JP2010537048A - Manufacturing method of forged carburized metal powder parts - Google Patents
Manufacturing method of forged carburized metal powder parts Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010537048A JP2010537048A JP2010521825A JP2010521825A JP2010537048A JP 2010537048 A JP2010537048 A JP 2010537048A JP 2010521825 A JP2010521825 A JP 2010521825A JP 2010521825 A JP2010521825 A JP 2010521825A JP 2010537048 A JP2010537048 A JP 2010537048A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- preform
- forging
- carburized
- manufacturing
- metal powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
- B22F5/08—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of toothed articles, e.g. gear wheels; of cam discs
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/1003—Use of special medium during sintering, e.g. sintering aid
- B22F3/1007—Atmosphere
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
- B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
- F16H55/02—Toothed members; Worms
- F16H55/06—Use of materials; Use of treatments of toothed members or worms to affect their intrinsic material properties
Abstract
本発明は、選択的に浸炭されていない金属粉末部品の製造方法を提供する。この製造方法は、金属粉末を、硬化層深さ硬度表面を形成する1以上の第1表面と、鍛造前に除去されるべき浸炭部を形成する1以上の第2表面と、を備えたプリフォームに圧縮する圧縮ステップと、前記プリフォームを順次に又は同時に焼結・浸炭する浸炭ステップと、前記プリフォームにおける前記1以上の第2表面から前記浸炭部を除去する除去ステップと、前記プリフォームを鍛造して、鍛造部品を得る鍛造ステップと、前記鍛造部品を冷却する冷却ステップと、を順次行って、改良された鍛造後の特性を有する1以上の第2表面と、表面硬度特性を有する1以上の第1表面を有する鍛造部品を得ることを特徴とする。 The present invention provides a method for producing metal powder parts that are not selectively carburized. In this manufacturing method, a metal powder includes a plug having one or more first surfaces forming a hardened layer depth hardness surface and one or more second surfaces forming a carburized portion to be removed before forging. A compression step for compressing the preform, a carburizing step for sintering or carburizing the preform sequentially or simultaneously, a removal step for removing the carburized portion from the one or more second surfaces of the preform, and the preform One or more second surfaces having improved post-forging characteristics and surface hardness characteristics by sequentially performing a forging step for forging a forged part and a cooling step for cooling the forged part. A forged part having one or more first surfaces is obtained.
Description
本発明は、鍛造金属粉末部品(forged powder metal part)、特に、選択的に浸炭されていない(selectively non-carburized)金属粉末部品、及び、その製造方法に関する。 The present invention relates to a forged powder metal part, in particular a selectively non-carburized metal powder part, and a method of manufacturing the same.
部品を生産するに当たり、費用、時間、及び、段階を減らすことができる製造工程についての要求が存在していた。その製造工程の改善によってもたらされる利益は、先ず製品を改善してより優れた寸法、機械的な、及び/又は、性能特性を有するものとする顧客側の要求によって求められる。例えば、従来の差動サイド歯車(differential side gear)は、以下の性能要求事項のうちいずれか又はその全てを有し得る:寸法精度(dimensional precision)、高せん断強度、及び、ブリネル抵抗性(brinnelling resistance)を要求するスプライン領域(spline area);寸法精度、表面仕上げ、及び、ケース適合性(case compatibility)を要求するハブ(hub)及びスロスト面(thrust face);寸法精度、表面仕上げ、及び、最適化プロファイルを要求する歯車ジオメトリ;及び、耐衝撃性、耐磨耗性、耐剥離性(spalling resistance)、並びに、異なる表面及び芯部冶金(core metallurgies)を要求し得る歯及び芯部の強度。異なる非コンパチブル製造方法、即ち、キャスティング、スチール鍛造、又は、金属粉末鍛造によって、同じ部品、又はそれ以外のものの異なる性能要求を達成する。 In producing parts, there has been a need for a manufacturing process that can reduce cost, time, and steps. The benefits brought about by the improved manufacturing process are sought by customer demand to first improve the product to have better dimensional, mechanical and / or performance characteristics. For example, a conventional differential side gear may have any or all of the following performance requirements: dimensional precision, high shear strength, and brinnelling. spline area that requires resistance; hub and thrust face that require dimensional accuracy, surface finish, and case compatibility; dimensional accuracy, surface finish, and Gear geometry requiring an optimized profile; and impact and wear resistance, spalling resistance, and tooth and core strength that may require different surface and core metallurgies . Different performance requirements of the same part or otherwise are achieved by different non-compatible manufacturing methods, ie casting, steel forging or metal powder forging.
