DE3808460A1

DE3808460A1 - Verschleissfeste sinterlegierung auf eisen-basis und aus dieser legierung bestehender synchronring fuer einen geschwindigkeitsregler

Info

Publication number: DE3808460A1
Application number: DE3808460A
Authority: DE
Inventors: Hidetoshi Akutsu
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1987-03-13
Filing date: 1988-03-14
Publication date: 1988-09-22
Also published as: KR910002918B1; US4943321A; KR880011354A

Description

Die Erfindung betrifft eine verschleißfeste Sinterlegierung auf Eisen-Basis mit hoher Zähigkeit und Verschleißfestigkeit. Die Erfindung betrifft außerdem einen Synchronring zur Verwendung in einem Automobil-Geschwindigkeitsregler (speed variator), der nicht nur hohe Festigkeit und Verschleißfestigkeit aufweist, sondern auch gute Kompatibilität mit der Berührungsfläche eines Gegenstücks.

Eine perspektivische Ansicht eines typischen Synchronrings zur Verwendung in einem Automobil-Geschwindigkeitsregler ist in Fig. 1 gezeigt. Die Innenfläche (1) des Rings wird unter hohem Druck in intermittierenden Oberflächenkontakt mit einem rotierenden verjüngten Kegel gebracht, und der Außenumfang des Rings ist mit in Abständen angeordneten Vorsprüngen (2) versehen, welche in Einschnitte auf einer angepaßten Nabenhülse eingreifen. Damit der Synchronring seine Funktion ausüben kann, muß er hohe Festigkeit, hohe Verschleißfestigkeit und hohe Kompatibilität mit seinem Gegenstück aufweisen. Synchronringe wurden daher normalerweise aus hochfestem Messing hergestellt, welches diese Eigenschaften aufweist. Synchronringe mit stiftartigem Querschnitt sind ebenfalls erhältlich; diese haben auf der äußeren Umfangseite ein Gewindeteil, das in den angepaßten verjüngten Kegel eingreift.

Der Wunsch, das Gewicht von Geschwindigkeitsreglern zu vermindern und ihre Ausgangsleistung zu erhöhen wächst ständig. Dadurch wurde die Notwendigkeit verursacht, einen Synchronring zu entwickeln, der noch höhere Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Kompatibilität mit der Berührungsfläche eines Gegenstücks aufweist. Diese Erfordernisse können jedoch durch die bisher bekannten Synchronringe, die aus hochfestem Messing bestehen, nicht vollständig erfüllt werden.

Erfindungsgemäß wurden daher Untersuchungen durchgeführt mit dem Ziel, einen Synchronring für Geschwindigkeitsregler zu entwickeln, der in der Lage ist, die oben angegebenen Erfordernisse zu erfüllen. Dabei wurde festgestellt, daß dieses Ziel durch eine neue Sinterlegierung auf Eisen- Basis und einen daraus hergestellten Synchronring erreicht werden kann. Die Legierungen und der daraus hergestellte Synchronring erfüllen folgende Spezifikationen:

Erfindungsgemäß wird eine Sinterlegierung auf Eisen-Basis zur Verfügung gestellt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie 0,1 bis 0,9 Gew.-% C, wenigstens ein Wahl-Element, welches unter 0 bis 6 Gew.-% wenigstens eines der Elemente Mn, Cr und Mo, 0 bis 6 Gew.-% wenigstens eines der Elemente Ni und Cu und 0 bis 0,5 Gew.-% B ausgewählt ist, und zum restlichen Anteil Fe und unwesentliche Verunreinigungen enthält, wobei Si, S und P als unwesentliche Verunreinigungen in einer Gesamtmenge nicht über 0,5 Gew.-% zugegen sind, und daß die Sinterlegierung eine Porosität von 0,05 bis 5 Vol.-% aufweist.

Der erfindungsgemäße Synchronring, der aus der verschleißfesten Sinterlegierung auf Eisen-Basis hergestellt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung 0,1 bis 0,9 Gew.-% C, wenigstens ein Wahl-Element, welches unter 0 bis 6 Gew.-% wenigstens eines der Elemente Mn, Cr und Mo, 0 bis 6 Gew.-% wenigstens eines der Elemente Ni und Cu und 0 bis 0,5 Gew.-% B ausgewählt ist, und zum restlichen Anteil Fe und unwesentliche Verunreinigungen enthält, wobei Si, S und P als unwesentliche Verunreinigungen in einer Gesamtmenge nicht über 0,5 Gew.-% zugegen sind, und daß die Sinterlegierung eine Porosität von 0,05 bis 5 Vol.-% aufweist.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Synchronrings ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Oberfläche der oben beschriebenen Sinterlegierung, die dafür vorgesehen ist, mit einem angepaßten verjüngten Kegel in Gleitkontakt zu kommen, entweder mit einer Schicht aus einer harten Ni-P-Verbindung in einer durchschnittlichen Dicke von 3 bis 80 µm oder mit einer nitridierten Schicht in einer durchschnittlichen Dicke von 3 bis 200 µm versehen ist.

