DE60205963T2

DE60205963T2 - Schubblock für Riemen für stufenlos regelbares Getriebe und sein Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60205963T2
Application number: DE60205963T
Authority: DE
Inventors: Yoshinari 1-4-1 Chuo Okada; Haruo 1-4-1 Chuo Fukuda
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2022-02-16
Also published as: JP2002241834A; TW510952B; EP1233207A1; CN1174106C; EP1233207B1; US6802915B2; US6739995B2; CA2372062A1; CN1381680A; JP3737952B2; US20020160870A1; CA2372062C; US20030195073A1; DE60205963D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schubglied für einen Riemen für ein stufenlos einstellbares Getriebe (CVT) und ein Herstellungsverfahren für dasselbe, und insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Technik, die die Zähigkeit zusätzlich zur Härte verbessern kann und die die Widerstandsfähigkeit verbessern kann.
2. Stand der Technik
Ein CVT-Riemen ist gebildet durch kontinierliche Verbindung einer Mehrzahl von Schubgliedern durch einen Stahlriemen, um eine kreisförmige Form zu bilden, und als Schubglied ist eine Strukur vorgesehen gewesen, bei der ein übereutektoidischer Stahl, etwa eine Material, das SKS95 oder dergleichen enspricht, sphäroidisiert und gehärtet wird, und danach geformt, abgeschreckt und angelassen (getempert) wird. Beim Abschrecken wird eine Behandlung durchgeführt, um eine Temperatur gleich oder größer als eine Austenittemperatur (ungefähr 750°C) für fünfzehn Minuten oder länger beizubehalten, und in einem tatsächlichen Vorgang ist eine Haltezeit von dreißig Minuten bis sechzig Minuten typisch.
Eine Materialstruktur des auf die oben beschriebene Weise hergestellten Schubglieds zeigt eine Martensitstruktur, die ein nicht gelöstes Karbid mit einem Flächenanteil von ungefähr 0,4% aufweist.
Die JP-A-01087748 schlägt ein Schubglied mit hoher Festigkeit und Abmessungsgenauigkeit vor. Das Schubglied besitzt eine Zusammensetzung, enthaltend in Gewichts-% 0,50–1,5% C, 1,30–2,00% Si. 0,70–1,00% Mn, ≤ 0,02% P, < 0,01% S, 0,005–0,015% Al und 0,01–1,00% Cr und besitzt auch eine Mikrostruktur, bei der klumpenartiger Graphit mit 5–50 μm > 80% des C umfasst und der verbleibende C als sphäroidischer Zementit von ≤ 5 μm vorliegt und diese gleichförmig in einer ferritischen Matrix verteilt sind. Das Schubglied wird gestanzt und dann einer Wärmebehandlung unterzogen.
Da jedoch eine Wärmebehandlung eines herkömmlichen CVT-Schubglieds hauptsächlich zum Zwecke der Erhöhung der Härte durchgführt wird, um eine Verschleißfestigkeit sicherzustellen, ist die Schlagzähigkeit niedrig, während die Härte ungefähr HRC60 beträgt und der Schlagzähigkeitswert (Charpy-U-Kerbversuch) nur lediglich 20 J/cm2 beträgt.
Da jedoch das Schubglied des CVT-Riemens aufgrunddessen, dass es Stoßbelastungen ausgesetzt ist, eine Zähigkeit zusätzlich zu Härte erfordert, ist es ein Problem, die Schlagzähigkeit des Schubglieds zu verbessern, um eine Widerstandsfähigkeit sicherzustellen, und gleichzeitig das CVT kompakt auszubilden und das CVT bei einem Motor mit hohem Drehmoment einzusetzen.
Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schubglied für einen CVT-Riemen bereitzustellen, das zusätzlich zu Härte mit ausreichender Zähigkeit versehen ist und das hinsichtlich Verschleißfestigkeit und Widerstandsfähigkeit überlegen ist, sowie ein Herstellungsverfahren für dasselbe anzugeben.
ZUSMAMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das Schublglied für den CVT-Riemen (hierin im folgenden als ein „Schubglied" bezeichnet) gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekenn zeichnet, dass es eine übereutektoidische Gesamtstruktur besitzt und eine Strukur aufweist, bei der sphäroidischer Zementit mit einem Flächenanteil von 0,4% oder mehr in einer Martensitmatrix verteilt ist.
Gemäß dem Schubglied, das die oben beschriebene Struktur aufweist, kann aufgrunddessen, dass die Matrix der Martensit ist, eine höhe Oberflächenhärte bereitgestellt werden, und da Kohlenstoff an dem sphäroidischen Zementit fixiert ist und eine Konzentration des des Kohlenstoffs in der Matrix niedrig ist, wird die Zähigkeit verbessert. In diesem Fall kann der Effekt der verbesserten Zähigkeit erhalten werden, wenn der Flächenanteil des sphäroidischen Zementits in der Strukur gleich oder größer ist als 0,4%. Demzufolge ist es bei dem Schubglied gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Widerstandsfähigkeit zusätzlich zur Verschleißfestigkeit zu verbessern, Man beachte, dass der Flächenanteil des sphäroidischen Zementits in der Struktur vorzugsweise gleich oder größer ist als 1%, so dass die Schlagzähigkeit stabil ist.
Ferner ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein Schubglied gemäß Anspruch 3 vorgesehen.
Gemäß dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren ist es möglich, eine Strukur zu erhalten, in der sphäroidischer Zementit in einer Matrix eines Ferrits aufgrund des Weichglühens verteilt ist. Kohlenstoff in dem sphäroidischen Zementit wird in dem Austenit gelöst durch Erwärmen und Halten desselben auf einer hohen Temperatur. Das Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit zum Halten des Schubglieds bei einer Temperatur gleich oder größer als die Austenittemperatur bei dem Erhitzungsvorgang für das Ölabschrecken in einem Bereich von 5 bis 40 Minuten liegt. Im Fall, dass die Zeit zum Halten des Schubglieds bei einer Temperatur gleich oder größer als die Austenittemperatur kleiner als 5 Minuten ist, wird lediglich eine kleiner Teil des Kohlenstoffs in dem Austenit gelöst, und der Martensit wird beim Abschrecken unzureichend erzeugt, daher ist es unmöglich, eine erforderliche Oberflächenhärte zu erzielen. Im Gegensatz dazu wird im Fall dass die Zeit zum Halten des Schubglieds bei einer Temperatur gleich oder größer als die Austenittemperatur mehr als 40 Minuten beträgt, es unmöglich, einen Effekt zur Verbesserung der Zähigkeit zu erhalten. Man beachte, dass die Zeit zum Halten des Schubglieds bei einer Temperatur gleich oder größer als die Austenittemperatur vorzugsweise nicht größer als 15 Minuten ist, da die Schlagzähigkeit stabil ist.
Im Allgemeinen besteht eine normalisierte Struktur in übereutektoidischem Stahl aus einer gemischten Struktur aus Perlit und Zementit. In einer solchen Struktur wird ein Austenitübergang schnell gefördert und der größte Teil des enthaltenen Kohlenstoffs wird in dem Austenit gelöst. Im Gegensatz hierzu verursacht bei der vorliegenden Erfindung aufgrunddessen, dass die Struktur aus einem Ferrit und einem sphäroidischen Zementit besteht, der Austenitübergang eine Diffusion des im Zementit enthaltenen Kohlenstoffs in den Austenit, und die Diffusion wird nicht schnell gefördert, und es wird angenommen, dass der sphäroidische Zementit in dem Austenit verbleibt. Jedoch sind die obigen Erläuterungen theoretischer Natur und daher ist die vorliegende Erfindung hierdurch nicht beschränkt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Planansicht, die ein Schubglied für einen CVT-Riemen gemäß einem Gegenstand der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 ist ein Seitenansicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein Schubglied an einer Vorrichtung für eine Schlagprobe angebracht ist,
3 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen Schlagenergie und Fehlerwahrscheinlichkeit zeigt,
4 ist ein Schaubild, das Beziehung zwischen der Zeit zum Halten eines Schubbglieds in einem Ofen bei einer Temperatur gleich oder größer als 750°C (die im wesentlichen gleich einer Temperatur des Schubglieds ist) bei einer Abschreckzeit und einer Schlagzähigkeit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,