図1によれば、こうした性能要件を満たすために、歯車10は、金属粉末14を鍛造した後、その歯車をケース浸炭してほぼ一定の有効硬化層深さ(effective case depth)16を得ることにより、製造される。各々の(歯車の)歯12に対する一定の有効硬化層深さ16については、図1の部分断面図を参照されたい。特定の硬度(specific hardness)、硬化層深さ、及び、炭素勾配(carbon gradient)を有する十分に緻密な部分(部品)をほぼ一定に浸炭するために制御されるべきパラメーターは一般的に知られている。しかしながら、ほぼ一定の硬化層深さは、鍛造後の製品(post forged product)においては、必ずしも所定の機械的な特性及び所定の機械加工特性を有するものではない。製造工程によって悪影響を受けない点から時間、処理、又は、コストを節約できる、最終製品におけるこれらの性能要件のより良いバランスを取ることが有利であろう。
According to FIG. 1, in order to satisfy such performance requirements, the
「焼結‐浸炭(sint−carb)」として知られた工程において金属粉末部品の性能要件(performance requirement)を改良するための製造工程が米国特許第3,992,763号(発明の名称:金属粉末部品の製造法)に記載されている。この製造工程によれば、焼結後、鍛造前に浸炭工程を行うことで、最終鍛造製品の臨界壁(critical wall)における硬化層深さを改良し、それにより、ケース硬度を得るために行われる次の熱処理工程をなくす(省く)ことができる。米国特許第4,002,471号(発明の名称:鍛造後熱処理なしに硬化したスケールフリー鍛造金属粉末製品の製造法)には、更なる機械加工、表面処理、又は、急冷後の熱処理を行うことなく、高いRc硬度を有する鍛造鉄粉末系金属製品の製造法が記載されている。 A manufacturing process for improving the performance requirements of metal powder parts in a process known as “sinter-carburization” is described in US Pat. No. 3,992,763 (Title: Metal (Production method of powder parts). According to this manufacturing process, a carburization process is performed after sintering and before forging to improve the hardened layer depth in the critical wall of the final forged product, thereby obtaining case hardness. The subsequent heat treatment step can be eliminated (omitted). U.S. Pat. No. 4,002,471 (invention name: method for producing scale-free forged metal powder product cured without heat treatment after forging) is subjected to further machining, surface treatment or heat treatment after quenching Without mentioning, a method for producing a wrought iron powder-based metal product having a high Rc hardness is described.
米国特許第4,165,243号(発明の名称:選択的に浸炭された鍛造金属粉末部品の製造法)には、焼結の前に部品をマスクするステップ、及び、浸炭と鍛造の間にそのマスキングを除去して、その部品上に選択された浸炭表面を設けるステップを更に含む製造工程が記載されている。 U.S. Pat. No. 4,165,243 (Title for making selectively carburized forged metal powder parts) includes a step of masking parts prior to sintering, and between carburizing and forging. A manufacturing process is described that further includes removing the masking to provide a selected carburized surface on the part.
しかしながら、前述した特許文献には、部品の浸炭表面及び非浸炭表面の改善された製造方法、改善された寸法精度(dimensional precision)、又は、性能特性を提供するものの、鍛造前に浸炭表面を除去することで最終鍛造製品における特定の材料要件を得ることができる工程については、何ら記載されてなく、又、示唆もされていない。また、前述した特許文献には、除去工程により得られる有利でかつ簡単な制御については、何ら記載されてなく、又、示唆もされていない。 However, the above-mentioned patent documents provide improved manufacturing methods, improved dimensional precision, or performance characteristics of the carburized and non-carburized surfaces of parts, but remove the carburized surface before forging. There is no description or suggestion of a process by which specific material requirements in the final forged product can be obtained. Further, the above-described patent document does not describe or suggest any advantageous and simple control obtained by the removal step.
したがって、鍛造前に部品の浸炭表面を除去して、最終鍛造製品に浸炭表面及び非浸炭表面を選択的に残す製造法についてのニーズが存在していた。また、鍛造及び急冷前に部品の浸炭部を戦略的に取り除いて、その部品の有利な鍛造浸炭部を保持しつつも、その部品の非浸炭部に対するより優れた鍛造後加工(post-forging operation)を可能にし、それにより、部品の非浸炭部により強化された公差(tighter tolerance)、改良されたスプライン分類(spline classification)、又は、改良されたせん断抵抗(shear resistance properties)をもたらす製造法についてのニーズが存在していた。また、優れた寸法精度(dimensional precision)又は性能特性(performance feature)を有する部品に対するニーズも存在していた。 Accordingly, there has been a need for a manufacturing method that removes the carburized surface of the part prior to forging and selectively leaves the carburized and non-carburized surface in the final forged product. Also, strategically removing the carburized part of the part before forging and quenching, while retaining the advantageous forged carburized part of the part, while providing better post-forging operation for the non-carburized part of the part. For manufacturing methods that allow for improved tighter tolerance, improved spline classification, or improved shear resistance properties due to the non-carburized part of the part Needs existed. There has also been a need for parts with excellent dimensional precision or performance features.
前述したニーズに対して、本発明は、鍛造前に部品の浸炭表面を取り除いて、改良された性能特性を有する選択的に浸炭された部分と、改良された公差(improved tolerance)及び等級(classification)について改良された鍛造後特性(post forging properties)を有する選択的に浸炭されていない表面と、を残すことを特徴とする歯車及びその製造方法を提供する。 In response to the aforementioned needs, the present invention removes the carburized surface of the part prior to forging, selectively carburized parts with improved performance characteristics, improved tolerance and classification. And a method of manufacturing the same, characterized by leaving a selectively non-carburized surface with improved post forging properties.
具体的に、本発明は、選択的に浸炭されていない金属粉末部品を得るための方法を提供する。この方法は、圧縮ステップ、焼結ステップ、除去ステップ、鍛造ステップ、及び、冷却ステップを含む。金属粉末を圧縮して、1以上の第1表面部(ここで、鍛造部は、ケース硬度深さを有する必要がある。)、及び、1以上の第2表面部(ここで、浸炭部は鍛造前に取り除かれる必要がある。)を有するプリフォーム(preform)を形成する。このプリフォームに焼結及び浸炭工程を施す。浸炭後、プリフォームの1以上の第2表面部を除去して、鍛造及び冷却を行う。鍛造部は、改良されたせん断抵抗(shear resistance properties)を有する1以上の第2表面部と、表面硬度特性(surface hardness properties)を有する1以上の第1表面部を有する。 Specifically, the present invention provides a method for obtaining a metal powder part that is not selectively carburized. The method includes a compression step, a sintering step, a removal step, a forging step, and a cooling step. By compressing the metal powder, one or more first surface portions (where the forged portion needs to have a case hardness depth) and one or more second surface portions (where the carburized portion is A preform having a need to be removed before forging). The preform is subjected to a sintering and carburizing process. After carburizing, one or more second surface portions of the preform are removed, and forging and cooling are performed. The forged portion has one or more second surface portions having improved shear resistance properties and one or more first surface portions having surface hardness properties.