Der Synchronring gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere ein solcher, der der bevorzugten Ausführungsform entspricht, weist hohe Festigkeit und Verschleißfestigkeit sowie gute Kompatibilität mit der Berührungsfläche eines angepaßten Gegenstücks auf. Er ist damit geeignet für die Verwendung in Geschwindigkeitsreglern und erhöht deren Ausgangsleistung und reduziert dabei gleichzeitig deren Gewicht.

Die Erfindung wird nachstehend ausführlicher beschrieben. In der Beschreibung, wie auch in den Patentansprüchen, bedeuten Prozent-Angaben Gew.-%, sofern nicht ausdrücklich anderes angegeben wird. Die Erfindung wurde aufgrund der vorstehend erläuterten Untersuchungen fertiggestellt.

In einer Hinsicht betrifft die Erfindung eine verschleißfeste Sinterlegierung auf Eisen-Basis, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie 0,1 bis 0,9 Gew.-% C, wenigstens ein Wahl-Element, welches unter 0 bis 6 Gew.-% wenigstens eines der Elemente Mn, Cr und Mo, 0 bis 6 Gew.-% wenigstens eines der Elemente Ni und Cu und 0 bis 0,5 Gew.-% B ausgewählt ist, und zum restlichen Anteil Fe und unwesentliche Verunreinigungen enthält, wobei Si, S und P als unwesentliche Verunreinigungen in einer Gesamtmenge nicht über 0,5 Gew.-% zugegen sind, und daß die Sinterlegierung eine Porosität von 0,05 bis 5 Vol.-% aufweist.

Die Erfindung betrifft außerdem einen Synchronring mit hoher Festigkeit und Verschleißfestigkeit und guter Kompatibilität mit der Berührungsfläche eines Gegenstücks zur Verwendung in einem Geschwindigkeitsregler, wobei der Synchronring aus einer Sinterlegierung auf Eisen-Basis hergestellt ist. Diese Legierung enthält 0,1 bis 0,9 Gew.-% C, wenigstens ein Wahl-Element, welches unter 0 bis 6 Gew.-% wenigstens eines der Elemente Mn, Cr und Mo, 0 bis 6 Gew.-% wenigstens eines der Elemente Ni und Cu und 0 bis 0,5 Gew.-% B ausgewählt ist und zum restlichen Anteil Fe und unwesentliche Verunreinigungen enthält, und weist eine Porosität von 0,05 bis 5 Vol.-% auf.

Die Erfindung betrifft außerdem einen Synchronring zur Verwendung in einem Geschwindigkeitsregler, der aus einer Sinterlegierung auf Eisenbasis hergestellt ist, wobei diese Legierung 0,1 bis 0,5 Gew.-% C, wenigstens ein Wahl- Element, welches unter 0 bis 6 Gew.-% wenigstens eines der Elemente Mn, Cr und Mo, 0 bis 6 Gew.-% wenigstens eines der Elemente Ni und Cu und 0 bis 0,5 Gew.-% des Elements B ausgewählt ist, und zum restlichen Anteil Eisen und unwesentliche Verunreinigungenn enthält, eine Porosität von 0,05 bis 5 Vol.-% aufweist und wenigstens auf der Oberfläche, die in Gleitkontakt mit einem verjüngten Kegel kommt, mit einer Schicht aus einer harten Ni-P-Verbindung in einer durchschnittlichen Dicke von 3 bis 80 µm oder mit einer nitridierten Schicht in einer Dicke von 3 bis 200 µm versehen ist.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines typischen Synchronrings zur Verwendung in einem Geschwindigkeitsregler.

Die kritische Bedeutung der Zusammensetzung der vorstehend genannten Legierungen und der Porosität des Materials für den Synchronring der vorliegenden Erfindung sowie die Bedeutung der Überzugsschichten, die gegebenenfalls auf die Oberfläche der Legierung aufgebracht werden können, werden nachfolgend näher erläutert.

(a) C

Die Kohlenstoff-Komponente hat die Fähigkeit, die Festigkeit und Verschleißfestigkeit der Legierung zu erhöhen.

Wenn der Kohlenstoff-Gehalt niedriger als 0,1 Gew.-% liegt, kann die beabsichtigte Wirkung nicht erreicht werden. Wenn der Kohlenstoff-Gehalt 0,9 Gew.-% überschreitet, wird die Zähigkeit der Legierung vermindert, während ihre Aggressivität gegenüber der Berührungsfläche mit dem Gegenstück erhöht wird. Aus diesen Gründen ist der Kohlenstoff-Gehalt auf einen Bereich von 0,1 bis 0,9 Gew.-% beschränkt.