5 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen dem Flächenanteil von nicht gelöstem Karbid und einem Schlägzähigkeitswert gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
6. ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen der Zeit zum Halten des Schubglieds in dem Ofen mit einer Temperatur gleich oder größer als 750°C (die im wesentlichen gleich der Temperatur des Schubglieds ist) bei der Abschreckzeit und dem Flächenanteil des nicht gelösten Karbids gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt, und
7 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen der Zeit zum Halten des Schubglieds in dem Ofen bei einer Temperatur gleich oder größer als 750°C (die im wesentlichen gleich einer Temperatur des Schubglieds ist) bei der Abschreckzeit und einer Härte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird eine Beschreibung einer Ausführungsform gemäß der Erfindung gegeben. Ein in einem Herstellungsverfahren für ein Schubglied gemäß der vorliegenden Erfindung verwendetes Rohmaterial kann durch Vergüten und Schmieden eines durch Schmelzen und Durchführen von Weichglühen nach Warmwalzen hergestellten Gussblocks erhalten werden. Das Material nach dem Warmwalzen zeigt eine Strukur, in der ein Zementit in einer Korngrenze einer Perlitmatrix in einer Netzform abgeschieden ist. Durch Durchführen des Weichglühens an dem Material kann eine Struktur erhalten werden, in der der Zementit in einem Ferrit verteilt ist. Das Weichglühen entspricht beispielsweise einer Behandlung, bei der das Material für 12 Sunden bei 720°C gehalten wird und danach im Ofen gekühlt wird. Darauf wird das Material durch wiederholtes Kaltwalzen und erweichendes Glühen auf eine vorgestimmte Dicke gewalzt und das Schubglied wird aus einem kaltgewalzten Blech geformt, z.B. durch Feinstanzen.
Darauf wird das Schubglied einem Abschrecken, Anlassen (Tempern) sowie Trommelschleifen, Entgraten und einem weiteren Trommelschleifen unterzogen und ein Produkt wird dann hergestellt. Es ist ausreichend, dass die Heiztemperatur beim Abschrecken höher liegt als ein Austenitbildungs-Übergangspunkt, der z.B. bei 800°C liegen kann. Ferner wird ein Ölabschrecken nach dem Heizen und Halten bei einer Temperatur gleich oder größer als die Austenitttemperatur für 5 bis 40 Minuten durchgeführt. Ein Anlassen (Tempern) bei niedriger Temperatur ist daher beim nachfolgenden Anlassen (Tempern) vorteilhaft, z.B. ist es bevorzugt, es für 120 Minuten bei 180°C zu halten. In diesem Fall kann das Schubglied gemäß der Erfindung einen optionalen Werkzeugstahl, etwa ein SK-Material, ein SKS-Material und dergleichen enthalten, solange es sich um einen übereutektoidischen Stahl handelt.
Beispiele
A. Herstellung eines Schubglieds
Ein Weichglühen bei 720°C für 12 Stunden wurde an einem warmgewalzten Blech mit einer chemischen Zusammensetzung (Gewichts-%), die in Tab. 1 gezeigt ist, durchgeführt und danach wurde wurde das Blech in einem Ofen gekühlt. Die in Tab. 1 gezeigte Zusammensetzung ist ein Material, das SKS95 entspricht. Ein kaltgewalztes Blech mit einer Dicke von 1,5 mm wurde durch wiederholtes Durchführen eines Kaltwalzens und eines erweichenden Glühens des Materials dreimal durchgeführt. Bei dem erweichenden Glühen wurde in diesem Fall ein erster Prozess für 13 Stunden bei 710°C durchgeführt, ein zweiter Prozess wurde für 10 Stunden bei 720°C durchgeführt und ein dritter Prozess wurde für 7 Stunden bei 720°C durchgeführt und das Ma terial wurde in dem Ofen gekühlt, nachdem die Haltezeit vergangen war. Nachfolgend wurde das in 1 gezeigte Schubglied aus dem kaltgewalzten Material durch Feinstanzen erhalten. Ferner wurde das Schubglied auf 800°C erwärmt und eine Ölabschreckung wurde durchgeführt, nachdem verschiedene Erwärmungs- und Haltezeit vergangen war. Nachfolgend wurde das Anlassen (tempern) zum Halten des Schubglieds für 120 Minuten bei 180°C durchgeführt und danach wurde das Material aus dem Ofen entfernt und durch Luft gekühlt. Unter den gemäß den oben beschriebenen Herstellungsverfahren erhaltenen Schubgliedern hatte das Schubglied, bei dem die Erwärmungs- und Haltezeit im Bereich von 5 bis 40 Minuten lag, eine übereutektoidische Gesamtzusammensetzung und bildete eine Strukur, bei der der spärische Zementit in der Matrix aus Martensit verteilt ist.
