20 µm oder mehr und 200 µm oder weniger, ferner 50 µm oder mehr und 150 µm oder weniger. Die durchschnittliche Korngröße des dritten Pulvers mit Ausnahme des Kohlenstoffpulvers beträgt beispielsweise 1 µm oder mehr und 200 µm oder weniger. Ein Beispiel für eine durchschnittliche Korngröße des Kohlenstoffpartikels ist 1 µm oder mehr und 30 µm oder weniger. Dabei ist die durchschnittliche Korngröße des Pulvers eine Korngröße (D50), bei der ein akkumuliertes Volumen in einer Volumenkorngrößenverteilung, gemessen mit einem Laserbeugungs-Korngrößenverteilungsmessgerät, 50% beträgt.
< Formgebung>
Je höher die relative Dichte des Pulverpresslings ist, desto höher ist wahrscheinlich die relative Dichte und desto weniger Poren hat das gesinterte Material. Außerdem werden die Poren im gesinterten Material tendenziell kleiner. Im Hinblick auf die Verringerung der Poren und die Verringerung der Größe jeder Pore kann die relative Dichte des Pulverpresslings 94% oder mehr, 95% oder mehr, 96% oder mehr, 96,5% oder mehr, 97% oder mehr, 98% oder mehr betragen.
Wenn der Pulverpressling dagegen eine eher geringe relative Dichte aufweist, kann der Formdruck niedrig sein. Somit wird die Massenproduktivität im Hinblick auf eine einfache Erhöhung der Lebensdauer der Form und im Hinblick auf eine einfache Entnahme eines Pulverpresslings aus einer Form zur Reduzierung der Entformungszeit erhöht. Im Hinblick auf eine gute Massenproduktivität beträgt die relative Dichte des Pulverpresslings 99,4 % oder weniger, ferner 99,2 % oder weniger.
Bei der Herstellung eines Pulverpresslings wird z.B. typischerweise eine Pressmaschine mit einer einachsig pressbaren Form verwendet. Die Form des Werkzeugs kann entsprechend der Form des Pulverpresslings gewählt werden. Die Form des Pulverpresslings kann eine einfache Form sein, wie z. B. ein zylindrischer Körper oder ein zylindrischer Säulenkörper, wie oben beschrieben, abweichend von der endgültigen Form des Sintermaterials.
Auf die Innenumfangsfläche der Form kann ein Schmiermittel aufgetragen werden. Mit dem Schmiermittel kann das Anhaften des Rohpulvers an der Form leicht verhindert werden. Infolgedessen kann ein Pulverpressling leichter erhalten werden, der eine ausgezeichnete Form- und Maßgenauigkeit aufweist und dicht gepresst ist. Beispiele für das Schmiermittel sind höhere Fettsäuren, Metallseifen, Fettsäureamide und höhere Fettsäureamide.
Je höher der Formungsdruck ist, desto leichter ist es, einen dicht gepressten Pulverpressling zu erhalten. Der Formdruck beträgt zum Beispiel 1560 MPa oder mehr. Ferner kann der Pressdruck 1660 MPa oder mehr, 1760 MPa oder mehr, 1860 MPa oder mehr, 1960 MPa oder mehr betragen.
(Zweiter Schritt: Schneiden)
Das Schneiden umfasst zumindest das Verzahnen. Insbesondere das Verzahnen mit einem Wälzfräser führt zu einer kürzeren Bearbeitungszeit, wie oben beschrieben, was vorzuziehen ist. Die Bearbeitung kann durch Drehen oder Fräsen erfolgen.
Vor dem Schneiden des Zahnrads wird vorzugsweise mindestens ein Abschnitt aus der Gruppe bestehend aus der Außenumfangsfläche des Pulverpresslings, der Innenumfangsfläche der Durchgangsbohrung und der Stirnfläche des Pulverpresslings geschnitten. Eine bearbeitete Oberfläche, die dem Schneiden unterzogen wird, weist eine ausgezeichnete Formgenauigkeit und Maßgenauigkeit auf. So kann ein Werkstück nach dem Schneiden mit hoher Genauigkeit positioniert werden. Infolgedessen kann das Verzahnen mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, wodurch ein Verzahnungsprodukt mit hervorragender Maß- und Formgenauigkeit entsteht. Schließlich erhält man ein Sinterzahnrad mit hervorragender Maßhaltigkeit und Formgenauigkeit. Dadurch wird eine hohe Ausbeute wahrscheinlich. Vorzugsweise wird das Fräsen an allen drei oben genannten Abschnitten durchgeführt.
Das Schneiden vor dem Verzahnen, wie oben beschrieben, kann ein Drehen sein, z. B. ein Drehen. Wenn die Außenumfangsfläche des Pulverpresslings gedreht wird, weist zumindest ein Teil der Außenumfangsfläche des Zahnkopfes des Sinterzahnrads eine Drehspur auf (siehe 4). Wenn der Pulverpressling mit einer Durchgangsbohrung versehen ist, weist zumindest ein Teil der Innenumfangsfläche des Sinterzahnrads eine Drehspur auf. Wenn die Stirnfläche des Pulverpresslings gedreht ist, weist zumindest ein Teil der Stirnfläche des Sinterzahnrads eine Drehspur auf (siehe 5).
(Dritter Schritt: Sintern)
Die Sintertemperatur und die Sinterzeit können in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Rohpulvers oder ähnlichem eingestellt werden. Wenn ein Pulver auf Eisenbasis verwendet wird, liegt die Sintertemperatur beispielsweise bei 1000°C oder höher und 1300°C oder niedriger. Je niedriger die Sintertemperatur ist, desto geringer ist wahrscheinlich die thermische Kontraktion. Auf diese Weise lässt sich leicht ein Sintermaterial mit hervorragender Form- und Maßgenauigkeit herstellen. Im Hinblick auf eine reduzierte Energie und eine verbesserte Form- und Maßgenauigkeit beträgt die Sintertemperatur vorzugsweise 1250°C oder weniger, vorzugsweise weniger als 1200°C. Liegt die Sintertemperatur bei 1050°C oder höher, vorzugsweise bei 1100°C oder höher, ist die Sinterzeit wahrscheinlich kürzer. Im Hinblick auf das Gleichgewicht zwischen reduzierter Energie und guter Genauigkeit und einer reduzierten Sinterzeit beträgt die Sintertemperatur beispielsweise 1100°C oder mehr und weniger als 1200°C. Die Sinterzeit beträgt z. B. 10 Minuten oder mehr und 150 Minuten oder weniger.
Beispiele für die Atmosphäre während des Sinterns sind eine Stickstoffatmosphäre und eine Vakuumatmosphäre. Der Druck in der Vakuumatmosphäre beträgt z. B. 10 Pa oder weniger. In der Stickstoffatmosphäre oder der Vakuumatmosphäre ist der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre gering, und dementsprechend sind ein Pulverpressling und ein gesintertes Material resistent gegen Oxidation.
(Weitere Schritte)
Wenn das oben beschriebene Pulver auf Eisenbasis verwendet wird, kann das Formverfahren mit hoher Dichte den Schritt der Durchführung einer Wärmebehandlung an dem im dritten Schritt hergestellten Sintermaterial umfassen. Wenn das oben beschriebene Pulver auf Eisenbasis verwendet wird, kann die Wärmebehandlung z. B. Aufkohlen, Härten und Anlassen oder Aufkohlen, Härten und Anlassen sein. Die Bedingungen für die Wärmebehandlung können entsprechend der Zusammensetzung des Sintermaterials angepasst werden. Hinsichtlich der Bedingungen für die Wärmebehandlung kann auf bekannte Bedingungen verwiesen werden.
Das Formverfahren mit hoher Dichte kann den Schritt der Nachbearbeitung des im dritten Schritt hergestellten Sintermaterials umfassen. Ein Beispiel für diese Nachbearbeitung ist die Nachbearbeitung der oben beschriebenen Zahnfläche. Wenn die Zahnfläche mit einem Protuberanz-Schneidwerkzeug bearbeitet wird, weist das Sinterzahnrad den oben erwähnten Breitenunterschied am Zahnfuß auf (siehe 3). Ein anderes Beispiel für die Nachbearbeitung ist das Schleifen.
Es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung durch die Begriffe der Ansprüche definiert wird und nicht auf die obigen Beispiele beschränkt ist, und dass sie alle Modifikationen innerhalb des Umfangs und der Bedeutung, die den Begriffen der Ansprüche entsprechen, umfasst.
Bezugszeichenliste