(b) Mn, Cr und Mo

Neben ihrer Fähigkeit, die Festigkeit und Zähigkeit der Legierung zu verbessern, bilden diese Wahlkomponenten Carbide, die für eine verbesserte Verschleißfestigkeit sorgen. Sie tragen außerdem zu einer erhöhten Härte der Legierung bei und beugen dadurch einem Verschleiß aufgrund eines plastischen Flußes vor. Wenn der Gehalt an einem dieser Elemente geringer als 0,1 Gew.-% ist, sind diese Auswirkungen nicht erreichbar. Wenn der Gehalt an einem dieser Elemente 6 Gew.-% übersteigt, resultiert daraus keine weitere Verbesserung der obengenannten Eigenschaften. Aus ökonomischen Gründen werden diese Komponenten vorzugsweise in Mengen von 0,1 bis 6 Gew.-% in den Legierungen verwendet.

(c) Ni und Cu

Diese Elemente, die ebenfalls Wahl-Komponenten sind, haben die Eigenschaft, die Festigkeit, Zähigkeit, Widerstandsfestigkeit und Kompatibilität der Legierung mit der Berührungsfläche eines Gegenstücks zu verbessern. Wenn der Gehalt an einem dieser Elemente geringer als 0,2 Gew.-% ist, sind die obengenannten Wirkungen nicht erreichbar. Wenn der Gehalt an einem dieser Elemente 6 Gew.-% übersteigt, ist damit keine weitere Verbesserung der obengenannten Eigenschaften verbunden. Daher werden diese Komponenten vorzugsweise in Mengen von 0,1 bis 6 Gew.-% einbezogen.

(d) B

Bor hat die Fähigkeit, nicht nur die Sintereigenschaften, sondern auch die Zähigkeit und Festigkeit der Legierungen zu verbessern und kann den Legierungen - sofern erforderlich - zugesetzt werden. Wenn der Gehalt an B geringer als 0,02 Gew.-% ist, lassen sich die beabsichtigten Wirkungen nicht erreichen. Wenn der Gehalt an B 0,5 Gew.-% überschreitet, vermindert sich die Zähigkeit der Legierung. Daher wird der Gehalt an B vorzugsweise auf einen Bereich von 0,02 bis 0,5 Gew.-% begrenzt.

Die Legierung, aus der der Synchronring der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, kann Si, S und P als unwesentliche Verunreinigungen enthalten. Wenn der Gesamtgehalt an diesen Verunreinigungen 0,5 Gew.-% überschreitet, nimmt die Festigkeit und Zähigkeit der Legierung ab. Daher dürfen Si, S und P als unwesentliche Verunreinigungen nicht in Mengen oberhalb von 0,5 Gew.-% zugegen sein.

(e) Porosität

Die Poren der Sinterlegierung, besonders diejenigen, die sich an den Vorsprüngen an der Außenkante des Synchronrings finden, dienen als Speicher für Öl in der praktischen Anwendung. Sie ermöglichen dem Ring, leichtgängig in die Einschnitte eines angepaßten Gegenstücks, d. h. einer Nabenhülse, einzugreifen und stellen so eine effiziente Anpassung an die Nabenhülse sicher. Zusätzlich verbessern diese Poren auch die anfängliche Anpassung der inneren Oberfläche des Rings und beugen so ihrem Verschleiß durch Reibung vor. Wenn außerdem auf der Oberfläche des Rings, die dazu bestimmt ist, in Gleitkontakt mit dem Gegenstück zu kommen, eine Schicht aus einer Ni-P-Verbindung oder eine nitridierte Schicht gebildet ist, tragen die Poren zu einer Erhöhung der Dicke dieser Schichten dadurch bei, daß sie das Eindringen dieser Schichten in die Oberfläche des Rings fördern und dies führt zu einer verbesserten Verschleißfestigkeit des Rings. Die Poren haben auch die Fähigkeit, eine normale Lebensdauer dadurch sicherzustellen, daß sie dazu beitragen, auf den inneren Oberflächen der Poren einen dünnen Oxidfilm zu bilden. Wenn die Porosität der Sinterlegierung geringer als 0,05 Vol.-% ist, sind die oben erwähnten Auswirkungen nicht zu erreichen, wenn die Porosität 5 Vol.-% übersteigt, wird die Festigkeit der Legierung auf einen Wert vermindert, der für praktische Zwecke nicht annehmbar ist. Daher ist die Porosität der erfindungsgemäßen Sinterlegierung auf einen Bereich von 0,05 bis 5 Vol.-% beschränkt.