Tabelle 1
B. Auswertung von Eigenschaften
Eine Schlagprobe wurde bezüglich des in der oben beschriebenen Weise hergestellten Schubglieds durchgeführt. Während des tatsächlichen Gebrauchs brechen obere Armabschnitte 1 der Schubglieder, die benachbart zueinander angeordnet sind, leicht ab, da sie abgerieben werden und miteinander kollidieren. Da man jedoch gut sagen kann, dass die Schlagzähigkeit des Schubglieds überall einheitlich ist, wurde eine Schlägzähigkeit an einem Beinabschnitt 2 an einer unteren Seite des Armabschnitts 1 wurde gemessen. 2 zeigt eine Vorrichtung zum Anbringen des Schubglieds in der Schlagprobe. Das Schubglied, bei dem einer der Armabschnitte 1 ausgeschnitten ist, ist an der Vorrichtung angebracht und ein Gewicht 4 wird auf einen an dem Beinabschnitt 1 angebrachten Stift herabfallen gelassen. In diesem Fall war ein Abstand L zwischen einem Mittelpunkt des Schubglieds und einer Einschlagstelle auf 11 mm eingestellt.
Eine Schlagenergie E, wenn das Gewicht 4 mit dem Beinabschnitt 2 kollidiert, kann durch „mgh" ausgedrückt werden, wenn die Masse des Gewichts 4 „m" ist, die Fallhöhe „h" ist und die Gravitationsbeschleunigung „g" ist. In der Schlagprobe wird die Schlagzähigkeit durch Ändern der Fallhöhe h bestimmt, um die Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, dass der Beinabschnitt 2 bricht. 3 ist eine Ansicht zur Erläuterung dieses Prinzips. Wie in 3 gezeigt ist, besitzt eine kritische Schlagenergie, bei der das Material bricht, eine Dispersion W, jedoch wird die Wahrscheinlichkeit eines Bruchs umso höher je größer die Schlagenergie ist. Demzufolge wird eine Schlagenergie, bei der die Wahrscheinlichkeit eines Bruchs 95% beträgt, als Schlagzähigkeit bestimmt.
4 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen der Zeit zum Halten des Schubglieds in dem Ofen bei einer Temperatur gleich oder größer als 750°C (die im wesentlichen gleich der Temperatur des Schubglieds ist) beim Abschrecken und der Schlagzähigkeit des Beibabschnitts zeigt. Wie in 4 gezeigt ist, erhöht sich die Schlagzähigkeit, wenn die Zeit zum Halten des Schubglieds im Ofen kürzer als 40 Minuten ist, sie wird stabil, wenn die Haltezeit im einem Bereich von 5 bis 15 Minuten liegt, und wenn die Haltezeit gleich oder geringer als 5 Minuten ist, verringert sich die Schlagzähigkeit.