1: Sinterzahnrad
10: Matrixphase
11: Pore
2: Zahn
2h: Durchgangsbohrung
20: Zahnfuß
21: Zahnfläche
22: Zahnkopf
23: Breitenunterschied
28: Innenumfangsfläche
29: Stirnfläche
200: Vertiefung
201: Vorsprung

Claims

Sinterzahnrad mit ringförmiger Form, wobei das Sinterzahnrad eine Zusammensetzung aufweist, die ein Metall enthält, wobei das Sinterzahnrad eine Vielzahl von Poren in einer Oberfläche davon aufweist, und das Sinterzahnrad eine relative Dichte von 93 % oder mehr und 99,5 % oder weniger hat.
Sinterzahnrad nach Anspruch 1, wobei das Metall eine Legierung auf Eisenbasis ist.
Sinterzahnrad nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Sinterzahnrad an seinem Zahnfuß eine periodische konkave und konvexe Form aufweist.
Sinterzahnrad nach Anspruch 3, wobei eine Periodizität der konkaven und konvexen Form eine Länge von 1 mm oder mehr aufweist.
Sinterzahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Sinterzahnrad an seinem Zahnfuß einen Breitenunterschied mit einem Abschnitt aufweist, der in Zahndickenrichtung eine lokal geringe Dicke aufweist.
Sinterzahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Sinterzahnrad an einer Außenumfangsfläche eines Zahnkopfes eine Drehspur aufweist.
Sinterzahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Sinterzahnrad auf mindestens einer der beiden Stirnflächen, die sich an den axialen Enden des Sinterzahnrads befinden, eine Drehspur aufweist.
Sinterzahnrad nach Anspruch 2, wobei die Legierung auf Eisenbasis ein oder mehrere Elemente enthält, die aus der Gruppe bestehend aus C, Ni, Mo und B ausgewählt sind.