本発明は、本発明の方法に基づいて製造された部品を提供する。この部品は、よりやわらかい非浸炭材部分(softer noncarburized material portion)に基づいて、より改良された公差(tolerancing)及び寸法制御(dimensional control)を提供しつつも、より少ない費用及び時間での鍛造後加工(鍛造後処理)を可能にする非浸炭部(noncarburized portion)を含む。また、この部品は、ほぼネットシェイプに仕上げた焼結−浸炭鍛造(sint-carb forging)製造工程によって得ることができる、改良された耐摩耗性、耐荷重性(load bearing)、耐衝撃性、又は、曲げ疲労のような有利な特性を有する、浸炭部を含む。 The present invention provides a part manufactured according to the method of the present invention. This part is based on a softer noncarburized material portion, providing improved tolerances and dimensional control, while forging at less cost and time It includes a noncarburized portion that allows processing (post-forging treatment). This part also has improved wear resistance, load bearing, impact resistance, which can be obtained through a sint-carb forging manufacturing process with a net-finish finish. Alternatively, it includes a carburized portion having advantageous properties such as bending fatigue.
本発明によれば、改良された性能特性(例えば、耐摩耗性、耐荷重性、耐衝撃性、曲げ疲労等)を有する浸炭部(選択的に浸炭された部分)と、改良された公差特性及び等級特性を有するを非浸炭部(選択的に浸炭されていない部分)と、を備えた金属粉末部品(歯車など)を得ることができる。 According to the present invention, a carburized part (selectively carburized part) having improved performance characteristics (for example, wear resistance, load resistance, impact resistance, bending fatigue, etc.) and improved tolerance characteristics. In addition, it is possible to obtain a metal powder part (such as a gear) having grade characteristics and a non-carburized part (a part that is not selectively carburized).
本発明をよりよく理解してもらうために、これから添付した図面等に基づいて本発明の具体例を説明していく。 For better understanding of the present invention, specific examples of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.
図面において、同じ符号は、同様の部品を表す。したがって、異なる図面において同様の符号が付される場合がある。一部の例においては、明確さなどの点から、異なる図面における同様の部品について異なる符号を付する場合もあり得る。 In the drawings, the same reference numerals denote similar parts. Accordingly, the same reference numerals may be given in different drawings. In some examples, similar parts in different drawings may be numbered differently for reasons such as clarity.
図2は、本発明の利点に基づく可変硬化層深さプロファイル(variable case depth profile)58を有する差動サイド歯車50の部分断面図である。図7は、本発明に基づいて図6Bのプリフォームから造られた差動サイド歯車50の等角図である。選択的に浸炭されていない(selectively non-carburized)金属粉末部品を得るという本発明の特徴を論ずる前に、本発明の特徴の一つである可変硬化層深さプロファイル58を有する歯車50について説明する。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a
差動サイド歯車50は、その歯車50の浸炭部に形成された可変硬化層深さプロファイル58、及び、複数の歯52を含む。複数の歯52の各歯は、第1表面54、及び、歯の芯部(core)又は根(root)56を有する。差動サイド歯車50は、回転軸60を有する。ここで、歯52は、歯車の回転軸と概して同じ方向に半径方向に延設されているが、前記回転軸に対して傾いている。この差動サイド歯車50は、回転軸60と軸方向に合わせられた、軸方向のスプライン内部領域(axially splined internal section)62を備えている。この内部領域62は、歯車50の非浸炭部に形成されている。その非浸炭部は、ここに述べたように、鍛造前にプリフォームの浸炭部を取り除くことによって選択的に得られる。
The
可変硬化層深さプロファイル58は、複数の歯52に形成されている。可変硬化層深さプロファイル58は、第1表面54により良い耐歯磨耗性(tooth wear resistance)を、そして、歯根56により良い耐衝撃性(impact resistance)を有する歯車を提供することができる。この可変硬化層深さプロファイル58は、(歯車の)鍛造前の炭素拡散(carbon diffusion)によって、鍛造後に得られる有効硬化層深さプロファイルであり得る。したがって、可変硬化層深さプロファイル58は、この明細書に記載した鍛造工程によって得ることができる。
The variable hardened
差動サイド歯車50に関してプロセスを説明するが、可変硬化層深さプロファイル58は、かさ歯車(bevel gear)、差動歯車(differential gear)、又は、ピニオン歯車(小歯車)を含めて様々な歯車又は部品に対しても得ることができる。
Although the process will be described with respect to
この差動サイド歯車50は、低合金の(low alloy)、十分に圧縮された(fully compacted)鉄金属粉末材料で構成され得る。しかしながら、その歯車は、様々な種の鍛造金属粉末スチールで構成され得る。
The
図2によれば、差動サイド歯車50における各々の歯の第1表面54は、先端面(tip surface)64、ピッチ線表面(pitch line surface)66、根フィレット表面(root fillet surface)68、及び、根直径(rootdiameter)又はランド表面(land surface)70を含んでいる。可変硬化層深さプロファイル58は、先端面64において2.4mm、ピッチ線表面66において1.9mm、根フィレット表面68において0.4mm、及び、根ランド表面70において0.8mmの有効硬化層深さ(effective case depth)を有していても良い。それは、炭素拡散、及び、その後行われるプリフォームの鍛造に起因する。この具体例では特定の数値を示したが、可変硬化層深さは特定の表面の断面上に一定でない有効硬化層深さプロファイルを有してもよく、ここに示した特定のプロファイルに限られない。
According to FIG. 2, the