(f) Durchschnittliche Dicke der Schicht aus einer Ni-P-Verbindung

Wenn die durchschnittliche Dicke der Schicht aus einer Ni-P-Verbindung geringer als 3 µm ist, kann die gewünschte hohe Verschleißfestigkeit der Legierung nicht über einen längeren Zeitraum sichergestellt werden. Wenn die durchschnittliche Dicke dieser Schicht 80 µm übersteigt, wird ihre Zähigkeit vermindert, daher sollte die durchschnittliche Dicke der Schicht aus einer Ni-P-Verbindung, sofern sie überhaupt gebildet wird, auf einen Bereich von 3 bis 80 µm beschränkt sein.

(g) Durchschnittliche Dicke der nitridierten Schicht

Wenn die durchschnittliche Dicke der nitridierten Schicht geringer als 3 µm ist, kann die gewünschte hohe Verschleißfestigkeit nicht über einen längeren Zeitraum sichergestellt werden. Wenn die durchschnittliche Dicke dieser Schicht 200 µm übersteigt, wird ihre Zähigkeit vermindert. Daher sollte die Dicke der nitridierten Schicht, insofern sie überhaupt gebildet wird, auf einen Bereich von 3 bis 200 µm beschränkt sein.

Die nachfolgenden Beispiele dienen der weiteren Verdeutlichung der Erfindung, ohne daß diese auf die Beispiele beschränkt sein soll.

Beispiel 1

Graphit, Cu, Ni, eine Fe-B-Legierung (Gehalt an B 15%) und Fe (alle Komponenten in Pulverform mit einer Teilchengröße kleiner als 0,075 mm (200 mesh) wurden als Ausgangsmaterialien verwendet. Die Pulvermaterialien wurden entsprechend den in Tabelle 1 angegebenen Rezepturen zusammengestellt, miteinander unter üblichen Bedingungen vermischt, bei einem Druck von 539 MPa (5,5 Tonnen/cm²) zu Preßlingen verpreßt und bei vorbestimmten Temperaturen im Bereich von 700 bis 900°C geglüht. Einige der geglühten Preßlinge wurden bei niedrigen Temperaturen und bei Drücken im Bereich von 589 bis 785 MPa (6 bis 8 Tonnen/cm²); (in Tabelle 1 in der linken Spalte unter "Bemerkungen" mit "positiv" gekennzeichnet) nochmals gepreßt. Alle gesinterten Preßlinge einschließlich derer, die einem zweiten Pressen unterworfen worden waren, wurden in Ammoniak-Zerfalls- Gas gesintert, indem man sie eine Stunde lang bei vorbestimmten Temperaturen im Bereich von 1000 bis 1200°C hielt. Auf diesem Wege wurden Sinterkörper mit im wesentlichen derselben Zusammensetzung hergestellt, wie sie auch die jeweiligen Pulvermischungen bei Beginn aufwiesen. Einige dieser Sinterkörper wurden bei Temperaturen im Bereich von 800 bis 1000°C hitzegeschmiedet; dies ist in Tabelle 1 in der rechten Spalte unter "Bemerkungen" durch den Zusatz "positiv" angegeben. Als Folge dieser Behandlungsschritte wurden 21 Proben von Synchronringen aus Sinterlegierungen auf Eisen-Basis hergestellt, die die in Tabelle 1 angegebenen Porositäten aufwiesen und Kombinationen von Si, S und P als unwesentliche Verunreinigungen beinhalteten. Deren Gesamtgehalte sind ebenfalls in Tabelle 1 angegeben. 16 dieser Proben lagen im Bereich der vorliegenden Erfindung (Proben Nr. 1 bis 16); die verbleibenden Proben waren die Vergleichsproben Nr. 1 bis 5. Jeder der Synchronringe hatte einen Durchmesser (auf der Innenseite) von 62 mm und eine Dicke von 8 mm. Die Ringe wiesen außerdem 18 Vorsprünge auf der äußeren Umfangseite auf. Auf der Oberfläche des Rings, die dafür vorgesehen war, in Gleitkontakt mit einem verjüngten Kegel zu kommen, war eine 0,8 mm dicke Futterschicht auf Basis von Cellulosefasern mit einem Haftmittel befestigt.

Die Vergleichsbeispiele 1 bis 5 lagen entweder hinsichtlich ihres Gehalts an einem oder mehreren darin enthaltenen Elementen oder hinsichtlich der Porosität außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung; dies ist in Tabelle 1 mit einem Stern markiert.

