DE2354565A1

DE2354565A1 - Bolzen fuer eine stahlkette

Info

Publication number: DE2354565A1
Application number: DE19732354565
Authority: DE
Inventors: Kumakichi Araya
Original assignee: Daido Kogyo Co Ltd
Current assignee: Daido Kogyo Co Ltd
Priority date: 1972-10-31
Filing date: 1973-10-31
Publication date: 1974-05-02
Also published as: DE2354565B2; FR2205154A5; GB1441782A; JPS4965944A; BE806835A; US3912551A

Description

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DMDO KOGYO KABUSHIKI KAISIIA KAGA-SHI, ISHIKAWA-KEN / JAPAN

Bolzen für eine Stahlkette

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bolzen für eine Stahlkette aus einem Rohling aus einer Stahllegierung mit mittlerem Kohlenstoffgehalt.

Durch die Tendenz,verschiedene Maschinen klein, leicht und mit erhöhtem Wirkungsgrad zu bauen, werden Rollenketten und mit den Rollen einstückige Ketten (im folgenden lediglich Ketten genannt) benötigt, um höhere Wirksamkeit zu erreichen und insbesondere bei Betrieb mit hoher Geschwindigkeit besteht die Tendenz, eine Kette mit kleiner Teilung zu verwenden, um einen durch die Zentrifugalkraft erzeugten Einfluß oder durch die Kette selbst erzeugte Geräusche zu vermeiden, die auf die Kette ausgeübte Zugspannung stetig zu steigern. Ferner besteht die Neigung, diese Ketten in Maschinen der Art zu verwenden, welche wiederholte schnelle Beschleunigung, schnelle Verzögerung oder Rücklauf erfordern, wo die augenblickliche Spannung extrem hoch ist. Andererseits dient ein Bolzen als Scher- und

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Biegeelement, wenn Spannung auf die Kette aufgebracht wird, so daß er fest und zäh sein muß. Der Bolzen bildet eine Buchse und ein Lager, welche so ebenfalls Abriebfestigkeit erfordern, insbesondere wenn bei hoher Drehzahl die Schmierung streut und schwierig den Lagerabschnitt erreichen kann. Sogar wenn Schmiermittel zugeführt wird, wird die Flächenpressung aufgrund der hohen Spannung unvermeidlich gesteigert. Ketten werden häufig unter extrem schlechten Verhältnissen verwendet, sodaß sie lediglich einmal mit Fett versehen werden, ehe sie in Benutzung genommen werden und dann niemals wieder. Daher ist es wichtig, sie so zu behandeln, daß sie eine Oberflächenhärte haben, die so hoch wie möglich ist, sowie eine gute Abriebfestigkeit haben. Demzufolge wird für Bolzen vorzugsweise ein Material verwendet, das eine gewisse Zähigkeit aufweist und im allgemeinen wird ein niedrig gekohlter einsatzgehärteter Stahl verwendet. Dieser hat im wesentlichen weniger als o,23 % Kohlenstoff und andere Legierungselemente, z.B. Cr, Nb, Mo, Hn, usw. Andererseits sind in der Vergangenheit die Ketten während des Betriebes in den meisten Fällen aufgrund Ermüdung einer Lasche gebrochen und der Bolzen aus dem niedrig gekohlten, einsatzgehärteten Stahl ist kaum gebrochen. Wenn die Kette jedoch in der beschriebenen Weise eine große Spannung aufnimmt, wird in vielen Fällen der Bolzen durch einen ungefähr statischen Bruch auf Grund der Scherung und Biegung gebrochen, ehe die Lasche bricht. Das heißt, daß in einem solchen Fall die Festigkeit des niedrig gekohlten einsatzgeharteten Stahles nicht ausreicht, sodaß ein Verfahren zum Erhöhen der Festigkeit vorgeschlagen wird, bei welchem eine Stahllegierung mit mittlerem Kohlenstoffgehalt abgeschreckt und getempert wird. Jedoch ist die Zugfestigkeit der Kette, welche einen Bolzen mit einer Oberflächenfestigkeit aufweist, die durch Aufkohlen oder Aufkohlen und Nitrieren eines Rohlings aus dem Stahl mit mittlerem Kohlenstoff gleich der des niedrig gekohlten eines gehärteten Stahles ist, erheblich niedriger als die der Kette, welche einen Bolzen aus dem niedrig gekohlten einsatzgeharteten Stahl enthält. Hierfür gibt