可変硬化層深さプロファイル58は、硬化層深さ比(case depth ratio)で表すことができる。有効硬化層深さ比は、先端面64で測定した硬化層深さを根フィレット表面(root fillet surface)68で測定した硬化層深さに比較するか、ピッチ線表面(pitch line surface)66で測定した硬化層深さを根フィレット表面66で測定した硬化層深さに比較するか、又は、根ランド表面(root land surface)70で測定した硬化層深さを根フィレット表面68で測定した硬化層深さに比較することにより得ることができる。例えば、先端面64対根フィレット表面68の可変硬化層深さ比は6:1であり、ピッチ線表面66対根フィレット表面68の可変硬化層深さ比は、19:4であり、そして、根ランド表面70対根フィレット表面68の硬化層深さ比は2:1である。ほぼ1:1の硬化層深さ比は、図1に示した歯車10の一定の硬化層深さ16の有効範囲内にあると考えられる。
The variable hardened
最大の深さからより浅い深さまでの可変硬化層深さプロファイル58における硬化層深さ比が、6:1であることが有利である。なぜならば、耐歯磨耗性及び耐衝撃性などのより良い機械的な特性を得ることができるからである。
Advantageously, the hardened layer depth ratio in the variable hardened
歯車50の歯根56は、約43HRCの硬度を有する歯中間部(mid-tooth section)74と、約31HRCの硬度を有する根部(root section)76と、約32HRCの硬度を有する芯部(中心部)(core section)78と、を含んでも良い。これらの数値(硬度)は改良された機械的な特性を有する歯車の例として挙げたものに過ぎず、コア硬度比(core hardness ratio)は、歯中間部74と根又は芯部76、78との間で得られ、ほぼ4:3である。より高いコア硬度比は、歯車が耐歯衝撃性(tooth impact resistance)、即ち、柔軟性(ductility)により優れたことを意味する。一方で、図1に示したような歯車は、1:1のコア硬度比を有するので、柔軟性(延性)に劣る。
The
図3は、図2の歯車の有効硬化層深さを下回る(below)微細構造(microstructure)を示しており、図4は、図2の歯車の有効硬化層深さ内の微細構造を示している。深さの境界(depth boundary)は、材料の有効炭素含量がほぼ一定になって、可変硬化層深さプロファイル58によって有効とされ得る点(point)である。
3 shows the microstructure below the effective hardened layer depth of the gear of FIG. 2, and FIG. 4 shows the microstructure within the effective hardened layer depth of the gear of FIG. Yes. The depth boundary is the point at which the effective carbon content of the material can be made approximately constant and enabled by the variable hardened
可変硬化層深さを有する金属粉末歯車の製造法に戻ると、そのプロセスが図8に示されている。このプロセスは、混合(ステップ)20から始まり、その後に続く充填(ステップ)22、圧縮(ステップ)24、焼結(ステップ)26、浸炭(ステップ)28、予熱(ステップ)30、可変鍛造(variable forging)32、及び、冷却(ステップ)34を含み得る。鍛造後工程(post forging operation)36は、歯車を更に改良するための工程であり得る。これらのプロセス段階については当業者(金属粉末の鍛造に関する技術分野)に良く知られているために、本発明の一部の特徴についてのみ後述する。この観点から、材料の選択、温度処理(temperature processing)、及び、圧縮時の圧力については簡単に言及する。
Returning to the method of manufacturing the metal powder gear with variable hardened layer depth, the process is shown in FIG. The process begins with mixing (step) 20 followed by filling (step) 22, compression (step) 24, sintering (step) 26, carburization (step) 28, preheating (step) 30, variable forging (variable). forging) 32 and cooling (step) 34. The
混合ステップ20では、必要とされるバインダー又は滑剤を含んだ金属粉末(混合によって得られた、充填ステップ22において圧縮型(compacting form)へ充填するに適したほぼ均一な混合物)を用意する。圧縮ステップ24は、金属粉末を、プリフォームを通してほぼ均一な初期炭素含量(initial carbon content)を有するプリフォームに圧縮することを含む。この初期炭素含量は、金属粉末を、必要なバインダー又は滑剤と共に構成量(constituent amount)の黒鉛と混合して、プリフォームを形成することによって得られる。プリフォームは1以上の断面表面(cross-section surface)を有する。この断面表面において、最終鍛造部品は、結果として本明細書で説明したような可変硬化層深さプロファイルを有する。
In the mixing
焼結ステップ26及び浸炭ステップ28は同時に行われるか、又は、プリフォームを焼結した後浸炭ステップを完了する。プリフォームを焼結することで、金属粉末を結合させる。プリフォームの浸炭により、プリフォームの表面からコア内へ炭素勾配(carbon gradient)が進むにつれて、初期炭素含量が実質的に増加される。炭素勾配は、制御された炭素雰囲気を提供して、制御された雰囲気下で所定時間プリフォームを維持させることによって得られる。鍛造時に金属の臨界流れ(critical flow)を改良して、鍛造後の部品において所望の可変硬化層深さプロファイルを得るためには、実質的に一定の炭素硬化層深さを得る必要がある。勿論、密度勾配、部品ジオメトリ(part geometry)、及び、浸炭条件は、浸炭ステップの均一性(uniformity)に直結する。プリフォームに必要とされる炭素の硬化層深さは、鍛造時の臨界金属流れの所望の領域(area)及びプリフォームのジオメトリによって決められる。前述した歯車50に前述した比率の可変深さプロファイルを得るために、そのプリフォームは歯の高さの1/4に相当する硬化層深さに浸炭されるが、歯の高さの1/20又は7/8までの硬化層深さに浸炭することでも満たされ得る。プリフォームにあまりにも小さい硬化層深さを設けると、その結果として、非浸炭部が形成されるであろう。また、プリフォームにあまりにも大きい硬化層深さを設けると、その結果として、ほぼ一定の硬化層深さプロファイルが形成されるであろう。図6Aは、浸炭プロセス後の、図5に示したプリフォーム84の浸炭プリフォーム85の部分断面図を示したものである。プリフォーム85は、プリフォームの焼結及び浸炭後に得られた実質的に一定の炭素深硬化層深さ86を有する。
The
可変鍛造ステップ32は、実質的に緻密な(substantially dense)、ネットシェイプ(net shape)の部品を得るために、鍛造温度及び鍛造圧力にて前記浸炭プリフォームを鍛造することを含む。歯車の可変硬化層深さプロファイルは、各歯にほぼ対称的なプロファイルを生じさせる。それは、浸炭プリフォーム及び鍛造型(forging die)の対称的な特徴に起因する。しかしながら、多種多様な可変硬化層深さプロファイルを得るために異なる浸炭方法、及び、鍛造ステップを用いることも可能である。
The variable forging