Die Vickers-Härte der Proben der Synchronringe aus Sinterlegierung wurde gemessen. Die Ringe wurden außerdem einem Schleiftest unter folgenden Bedingungen unterworfen:

Drehgeschwindigkeit des verjüngten Kegels:800 Upm (rpm) Längskraft auf den verjüngten Kegel:40 kg Material des verjüngten Kegels bzw. der Nabenhülse als Gegenstück:gekohlter,
gehärteter Stahl
(JIS SCM-21) Synchronisationszeit:0,3 bis 0,4 s
(über 10⁵ Zyklen) Öl:Einsatzöl Nr. 80 Öltemperatur:60°C

Im Schleiftest wurden die Körper der Synchronringe auf das Auftreten von Rissen, das Maß an Längsverschiebung aus der normalen Synchronisationslage aufgrund von Verschleiß und das Vorhandensein irgendwelcher Anomalitäten während der Synchronisation hin überprüft. Die Vorsprünge wurden auf das Ausmaß an maximalem Verschleiß, das Auftreten von Rissen und das Auftreten irgendwelcher Anomalitäten während der Synchronisation hin überprüft. Die Testergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle 1

Tabelle 2

Beispiel 2

Mangan, Mo, Cr, Graphit, Cu, Ni, eine Fe-B-Legierung (15 Gew.-% B), eine Fe-Mn-Legierung (25 Gew.-% Mn), eine Fe-Cr-Legierung (18 Gew.-% Cr) und Eisen (alle in Pulverform mit einer Teilchengröße kleiner als 0,075 mm (200 mesh)) wurden als Ausgangsmaterialien verwendet. Diese Pulver wurden entsprechend den in Tabelle 3 angegebenen Rezepturen zusammengestellt und den in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensschritten unterworfen. Dabei wurden 27 Legierungen und daraus entsprechend 27 zusätzliche Proben von Synchronringen hergestellt, von denen 22 (Proben Nr. 17 bis 38) der vorliegenden Erfindung entsprachen und die verbleibenden fünf Proben Vergleichsproben Nr. 6 bis 10 waren.

Die Vergleichsproben Nr. 6 bis 10 liegen infolge ihres Gehalts an einem oder mehreren der darin enthaltenen Elemente oder infolge ihrer Porosität außerhalb der Definitionen der vorliegenden Erfindung; dies ist in Tabelle 3 mit einem Stern markiert.

Die Vickers-Härte wurde an den Probestücken der gesinterten Synchronringe gemessen. Die Synchronringe wurden außerdem einem Verschleißtest unter denselben Bedingungen unterworfen, wie sie auch in Beispiel 1 zur Messung derselben Parameter angegeben sind. Die Testergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.

Tabelle 3

Tabelle 4

Die in den Tabellen 3 und 4 zusammengefaßten Versuchsergebnisse zeigen, daß die Proben Nr. 17 bis 38 von Synchronringen, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, eine hohe Härte und eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Rißbildung und Verschleiß zeigen, während sie sich gut an die Berührungsfläche der jeweiligen Gegenstücke anpassen. Andererseits sind die Proben der Vergleichsbeispiele Nr. 6 bis 10 in Hinsicht auf irgendeines der notwendigen Merkmale der vorliegenden Erfindung außerhalb der Bereiche, die für die einzelnen Merkmale definiert sind. Sie sind daher im Hinblick auf eine oder mehrere der obengenannten charakteristischen Eigenschaften den Proben der vorliegenden Erfindung unterlegen.

Beispiel 3

Graphit, Cu, Fe, Mo, Cr, Mn, Ni, eine Fe-B-Legierung (12% Bor-Gehalt), eine Fe-Mn-Legierung (30% Mangan-Gehalt) und eine Fe-Cr-Legierung (15% Chromgehalt) (alle Komponenten in Pulverform mit einer Teilchengröße kleiner als 0,075 mm (200 mesh)) wurden als Ausgangsmaterialien verwendet. Diese Pulver wurden entsprechend den in Tabelle 5 angegebenen Rezepturen zusammengestellt, miteinander unter üblichen Bedingungen vermischt, unter einem Druck von 539 MPa (5,5 Tonnen/cm²) zu Preßlingen verpreßt und bei vorbestimmten Temperaturen im Bereich von 700 bis 900°C geglüht. Einige der geglühten Preßlinge wurden bei 785 MPa (6 bis 8 Tonnen/cm²) nochmals gepreßt; dies wird in Tabelle 5 in der linken Spalte unter "Bemerkungen" durch das Zeichen "+" indiziert.

Alle gesinterten Preßlinge einschließlich derer, die einer zweiten Pressung unterworfen worden waren, wurden in einem Ammoniakzerfalls-Gas dadurch gesintert, daß man sie für eine Stunde bei vorbestimmten Temperaturen im Bereich von 1000 bis 1200°C hielt. Dadurch wurden Sinterkörper mit einer Zusammensetzung hergestellt, die im wesentlichen derjenigen der jeweiligen Ausgangs-Pulvermischungen entsprach.

Einige dieser Sinterkörper wurden bei Temperaturen im Bereich von 800 bis 1000°C heißgeschmiedet; dies wird in Tabelle 5 in der rechten Spalte unter "Bemerkungen" durch das Zeichen "+" gekennzeichnet.