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es verschiedene Gründe. Einer besteht darin, daß bein Aufkohlen des niedrig gekohlten einsatzgehärteten Stahles das Abschrecken aufgrund des Unterschiedes der Kohlenstoffkonzentration zv/ischen der Oberfläche und dem Kern unterschiedlich ist und eine Druckbeanspruchung in der Oberfläche erzeugt, um die Entstehung von Brüchen in der spröden Oberfläche zu erzeugen, während beim Aufkohlen des Stahles mit mittlerem Kohlenstoffgehalt das Abschrecken zv/ischen der Oberfläche und dem Kern nicht so unterschiedlich ist und daher eine kleine verbleibende Druckspannung vorhanden ist, sodaß durch Biegebeanspruchung Brüche erzeugt werden und den Kern unmittelbar beeinflussen. Dies bedeutet, daß bei Verwendung des Bolzens aus einer Stahllegierung mit mittlerem Kohlenstoffgehalt zur Erzeugung einer Kette mit großer Zugfestigkeit ein nahezu tödlicher Fehler auftritt, sodaß die Oberflächenfestigkeit nicht erhöht v/erden kann und die Lebensdauer verringert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Bolzen für eine Stahlkette mit erhöhter Zugfestigkeit und verbessertem Abnutzungswiderstand zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Bolzen der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Oberfläche des Rohlings eine Oberflächenschicht mit einem ferritischen Gefüge aufweist, in welche mindestens eines der Elemente, wie Si, B, Cr, W, Mo, V, Ti, Al, Be, Zr, Nb, usw., welche eine Grenze im Zustandsdiagramm von Stahl vergrößern, diffundiert und mitdiesem durchsetzt ist, und daß feine und kuglige Karbidpartikel dieses Elementes in der Oberflächenschicht verteilt sind, und daß der Rohling abgeschreckt und getempert ist.

Weiter wird durch die Erfindung ein Bolzen für eine Stahlkette geschaffen, die außerordentlich dauerhaft gegen die Belastung bei Betrieb mit hoher Geschwindigkeit oder bei Stößen ist, sogar bei mangelhafter Schmierung.

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So wird durch die Erfindung ein Bolzen für eine Kette mit einer extrem größeren Zugfestigkeit geschaffen als sie ein herkömmlicher Bolzen aus niedrig gekohltem einsatzgehärtetem Stahl aufweist, indem ein Rohling aus einer Stahllegierung mit mittlerem Kohlenstoffgehalt vergütet wird, wobei mindestens eines oder verschiedene Elemente wie Mi, Cr, T-Tn, Si, Ho, V usw. zu dem Kohlenstoff von ungefähr o,2 3 bis o,5 % hinzugefügt v/erden.

So wird erfindungsgemäß eine Schicht mit einem relativ v/eichen gleichförmigen ferritischem Gefüge an der Oberfläche des Rohlings aus einer Stahllegierüng mit mittlerem Kohlenstoffgehalt ausgebildet und eine große Anzahl von Karbid- oder Nitridpartikel von extrem harten, feinen und kugligen Elementen z.B. Hi, Cr, Iln, Si usv/., wie sie oben beschrieben wurden, sind in dieser Oberflächenschicht eingelagert. Weil diese Partikel in der relativ v/eichen Schicht verteilt sind, sind sie beispielsweise leicht in die Schicht durch den auf eine Reibfläche zwischen dem Bolzen und der Buchse wirkenden Druck einzubetten, so daß sie gut mit der Cegenfläche zusammenpassen und den aufgebrachten Druck verteilen. Andererseits ist die Oberflächenschicht sehr hart, v/eil die Partikel an sich in der Oberflächenschicht verteilt sind. Der Schmutz, der Sand oder dergleichen, die in einen Spalt zwischen den Bolzen und der Buchse eindringen, v/erden zerstört und pulverisiert, wobei die Oberflächen der Buchse oder dergleichen nicht beschädigt werden. Außerdem ragen diese Partikel in einem frühen Stadium der Abnutzung leicht aus der Oberfläche heraus und die Vorsprünge wirken als Widerstände gegen die Abnutzung, sodaß sie diese erheblich verringern und die neben den Vorsprüngen liegenden Stellen dienen wie ölspeicher, um die Schmierung zu bev/irken, sodaß die v/eitere Abnutzung bequem verhindert wird.