可変硬化層深さプロファイルは、鍛造プロセスにおいて、一組の鍛造型を用いて、浸炭金属部の臨界流れ(critical flow)を良くすることによって得ることができる。このとき、浸炭金属粉末プリフォームの一定の硬化層深さは、型部に戦略的に圧縮される必要がある。。ここで、鍛造時に、プリフォームのある部分は引伸ばされ(stretched)、かつ薄くされ、そして、プリフォームの他の部分は、浸炭金属粉末で厚くされ、かつ、深くされる。鍛造前の浸炭金属粉末プリフォームにおけるあまりにも浅い硬化層深さ、又は、あまりにも深い硬化層深さは、最終製品に可変硬化層深さプロファイルをもたらすことができないだろう。 The variable hardened layer depth profile can be obtained by using a set of forging dies in the forging process to improve the critical flow of the carburized metal part. At this time, a certain hardened layer depth of the carburized metal powder preform needs to be strategically compressed into the mold part. . Here, during forging, one part of the preform is stretched and thinned, and the other part of the preform is thickened and deepened with carburized metal powder. Too shallow hardened layer depth or too deep hardened layer depth in the carburized metal powder preform prior to forging will not provide a variable hardened layer depth profile in the final product.
冷却ステップ34によって、鍛造部に、所望の可変硬化層深さプロファイルを有する歯車を生じさせる特定冶金(metallurgy)を設けることができる。鍛造部の冷却は、オイル、水、空気中での急冷、又は、金属粉末鍛造法に適したその他の方法によって行うことができる。
The cooling
冷却の前に、鍛造部品を所定時間ドエルすること(dwell)によって、部品の材料の温度安定化を図ることで、特性を改良することも考えられる。 It is also conceivable to improve the characteristics by stabilizing the temperature of the material of the part by dwelling the forged part for a predetermined time before cooling.
鍛造前に前記プリフォームを鍛造前温度(pre-forge temperature)に予熱することで、鍛造時に所望の金属流れを良くすることも考えられる。 It is also conceivable to improve the desired metal flow during forging by preheating the preform to a pre-forge temperature before forging.
鍛造後処理ステップ36(任意工程)は、最終の詳細要求条件に基づく製品のターニング(turning)、フェーシング(facing)、平面研磨(surface grinding)、スプライニング(splining)、及び、ブローチング(broaching)を含んでも良い。それにより、洗浄、包装(packing)、又は、出荷可能な状態となる。 Post-forging processing step 36 (optional process) includes product turning, facing, surface grinding, splining, and broaching based on final detailed requirements. May be included. This makes it ready for cleaning, packing or shipping.
金属粉末、圧縮型(compaction die)、処理時間、処理温度、処理圧力、鍛造型(forging die)、及び、冷却方法の適切な選択及び組み合わせによって、可変硬化層深さプロファイルを有するほぼネットシェイプの十分緻密な製品を得ることができ、それにより、機械加工処理を必要とするとしてもその程度は最小限にとどまり、コスト節減及び性能向上(性能改善)を促すことができる。 With the proper selection and combination of metal powder, compaction die, processing time, processing temperature, processing pressure, forging die, and cooling method, it is almost net shape with variable hardened layer depth profile A sufficiently dense product can be obtained, thereby minimizing the degree of need for machining, and promoting cost savings and performance (performance improvement).
本発明の鍛造浸炭金属粉末部品の製造方法に戻ると、そのプロセスの具体例が図9に示されている。このプロセスは、混合ステップ120、充填ステップ122、圧縮ステップ124、焼結ステップ126、浸炭ステップ128、除去ステップ130、及び、冷却ステップ134を含む。鍛造後工程136は、歯車をさらに改良するために用いられる。図9の方法と両立できる(compatible)図8に示したプロセスに関して前述した両立できる処理ステップは、金属粉末部品をさらに改良するために用いることができる。これらのプロセスの一部については金属粉末鍛造分野の当業者に良く知られているために、主に本発明の特徴について後述する。
Returning to the method of manufacturing a forged carburized metal powder part of the present invention, a specific example of the process is shown in FIG. The process includes a mixing
図9のプロセスの理解を助けるために、図6Bのプリフォーム184について簡単に説明する。図6Bは、鍛造前の除去プロセスによって図6Aのプリフォーム85から取り除かれる浸炭部188の部分断面図である。図6Aは、浸炭後の図5のプリフォーム84の部分断面図である。プリフォーム184は、1以上の第1表面185、硬化層深さ186、1以上の第2表面187、及び、浸炭部188を有する。浸炭部188は、選択的に選ばれて、鍛造前にプリフォームから除去される。鍛造前に浸炭部を選択的に除去することによって、二次的な処理(secondary operation)のための優れた機械加工性をもたらして、例えば、比較的やわらかい非浸炭材料により高いスプライン等級(spline classification)又はより強化された耐ブローチ削り性(broaching tolerance)を備えた最終部品を得ることができる。その他の利点は、焼結−浸炭プロセス及び鍛造プロセスから得た戦略的に改良された浸炭部から導き出される。
To assist in understanding the process of FIG. 9, the preform 184 of FIG. 6B will be briefly described. 6B is a partial cross-sectional view of the carburized
図9のプロセスに戻ると、選択的に浸炭されていない金属粉末部品は、金属粉末をプリフォームに圧縮するステップを必要とする。 Returning to the process of FIG. 9, metal powder parts that are not selectively carburized require the step of compressing the metal powder into a preform.