Die dabei erhaltenen Produkte hatten Porositäten wie in Tabelle 5 angegeben.

Nachfolgend wurden die Produkte einem stromlosen Abscheidungsverfahren in einem bei 90°C gehaltenen Bad unterzogen.

Dabei wurden auf den inneren Oberflächen der Ringe Schichten aus einer Ni-P-Verbindung in einer durchschnittlichen Dicke niedergeschlagen, die in Tabelle 5 angegeben ist. Letztlich wurden die Ringe wärmebehandelt, wobei sie für eine halbe Stunde bei Temperaturen im Bereich von 350 bis 450°C gehalten wurden. Als Ergebnis dieser Behandlungsschritte wurden 28 zusätzliche Proben von Synchronringen aus Sinterlegierungen auf Eisen-Basis hergestellt, die die in Fig. 1 dargestellte Form hatten, einen inneren Durchmesser von 58 mm und eine Dicke von 8 mm aufwiesen und 32 Vorsprünge auf der Außenseite des Rings hatten. 22 dieser Ringe (Nr. 39 bis 60) entsprachen der vorliegenden Erfindung; die verbleibenden sechs waren Vergleichsbeispiele Nr. 11 bis 16.

Die Vergleichsproben Nr. 11 bis 16 lagen entweder hinsichtlich des Gehalts an einem oder mehreren der darin enthaltenen Elemente oder hinsichtlich ihrer Porosität oder hinsichtlich der durchschnittlichen Dicke der Schicht aus einer Ni-P-Verbindung außerhalb der für die vorliegende Erfindung definierten Bereiche. Dies ist in Tabelle 5 jeweils mit einem Stern markiert.

Um die Festigkeit der gesinterten Synchronringe zu bewerten, wurden die einzelnen Proben einer Messung der Biegefestigkeit unterworfen. Außerdem wurde an den Proben ein Ringverschleißtest unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:

Drehgeschwindigkeit des verjüngten Kegels:1000 Upm (rpm) Material des verjüngten Kegels:gekohlter,
gehärteter Stahl
(JIS SCM-21) auf den verjüngten Kegel ausgeübte Längskraft:100 kg Öl:Einsatzöl Nr. 90 Öltemperatur:120°C Bewegung des verjüngten Kegels:Anpressung an den
Ring für 1 s, dann
getrennt für 2 s; Zahl der Anpreß- und Trennzyklen:6000

Die Proben wurden außerdem einem Schleiftest unter den folgenden Bedingungen unterworfen:

Drehgeschwindigkeit des verjüngten Kegels:1200 Upm (rpm); auf den verjüngten Kegel ausgeübte Längskraft:50 kg; Material des verjüngten Kegels oder der Nabenhülse als Gegenstück:gekohlter
gehärteter Stahl
(JIS SCM-21); Synchronisationszeit:0,3 bis 0,4 s
(über 5 x 10⁴ Zyklen); Öl:Einsatzöl Nr. 90 Öltemperatur:70°C

Im Ringverschleißtest wurden die folgenden Parameter untersucht: Risse im Ring; maximaler Verschleiß der inneren Ringfläche, die dafür vorgesehen war, im Gleitkontakt mit dem verjüngten Kegel zu stehen; maximaler Verschleiß des Gegenstücks (ausgedrückt in "Maß der Längsverschiebung" aus der normalen Synchronisations-Stellung aufgrund des Verschleißes; das Maß für die Längsverschiebung wurde gleichzeitig an einer Standardprobe gemessen); Haftung des verjüngten Kegels an der inneren Ringfläche; Reibungskoeffizient der inneren Ringfläche im Anfangsstadium (bis zur Zahl von 500 Zyklen) und im späteren Stadium (stabile Phase); und Vorhandensein von anfänglichem Verschleiß auf der inneren Ringfläche.

Im Schleiftest wurden die folgenden Parameter untersucht: Anomaler Verschleiß der Vorsprünge; anomale Geräusche während der Synchronisation.

Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt.

Tabelle 5

Beispiel 4

Die in Beispiel 3 beschriebenen Pulver wurden als Ausgangsmaterialien verwendet, entsprechend den in Tabelle 7 angegebenen Rezepturen zusammengestellt und den in Beispiel 3 beschriebenen Verfahrensschritten unterworfen. Dabei wurden gesinterte Formteile erhalten. Einige dieser gesinterten Formteile wurden bei Temperaturen im Bereich von 800 bis 1000°C heißgeschmiedet; dies wird in Tabelle 7 in der rechten Spalte unter "Bemerkungen" durch das Zeichen "+" angegeben. Die Porositäten der dabei erhaltenen gesinterten Produkte sind in Tabelle 7 angegeben.