Als Nächstes wurde die Beziehung zwischen einem nicht gelösten Karbid (sphäroidischer Zementit), das in der Strukur des Schubglieds existiert, und dem Schlagzähigkeitswert (Charpy U Kerbversuch) untersucht und das Resultat dieser Untersuchung ist in 5 gezeigt. Wie aus 5 ersichtlich ist, verbessert sich der Schlagzähigkeitswert, wenn der Flächenanteil des nicht gelösten Karbids gleich oder größer ist als 0,4%, und er ist im wesentlichen stabil, wenn er mehr als 1% beträgt. Ferner ist 6 ein Schaubild, das die Beziehung zwischen der Haltezeit des Schubglieds, wenn die Temperatur in dem Ofen beim Abschrecken (die im wesentlichen gleich der Temperatur des Schubglieds ist) gleich oder größer ist als 750°C, und dem Flächenanteil des ungelösten Karbids. Wie aus 6 ersichtlich ist, erhöht sich dann, wenn die Haltezeit kürzer ist als 40 Minuten, der Flächenanteil des nicht gelösten Karbids von 0,4%. Auf der Grundlage der oben genannten Ergebnisse bestätigt es sich, es ausreichend ist, das die Haltezeit gleich oder weniger ist als 40 Minuten.
Als nächstes wurde die Beziehung zwischen der Zeit zum Halten des Schubglieds im Ofen, wenn die Temperatur in dem Ofen beim Abschrecken (die im wesentlichen gleich der Temperatur des Schubglieds ist) gleich oder größer ist als 750°C, und der Härte untersucht und das Resultat dieser Untersuchung ist in 7 gezeigt. Wie aus 7 ersichtlich ist, ist dann, wenn die Haltezeit weniger als 5 Minuten beträgt, die Diffusion des Kohlenstoffs in den Austenit unzurreichend, so dass es unzureichend ist, Martensit zu produzieren und die Härte weiter verringert ist. Gemäß diesem Ergebnis hat es sich bestätigt, dass die Haltezeit 5 Minuten oder mehr erfordert.
Ein Schubglied für einen CVT-Riemen hat eine übereutektoidische Gesamtstruktur und weist eine Struktur auf, bei der sphäroidischer Zementit mit einem Flächenanteil von 0,4% oder mehr in einer Matrix aus Martensit verteilt ist.

Claims

Schubglied für einen CVT-Riemen, das eine übereutektoidische Gesamtstruktur besitzt und eine Strukur aufweist, bei der sphäroidischer Zementit in einer Martensitmatrix verteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der sphäroidische Zementit einen Flächenanteil von 0,4% oder mehr in der Martensitmatrix aufweist.
Schubglied für einen CVT-Riemen, das eine übereutektoidische Gesamtstruktur besitzt und eine Strukur aufweist, bei der sphäroidischer Zementit in einer Martensitmatrix verteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der sphäroidische Zementit einen Flächenanteil von 1,0% oder mehr in der Martensitmatrix aufweist.
Herstellungsverfahren für ein Schubglied für einen CVT-Riemen, umfassend die Schritte: Durchführen von Weichglühen an einem übereutektoidischen Stahl, Erhitzen des übereutektoidischen Stahls bis zu einer Austenittemperatur oder mehr, Ölabschrecken des übereutektoidischen Stahls nachdem verschiedene Erwärmungs- und Haltezeit vorüber ist, Erhitzen des übereutektoidischen Stahls auf auf eine Anlasstemperatur im in einem Ofen und Entfernen des übereutektoidischen Stahls aus dem Ofen und Kühlen desselben mit Luft, wobei die Zeit zum Halten des Schubbglieds bei einer Temperatur gleich oder größer als eine Austenittemperatur bei einem Erhitzungsvorgang für das Abschrecken mit Öl in einem Bereich von 5 bis 40 Minuten gewählt wird.
Herstellungsverfahren für ein Schubglied für einen CVT-Riemen, umfassend die Schritte: Durchführen von Weichglühen an einem übereutektoidischen Stahl, Erhitzen des übereutektoidischen Stahls bis zu einer Austenittemperatur oder mehr, Ölabschrecken des übereutektoidischen Stahls nachdem verschiedene Erwärmungs- und Haltezeit vorüber ist, Erhitzen des übereutektoidischen Stahls auf auf eine Anlasstemperatur im in einem Ofen und Entfernen des übereutektoidischen Stahls aus dem Ofen und Kühlen desselben mit Luft, wobei die Zeit zum Halten des Schubbglieds bei einer Temperatur gleich oder größer als eine Austenittemperatur bei einem Erhitzungsvorgang für das Abschrecken mit Öl in einem Bereich von 5 bis 15 Minuten gewählt wird.