プリフォームの焼結及び浸炭を同時に行うか、又は、焼結した後浸炭してプリフォーム184を得ることは、前述した焼結及び浸炭プロセスによって行われ得る。 Carrying out the sintering and carburizing of the preform at the same time, or carburizing and carburizing to obtain the preform 184 can be performed by the sintering and carburizing process described above.
周知のとおり、スチール金属粉末に対する典型的な焼結温度は、華氏約2000〜約2100°である。ここで、プリフォームの初期炭素含量は0.22重量%未満であっても良い。浸炭により、1以上の第1表面における最終炭素含量は、0.22重量%〜0.37重量%であり得る。 As is well known, typical sintering temperatures for steel metal powders are about 2000 to about 2100 degrees Fahrenheit. Here, the initial carbon content of the preform may be less than 0.22% by weight. By carburizing, the final carbon content at the one or more first surfaces can be between 0.22 wt% and 0.37 wt%.
プリフォームの1以上の第2表面から浸炭部を除去するステップは、鍛造ステップの前に行われる。1以上の浸炭部を除去することによって、材料がケース硬化されていない1以上の第2表面を提供しつつも、有利なケース硬度(case hardness)を有する1以上の第1表面上に浸炭部を備えた鍛造部品を生じる。こうした除去ステップによって、鍛造前に、焼結されたプリフォームから第2表面187の浸炭部188を戦略的に除去することが可能となる。この除去プロセスは、例えば、穴あけ、機械加工、又は、研磨(grinding)のような周知の方法によって行うことができる。浸炭部を除去するによって得られる利点の一つに、焼結−浸炭プロセス中に炭素の拡散を制御する複雑なマスキング又は非マスキング(unmasking)を行う必要性がなくなることである。焼結されたプリフォーム(比較的やわらかい状態にあるとき)から浸炭部を除去することに伴う利点のもう一つに、工具寿命をのばして、スプライン等級(spline classification)のような製品のより高い性能を得ることができることが挙げられる。また、スプライニング(splining)は、通常その部品が鍛造後硬質の状態(hard state)にあるときに完了するので、不要な工具摩擦(tool wear)、並びに、スプライン抵抗又は性能の減少をもたらす。
The step of removing the carburized portion from the one or more second surfaces of the preform is performed before the forging step. By removing one or more carburized portions, the carburized portion on one or more first surfaces having an advantageous case hardness while providing one or more second surfaces where the material is not case hardened. This produces a forged part with Such a removal step enables strategic removal of the carburized
その後、鍛造及び冷却ステップが終了すると、表面硬度特性(surface hardness properties)を有する1以上の第1表面と、せん断抵抗性(shear resistance properties)を有する1以上の第2表面と、を備えた部品が得られる。鍛造及び冷却ステップは、金属粉末鍛造に属する分野における通常の知識を有する者に知られた方法に基づいて行うことができ、スチール粉末の場合、通常華氏約1600〜約1800°の温度にて行う。インチあたり50〜70トンの鍛造圧力を加えることにより、理論密度99.6%以上の実質的に緻密な部品を得ることが望ましい。 Thereafter, when the forging and cooling steps are completed, the component comprises one or more first surfaces having surface hardness properties and one or more second surfaces having shear resistance properties. Is obtained. The forging and cooling steps can be performed based on methods known to those having ordinary knowledge in the field of metal powder forging, and in the case of steel powder, usually at a temperature of about 1600 to about 1800 degrees Fahrenheit. . It is desirable to obtain a substantially dense part having a theoretical density of 99.6% or more by applying a forging pressure of 50 to 70 tons per inch.
最終部品が鍛造後ほぼネットシェイプである場合に、除去ステップにおいて取り除かれるべき材料は、圧縮ステップにおいて適切なプリフォーム又は大きいサイズのプリフォーム(oversize preform)を製造することで説明される。 If the final part is approximately net-shaped after forging, the material to be removed in the removal step is described by producing a suitable preform or an oversize preform in the compression step.
図9に示したプロセスが、図8のプロセスに示したような可変鍛造ステップ(variable forging step)を用いることが有利な場合もある。特に、可変硬化層深さプロファイルは、除去ステップ後、プリフォームの1以上の第1表面における浸炭部を鍛造する間に最終部品に得られる。この場合に、その部品が本発明に基づいて製造された歯車であれば、それは、より良いスプライン等級及びせん断力(shear strength)に必要な軟性内径(soft internal diameter)を有しながらも、図2に示したような可変硬化層深さプロファイルを有するものであり得る。 It may be advantageous for the process shown in FIG. 9 to use a variable forging step as shown in the process of FIG. In particular, a variable hardened layer depth profile is obtained in the final part after forging the carburized portion on one or more first surfaces of the preform after the removal step. In this case, if the part is a gear manufactured in accordance with the present invention, it has the soft internal diameter required for better spline rating and shear strength, while 2 having a variable hardened layer depth profile as shown in FIG.