Die zuvor beschriebene Oberflächenschicht wird so hergestellt, daß sie schwierig durch Wärmebehandlung des-Rohlings aus einer Stahllegierung mit mittlerem Kohlenstoffgehalt in ihrer Struktur

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geändert werden kann. Hierfür wird eine Oberflächenschicht durch Diffundieren und Durchdringen mit mindestens einem der Elemente, wie Si, B, Cr, W, Mo, Ti, Al, Be, Sr, Ta, L, W usw., gebildet, die eine Begrenzung in einem Zustandsdiagramm von Stahl an der Oberfläche des Rohlings vergrößern. Wenn dieses Element fest im Stahl mit einem Wert über einer bestimmten Konzentration gelöst ist, wird das Gefüge ungeachtet der Temperatur ferritisch, wodurch die Struktur der Oberflächenschicht schwer änderbar wird und der Rohling abgeschreckt und getempert werden kann und aufgrund de? relativ weichen Ferrits keine "Gefahr der Erzeugung von Brüchen besteht, sogar wenn Biegekräfte auf den Bolzen aufgebracht werden. Darüber hinaus wird die Oberflächenschicht aufgrund des extrem festen Haftens zwischen der Oberflächenschicht und dem Rohling nicht abgestreift, auch wenn schlagartige Belastung auftritt.

Weiter werden erfindungsgemäß die feinen und kugligen,in der Oberflächenschicht verteilten Partikel in Form einer Verbindung des Elementes, z.B. Ni, Cr, usw., mit Kohlenstoff oder Stickstoff ausgebildet. Dieser Kohlenstoff oder Stickstoff ist ursprünglich im Rohling enthalten oder als Ergebnis eines Aufkohlens oder ' Aufkohlens und Nitrierens vor dem oder nach dem Diffundieren oder gleichzeitig mit demselben enthalten, so dass die Bildung der Karbide oder Nitride erleichtert ist.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

einen Teil einer teilweise geschnittenen Rollenkette, und

Fig. 2

eine erläuternde Darstellung, welche einen Schnitt des erfindungsgemäßen Bolzens zeigt. ·

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Bei der in Fig. 1 gezeigten Rollenkette ist eine Buchse 2 frei auf einem an einer Lasche 4 befestigten Bolzen 1 angebracht. Der Bolzen 1 und die Buchse weisen einen Lagerabschnitt auf und eine Lasche 5 ist an der Buchse 2 befestigt, um einen abgelenkten Abschnitt der Kette zu bilden. Ferner ist eine Rolle 3 drehbar auf die Buchse 2 aufgepaßt und steht mit einem nicht dargestellten Zahnkettenrad in Eingriff. In Fig. 2 bezeichnet a ein Martensitgefüge, b bezeichnet eine gestreute Oberflächenschicht aus Ferrit, c bezeichnet eine große Anzahl feiner kugelförmiger Karbidpartikel, die in der Oberflächenschicht b verteilt sind und bezeichnet eine Zwischenschicht, die manchmal als Hartensit anstelle von Ferrit erscheint, weil sie einen geringeren Gehalt an diffundierten Teilchen enthält. Allgemein ist es nicht möglich, eine bessere Wirkung zu erzielen, wenn die Dicke der Oberflächenschicht geringer als 3 ,um ist und die Biegefestigkeit wird dagegen abgesenkt, wenn sie zu dick ist. Daher ist es notwendig, den Durchmesser des Bolzens 1 zweckmäßig festzulegen.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden die folgenden Beispiele beschrieben.

Beispiel 1:

Der aus SCH 3 gemäß JIS (Japanese Industrial Standard) hergestellte Bolzen 1 wird in einem geschlossenem Gehäuse erwärmt, das mit einem Gemisch folgender Zusammensetzung gefüllt ist:

Ferrochrom 65 %

Aluminiumoxid 34 % ■

Ammoniumchlorid 1 %

Dieses Verfahren ist eine Technik, die unter der Bezeichnung Inchromieren bekannt ist, wobei auf der Oberfläche des Bolzens eine diffuse Chromschicht von 5 bis 1o /um gebildet wird, wenn der Bolzen erwärmt und 3 Stunden lang auf einer Temperatur von

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95o C gehalten wird. Der im Rohling aus SCH 3 enthaltene Kohlenstoff bildet eine Chromverbindung, die in der diffundierten Schicht in Form extrem harter feiner Partikel eingelagert ist. Dann wird der Bolzen 1 auf die Anlaßtemperatur des sen erwärmt,, d.h. auf 85o C und nach dem Anlassen bei einer geeigneten Temperatur getempert. Durch das oben beschriebene Verfahren wird ein Bolzen mit einem Schnitt erhalten, wie er in Fig. 2 gezeigt ist. Die Härte der diffusen Oberflächenschicht aus Ferrit würde etwa 6oo - Boo Hv (Vickershärte) betragenund die geschätzte Härte der Partikel c aus feinen kugligen Karbiden würde 15oo - 17oo Hv betragen. Wenn tatsächlich mit 2oo g Mikro-Vickers gemessen wird, wird im Durchschnitt eine Härte von 1ooo - 13oo Hv erreicht und ferner tritt die Zwischenschicht d als Martensit anstatt Ferrit auf, obwohl ein gewisser Chromanteil darin enthalten ist.