Die gesinterten Ringe der Proben Nr. 61 bis 65, 67, 68 und 70 bis 82 entsprechend der vorliegenden Erfindung und die Vergleichsproben Nr. 17, 18 und 20 wurden in ein Bad eines Alkalicyanat-Salzes (zusammengesetzt aus einem Salz einer Cyano-Verbindung und einem Cyanatsalz) für eine Zeit im Bereich von 10 min bis 5 Stunden bei vorbestimmten Temperaturen im Bereich von 520 bis 580°C eingetaucht. Danach wurden die Synchronringe in ein Ölbad bei vorbestimmten Temperaturen im Bereich von 150 bis 300°C eingetaucht, dabei wurden auf den inneren Ringflächen nitridierte Schichten mit einer durchschnittlichen Dicke gebildet, wie sie in Tabelle 7 gezeigt ist. Die verbleibenden Proben Nr. 66 und 69 gemäß der vorliegenden Erfindung, sowie die Vergleichsproben Nr. 19 und 21 wurden weichnitridiert, dazu wurden sie 2 bis 5 Stunden bei Temperaturen im Bereich von 520 bis 600°C in einer Atmosphäre von Ammoniakgas gehalten.

Infolge dieser Behandlungen ergaben sich erfindungsgemäße Synchronringe Nr. 61 bis 82 und Vergleichs-Synchronringe Nr. 17 bis 21 aus Sinterlegierungen auf Eisen-Basis, die das in Fig. 1 gezeigte Aussehen hatten, einen inneren Durchmesser von 58 mm und eine Dicke von 8 mm aufwiesen und 32 Vorsprünge auf der Außenseite des Rings hatten.

Die Proben der Vergleichsbeispiele Nr. 17 bis 21 lagen hinsichtlich des Gehalts an einem oder mehreren der darin enthaltenen Elemente, hinsichtlich der Porosität oder hinsichtlich der durchschnittlichen Dicke der nitridierten Schicht außerhalb der Bereiche die für die vorliegende Erfindung definiert sind; dies wird in Tabelle 7 mit einem Stern angezeigt.

Um die Festigkeit der Synchronringe aus Sintermaterial zu bewerten, wurden die Proben einer Messung der Biegefestigkeit unterzogen. Außerdem wurden an den Proben ein Ringverschleiß- Test und ein Schleiftest unter den Bedingungen durchgeführt, die in Beispiel 3 beschrieben sind. Beim Ringverschleiß-Test wurden die folgenden Parameter bestimmt: Risse im Ring; maximaler Verschleiß der inneren Ringfläche, die dafür vorgesehen war, im Gleitkontakt mit dem verjüngten Kegel zu stehen; maximaler Verschleiß des Gegenstücks (ausgedrückt in "Maß der Längsverschiebung" aus der normalen Synchronisations-Stellung aufgrund des Verschleißes; das Maß für die Längsverschiebung wurde gleichzeitig an einer Standardprobe gemessen); Haftung des verjüngten Kegels an der inneren Ringfläche; Reibungskoeffizient der inneren Ringfläche im Anfangsstadium (bis zur Zahl von 500 Zyklen) und im späteren Stadium (stabile Phase); und Vorhandensein von anfänglichem Verschleiß auf der inneren Ringfläche.

Im Schleiftest wurden die folgenden Parameter untersucht: Anomaler Verschleiß der Vorsprünge und Anomalitäten während der Synchronisation, d. h. anomale Geräusche und anomaler Anstieg der Öltemperatur.

Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 gezeigt.

Tabelle 7

Die Ergebnisse in den Tabellen 5 bis 8 zeigen, daß die Proben Nr. 39 bis 82, d. h. die Synchronringe aus Sinterlegierungen, hergestellt und gemäß der vorliegenden Erfindung, eine hohe Festigkeit und Verschleißfestigkeit aufweisen, wobei sie sich gut an die Berührungsfläche mit einem entsprechenden Gegenstück anpassen. Andererseits weichen die Vergleichsproben Nr. 11 bis 21 hinsichtlich irgendeines der notwendigen Merkmale von den für die vorliegende Erfindung definierten Bereichen ab. Sie sind daher den erfindungsgemäßen Proben im Hinblick auf eine oder mehrere der obengenannten Eigenschaften unterlegen.

Die gleichen Ergebnisse wie oben angegeben werden auch mit Synchronringen mit stiftförmigem Querschnitt ("pin-type synchronizer rings") erhalten.