図9に示した本発明のプロセスに基づいて造られた部品は、要求される硬質、及び、軟質の表面を有するいかなる部品をも含み得る。特に、図9に示した本発明の方法は、歯付き歯車(toothed gear)に特に有利である。 The parts made based on the process of the present invention shown in FIG. 9 can include any parts having the required hard and soft surfaces. In particular, the inventive method shown in FIG. 9 is particularly advantageous for toothed gears.
明細書には様々なプロセスステップを記載したが、それらは、特許請求の範囲により定まる本発明の範囲を制限するものではない。また、本発明は、幾つかの具体例に基づいて説明されているが、本発明はこれらの具体例に制限されないものと解すべきである。したがって、本発明は、以下の特許請求の範囲に記載された技術的思想に含まれる変更例、変形例、及び、均等例を含む。 While the specification describes various process steps, they do not limit the scope of the invention as defined by the claims. Although the present invention has been described based on some specific examples, it should be understood that the present invention is not limited to these specific examples. Accordingly, the present invention includes modifications, variations, and equivalents included in the technical idea described in the following claims.
Claims (22)
金属粉末を、硬化層深さ硬度表面を形成する1以上の第1表面と、鍛造前に除去されるべき浸炭部を形成する1以上の第2表面と、を備えたプリフォームに圧縮する圧縮ステップと、
前記プリフォームを順次に又は同時に焼結・浸炭するステップと、
前記プリフォームにおける前記1以上の第2表面から前記浸炭部を除去するステップと、
前記プリフォームを鍛造して、鍛造部品を得る鍛造ステップと、
前記鍛造部品を冷却して、改良された鍛造後特性を有する1以上の第2表面と、表面硬度特性を有する1以上の第1表面と、を有する鍛造部品を得る冷却ステップと、
を順次行うことを特徴とする製造方法。 A method for producing a metal powder part that is not selectively carburized,
Compressing metal powder into a preform comprising one or more first surfaces forming a hardened layer depth hardness surface and one or more second surfaces forming a carburized portion to be removed prior to forging. Steps,
Sintering and carburizing the preforms sequentially or simultaneously;
Removing the carburized portion from the one or more second surfaces of the preform;
Forging step of forging the preform to obtain a forged part;
Cooling the forged part to obtain a forged part having one or more second surfaces having improved post-forging properties and one or more first surfaces having surface hardness properties;
The manufacturing method characterized by performing sequentially.
前記鍛造部品を鍛造する間に、前記鍛造用の型セットを用いて、金属の前記浸炭部の臨界流れを可変的に改良することによって、前記可変硬化層深さプロファイルを得る、請求項1に記載の方法。 Forging the preform to form the forged part having a variable hardened layer depth profile on the one or more first surfaces; and
2. The variable hardened layer depth profile is obtained by variably improving the critical flow of the carburized portion of metal using the forging die set during forging of the forged part. The method described.
前記半径方向の歯が、前記かさ歯車の前記回転軸と概して同じ方向に延び、かつ、前記かさ歯車の前記回転軸に対して傾いていることを特徴とする歯車。 A bevel gear manufactured by the manufacturing method according to claim 1, comprising a rotation shaft and a plurality of radial teeth,
The gear according to claim 1, wherein the radial teeth extend in substantially the same direction as the rotation axis of the bevel gear and are inclined with respect to the rotation axis of the bevel gear.
前記プリフォームを同時に又は順次に焼結・浸炭するステップと、
前記プリフォームの前記1以上の第2表面から浸炭部を除去するステップと、
前記プリフォームを鍛造して、鍛造部品を得るステップと、
前記鍛造部品を冷却して、改良された公差特性を有する1以上の第2表面、及び、表面衝撃特性を有する1以上の第1表面を備えた鍛造部品を得るステップと、
を順次行うことを特徴とする選択的に浸炭されていない金属粉末部品の製造方法によって製造された部品。 Compressing the metal powder into a preform having one or more first surfaces forming a hardened layer depth hardness surface and one or more second surfaces forming a carburized portion to be removed before forging;
Sintering or carburizing the preforms simultaneously or sequentially;
Removing carburized portions from the one or more second surfaces of the preform;
Forging the preform to obtain a forged part;
Cooling the forged part to obtain a forged part having one or more second surfaces having improved tolerance characteristics and one or more first surfaces having surface impact characteristics;
A part manufactured by a method of manufacturing a metal powder part that is not selectively carburized, characterized in that:
前記プリフォームを同時に又は順次に焼結・浸炭するステップと、
ターニング又はブローチングを行って、前記プリフォームの前記1以上のスプライン表面から前記浸炭部を除去するステップと、
前記プリフォームを鍛造して、鍛造部品を形成するステップと、
前記鍛造部品を冷却して、せん断抵抗を有する1以上のスプライン表面、及び、表面硬度特性を有する1以上の歯車表面を備えた鍛造部品を得るステップと、
を順次行うことを特徴とする、選択的に浸炭されていない金属粉末部分を有する歯車の製造方法。 A compression step of compressing the metal powder into a preform comprising one or more gear surfaces forming a hardened layer depth hardness surface and one or more spline surfaces having a carburized portion to be removed before forging;
Sintering or carburizing the preforms simultaneously or sequentially;
Performing turning or broaching to remove the carburized portion from the one or more spline surfaces of the preform;
Forging the preform to form a forged part;
Cooling the forged part to obtain a forged part comprising one or more spline surfaces having shear resistance and one or more gear surfaces having surface hardness characteristics;
A method for manufacturing a gear having a metal powder portion that is not selectively carburized, characterized in that:
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/US2007/076174 WO2009025660A1 (en) | 2007-08-17 | 2007-08-17 | Method for obtaining forged carburized powder metal part |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010537048A true JP2010537048A (en) | 2010-12-02 |
Family
ID=38669019
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010521825A Pending JP2010537048A (en) | 2007-08-17 | 2007-08-17 | Manufacturing method of forged carburized metal powder parts |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010537048A (en) |