Beispiel 2: .

Um die Ilenge der feinen kugligen Karbide des Beispiels 1 zu steigern, werden, etwa 1o % eines Aufkohlungsmittel mit der folgenden Zusammensetzung zum Chromierstoff für die Durchführung der Dispersionsbehandlung hinzugefügt. Das weitere Verfahren entspricht dem Beispiel 1.

Bariumcarbonat 45 %

Aktivkohle 55 %

Durch dieses Verfahren wird die diffundierte Chromschicht etwas verringert, jedoch die feinen kugligen Karbidpartikel c vermehrt und die Härte der diffundierten Oberflächenschicht b beträgt 13oo - 15oo Hv.

Beispiel 3:

Metallnitride v/erden auch durch Verwendung von Aufkohlungsund ITitrierstoffen gebildet, welche die folgende Zusammensetzung anstelle des im Beispiel 2 beschriebenen Aufkohlungsmittels aufweisen:

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Kalkstickstoff 3o %

wasserfreier Harnstoff To %

Bariumoxalat 15 %

Aktivkohle 45 %

Dieses Gefüge ist jedoch sehr hart und hat feine Partikel, so daß die Wirkung dieselbe wie die der Karbide ist.

Die den aus einer Stahllegierung mit mittlerem Kohlenstoffgehalt hergestellten und in der vorhergehenden Weise behandelten Bolzen 1 enthaltende Kette hat eine gute Abriebfestigkeit und ihre Festigkeit ist im Vergleich zu herkömmlichen Ketten außerordentlich verbessert. Ferner hat die vorliegende Kette bei schwierigen Arbeitsbedingungen, z.B. hoher Geschwindigkeit und starker Belastung oder schlagartiger Belastung oder unzureichender Schmierung usw., ihre gute Lebensdauer und ist insbesondere für Kraftübertragungen am besten geeignet.

Während im Vorhergehenden Beispiele beschrieben wurden, bei welchen ein Rohling aus einer Stahllegierung mit mittlerem Kohlenstoff gehalt für- den Bolzen 1 benutzt wurde, versteht es sich aus der vorhergehenden Beschreibung, daß die gleichen ausgezeichneten Abriebfestigkeiten ebenso durch Verwendung herkömmlichen einsatzgehärteten Stahls erreicht werden können.

Während die Erfindung in Verbindung mit dem Bolzen 1, der eines der wichtigsten Teile unter den Bauteilen einer Kette ist, beschrieben wurde, kann die Erfindung auch auf die Buchse 2, die Rolle 3., die Lasche 4 und die Lasche 5 nicht anders als beim Bolzen 1 angewandt werden, wenn es notwendig ist. Zusätzlich wird Korrisionswiderstand durch das Chromieren erreicht, sodaß die Erfindung auf Ketten verschiedener Art und Größen anwendbar ist und die Qualität.außerordentlich verbessert wird. *

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Kürz zusammengefaßt wird mit der Erfindung ein Bolzen für eine Stahlkette geschaffen, der aus einem Rohling aus einer Stahllegierung mit mittlerem Kohlenstoff-Gehalt hergestellt ist, dessen Oberfläche eine ein ferritisches Gefüge aufweisende Oberflächenbeschichtung besitzt, in die mindestens ein Element diffundiert und hindurchgetreten ist und feine kuglige Verbindungspartikel dieses Elementes in der Oberflächenschicht verstreut aufweist, wobei der Rohling angelassen und getempert ist.

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Claims

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P aten tansprüche

.j Bolzen für eine Stahlkette aus-einem Rohling .aus einer Stahllegierung mit mittlerein Kohlenstoffgehalt, dadurch gekennzeichnet , ' daß die Oberfläche des Rohlings eine Oberflächenschicht mit einem ferritischen Gefüge aufweist, in welche mindestens eines der Elemente, wie Si, B, Cr, W, Mo, V, Ti, Λ1, Be, Zr, Nb, usw., welche eine Grenze im Zustandsdiagramm von Stahl vergrößern, diffundiert und mit diesem durchsetzt ist, und daß feine und kuglige Karbidpartikel dieses Elementes in der Oberflächenschicht verteilt sind, und daß der Rohling abgeschreckt und getempert ist.
2. Bolzen für eine Stahlkette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Partikel von Metallnitriden in der Oberflächenschicht verteilt sind, die an der Oberfläche des Rohlings aus einer Stahllegierung mit mittlerem Kohlenstoffgehalt gebildet sind.
3. Bolzen für eine Stahlkette nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Karbidpartikel und Nitridpartikel vom selben Element bzw. denselbenElementen stammen.

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