Wie vorangehend dargelegt, eignen sich die erfindungsgemäßen Sinterlegierungen auf Eisenbasis ausgezeichnet für die Herstellung von Synchronringen. Die Synchronringe gemäß der Erfindung werden aus Sinterlegierungen auf Eisenbasis, wie sie oben näher definiert sind, hergestellt und eignen sich für Verwendung in Automobil-Geschwindigkeitsreglern. Die Synchronringe haben eine hohe Festigkeit und Widerstandsfähigkeit und zeigen eine gute Anpassung an die Berührungsflächen mit den entsprechenden Gegenstücken des Geschwindigkeitsreglers. Unter Verwendung der Synchronringe der vorliegenden Erfindung können daher Geschwindigkeitsregler hergestellt werden, die eine höhere Ausgangsleistung ermöglichen und zudem ein leichteres Gewicht aufweisen, was eine Verminderung der Wandstärke und des Maschinenumfangs zur Folge hat.

Claims

1. Sinterlegierung auf Eisen-Basis mit hoher Festigkeit und Verschleißfestigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung 0,1 bis 0,9 Gew.-%, wenigstens ein Wahl- Element, welches unter 0 bis 6 Gew.-% wenigstens eines der Elemente Mn, Cr und Mo, 0 bis 6 Gew.-% wenigstens eines der Elemente Ni und Cu und 0 bis 0,5 Gew.-% B ausgewählt ist, und zum restlichen Anteil Fe und unwesentliche Verunreinigungen enthält, wobei Si, S und P als unwesentliche Verunreinigungen in einer Gesamtmenge nicht über 0,5 Gew.-% zugegen sind, und daß die Sinterlegierung eine Porosität von 0,05 bis 5 Vol.-% aufweist.

2. Sinterlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens eines der Elemente Mn, Cr und Mo in einer Menge von 0,1 bis 6 Gew.-% enthält.

3. Sinterlegierung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens eines der Elemente Ni und Cu in einer Menge von 0,1 bis 6 Gew.-% enthält.

4. Sinterlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie das Element B in einer Menge von 0,02 bis 0,5 Gew.-% enthält.

5. Synchronring aus einer Sinterlegierung auf Eisen- Basis mit hoher Festigkeit, Verschleißfestigkeit und guter Kompatibilität mit der Berührungsfläche des Gegenstücks, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung 0,1 bis 0,9 Gew.-% C, weinigstens ein Wahl-Element, welches unter 0 bis 6 Gew.-% wenigstens eines der Elemente Mn, Cr und Mo, 0 bis 6 Gew.-% wenigstens eines der Elemente Ni und Cu und 0 bis 0,5 Gew.-% B ausgewählt ist, und zum restlichen Anteil Fe und unwesentliche Verunreinigungen enthält, wobei Si, S und P als unwesentliche Verunreinigungen in einer Gesamtmenge nicht über 0,5 Gew.-% zugegen sind, und daß die Sinterlegierung eine Porosität von 0,05 bis 5 Vol.-% aufweist.

6. Synchronring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung wenigstens eines der Elemente Mn, Cr und Mo in einer Menge von 0,1 bis 6 Gew.-% enthält.

7. Synchronring nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung wenigstens eines der Elemente Ni und Cu in einer Menge von 0,1 bis 6 Gew.-% enthält.

8. Synchronring nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung das Element B in einer Menge von 0,02 bis 0,5 Gew.-% enthält.

9. Synchronring aus einer Sinterlegierung auf Eisen- Basis mit hoher Festigkeit, Verschleißfestigkeit und guter Kompatibilität mit der Berührungsfläche des Gegenstücks, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung 0,1 bis 0,9 Gew.-% C, wenigstens ein Wahl-Element, welches unter 0 bis 6 Gew.-% wenigstens eines der Elemente Mn, Cr und Mo, 0 bis 6 Gew.-% wenigstens eines der Elemente Ni und Cu und 0 bis 0,5 Gew.-% B ausgewählt ist, und zum restlichen Anteil Fe und unwesentliche Verunreinigungen enthält, wobei Si, S und P als unwesentliche Verunreinigungen in einer Gesamtmenge nicht über 0,5 Gew.-% zugegen sind, und daß die Sinterlegierung eine Porosität von 0,05 bis 5 Vol.-% aufweist und wenigstens auf der Oberfläche mit einer Schicht aus einer harten Ni-P-Verbindung in einer durchschnittlichen Dicke von 3 bis 80 µm oder einer nitridierten Schicht in einer durchschnittlichen Dicke von 3 bis 200 µm versehen ist, die dafür vorgesehen ist, in Gleitkontakt mit einem verjüngten Kegel zu stehen.

10. Synchronring nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung wenigstens eines der Elemente Mn, Cr und Mo in einer Menge von 0,1 bis 6 Gew.-% enthält.

11. Synchronring nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung wenigstens eines der Elemente Ni und Cu in einer Menge von 0,1 bis 6 Gew.-% enthält.

12. Synchronring nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung das Element B in einer Menge von 0,02 bis 0,5 Gew.-% enthält.