CN (1) | CN101827675B (en) |
DE (1) | DE112007003626T5 (en) |
WO (1) | WO2009025660A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022535655A (en) * | 2019-04-12 | 2022-08-10 | ジーケーエヌ シンター メタルズ、エル・エル・シー | Variable diffusion carburizing method |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8517884B2 (en) * | 2006-03-24 | 2013-08-27 | Gkn Sinter Metals, Llc | Powder forged differential gear |
AT509456B1 (en) * | 2010-08-31 | 2011-09-15 | Miba Sinter Austria Gmbh | SINTERED GEAR |
DE102011075366A1 (en) * | 2011-05-05 | 2012-11-08 | Robert Bosch Gmbh | Method for producing hard metal workpiece, involves plastically deforming hard metal workpiece after sintering operation |
CN109366107A (en) * | 2018-11-28 | 2019-02-22 | 合肥常青机械股份有限公司 | A kind of hollow and thin-walled part Forming Quality control method |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5372955A (en) * | 1976-12-09 | 1978-06-28 | Horsburgh & Scott Co | Gear and manufacturing method thereof |
JPS5521583A (en) * | 1978-05-31 | 1980-02-15 | Federal Mogul Corp | Producing metal element from low alloy ferric powder |
JPS6082656A (en) * | 1983-10-12 | 1985-05-10 | Toyota Motor Corp | Manufacture of vibration proof gear |
JPH05295406A (en) * | 1992-04-20 | 1993-11-09 | Kawasaki Steel Corp | Production of ferrous sintered and cast material |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1170149B (en) * | 1959-02-11 | 1964-05-14 | Heinz Schmalz Dr Ing | Process for the powder-metallurgical production of roller bearing races from sintered steel |
US4002471A (en) | 1973-09-24 | 1977-01-11 | Federal-Mogul Corporation | Method of making a through-hardened scale-free forged powdered metal article without heat treatment after forging |
US3992763A (en) * | 1974-09-13 | 1976-11-23 | Federal-Mogul Corporation | Method of making powdered metal parts |
JPS5562214A (en) * | 1978-11-02 | 1980-05-10 | Toyobo Co Ltd | Production of hollow fiber membrane |
NL1020562C2 (en) * | 2002-05-08 | 2003-11-11 | Norma B V | Crown wheel. |
JP2006523775A (en) * | 2003-03-18 | 2006-10-19 | ザ ペン ステート リサーチ ファウンデーション | Method and apparatus for toughening powder metal gears by ausforming |
-
2007
- 2007-08-17 DE DE112007003626T patent/DE112007003626T5/en active Pending
- 2007-08-17 JP JP2010521825A patent/JP2010537048A/en active Pending
- 2007-08-17 WO PCT/US2007/076174 patent/WO2009025660A1/en active Application Filing
- 2007-08-17 CN CN200780101184.9A patent/CN101827675B/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5372955A (en) * | 1976-12-09 | 1978-06-28 | Horsburgh & Scott Co | Gear and manufacturing method thereof |
JPS5521583A (en) * | 1978-05-31 | 1980-02-15 | Federal Mogul Corp | Producing metal element from low alloy ferric powder |
JPS6082656A (en) * | 1983-10-12 | 1985-05-10 | Toyota Motor Corp | Manufacture of vibration proof gear |
JPH05295406A (en) * | 1992-04-20 | 1993-11-09 | Kawasaki Steel Corp | Production of ferrous sintered and cast material |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022535655A (en) * | 2019-04-12 | 2022-08-10 | ジーケーエヌ シンター メタルズ、エル・エル・シー | Variable diffusion carburizing method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101827675B (en) | 2014-11-12 |
WO2009025660A1 (en) | 2009-02-26 |
DE112007003626T5 (en) | 2010-06-24 |
CN101827675A (en) | 2010-09-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8424204B2 (en) | Method of forming composite powder metal gear | |
US7718116B2 (en) | Forged carburized powder metal part and method | |
US7827692B2 (en) | Variable case depth powder metal gear and method thereof | |
US10900552B2 (en) | Forged composite inner race for a CVJ | |
US5390414A (en) | Gear making process | |
US7854995B1 (en) | High density dual helical gear | |
CN106984807B (en) | A kind of surface compact method of powder metallurgy | |
JP2007262536A (en) | Sintered gear and its production method | |
JP2010537048A (en) | Manufacturing method of forged carburized metal powder parts | |
JP5443358B2 (en) | Powder metal gear with variable case depth and manufacturing method thereof | |
WO2011075436A1 (en) | Composite powder metal constant velocity joint inner race and method of making same | |
WO2008139323A2 (en) | Powder metal internal gear rolling process | |
JP6395217B2 (en) | Method for manufacturing sintered parts | |
JP2008527166A (en) | Method for producing surface densified powder metal parts | |
JP2010537137A (en) | Composite metal powder variable boundary gear and method | |
JP4301507B2 (en) | Sintered sprocket for silent chain and manufacturing method thereof | |
KR100502219B1 (en) | Method of forming by cold worked powdered metal forged parts | |
JP2008248308A (en) | High speed steel base alloy composite product | |
US8444781B1 (en) | Method of strengthening metal parts through ausizing | |
JP5734944B2 (en) | Composite metal powder variable boundary gear and method | |
KR20120102915A (en) | Manufacturing method of sinter hardened after warm die compacting with high density for powder metal machine part | |
JP2022535655A (en) | Variable diffusion carburizing method | |
JP2020139193A (en) | Machine component, and method for producing the same | |
Fordén et al. | PM Applications: High Performance Gears |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121023 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130709 |