JP2016505092A - Heat treatment process in manufacturing method of ring set for drive belt - Google Patents
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Abstract
フレキシブルな鋼リング(32)を製造する方法、特に互いに重ねられた複数の前記フレキシブルな鋼リング(32)で駆動ベルト(3)用のリングセット(31)を製造する方法であって、該方法は、前記リング(32)に、熱処理によって窒化表面層を施与する処理ステップ(IX)を含む。本明細書では、前記リング(32)の窒化表面層の厚さが、前記窒化熱処理の継続時間を制御することにより、能動的に制御される。A method for producing a flexible steel ring (32), in particular a method for producing a ring set (31) for a drive belt (3) with a plurality of said flexible steel rings (32) stacked one upon the other, said method Includes a processing step (IX) of applying a nitrided surface layer to the ring (32) by heat treatment. Herein, the thickness of the nitrided surface layer of the ring (32) is actively controlled by controlling the duration of the nitridation heat treatment.
Description
本明細書は、請求項1の上位概念に記載した、駆動ベルト用リングセットの製造方法における熱処理プロセスに関する。駆動ベルトは、主に自動車に適用される公知の無段変速トランスミッションの2つの調節可能なプーリ間の動力伝達手段として主に用いられる。 The present specification relates to a heat treatment process in a method for manufacturing a ring set for a drive belt described in the superordinate concept of claim 1. The drive belt is mainly used as a power transmission means between two adjustable pulleys of a known continuously variable transmission mainly applied to automobiles.
このような形式の駆動ベルトは、一般に公知であり且つ多数の横断エレメント又はセグメントから成っている。これらの横断エレメント又はセグメントは、それぞれ多数の重ねられたフレキシブルなベルトリングから成る1つ又は2つ以上のリングセットに、摺動可能に組み込まれている。このような形式の駆動ベルトにおいて、横断エレメントはリングセットに結合されているのではなく、むしろCVTの作動中は、リングセットの周面に沿って摺動するようになっている。また、リングセットの個々のベルトリングも、作動中は互いに相対的に摺動する。 Such types of drive belts are generally known and consist of a number of transverse elements or segments. These transverse elements or segments are slidably incorporated in one or more ring sets, each consisting of a number of stacked flexible belt rings. In this type of drive belt, the transverse elements are not coupled to the ring set, but rather are slid along the circumference of the ring set during operation of the CVT. The individual belt rings of the ring set also slide relative to each other during operation.
駆動ベルトのベルトリングは、択一的に帯材、ループ又はエンドレスベルトと呼ばれ、とりわけ大きな引張り強さ及び(曲げ)疲労強度の機械的な特徴と、鋼をシート形状の基本材料から所望の形状に処理する比較的良好な処理性と、最終製品であるベルトリングの材料特性とが組み合わされた、鋼、特にマルエージング鋼から製造される。前記所望の材料特性には、大きな引っ張り強度と、十分な弾性及び延性の特徴とを組み合わせてベルトリングの長手方向に曲げられるようにするための、リングコア材料の適正な硬度と、ベルトリングに耐摩耗性を与えるための、はるかに硬い外側又は表面層とが含まれる。更に、金属疲労に対する高い耐性を供与するために、かなりの圧縮残留応力が、ベルトリングの表面層に加えられる。この後者の特徴は、特に重要である。それというのも、ベルトリングはトランスミッション内の駆動ベルトの耐用年数の間に、多数の負荷及び曲げサイクルを被るからである。 The belt ring of the drive belt is alternatively referred to as a strip, loop or endless belt, with the mechanical characteristics of particularly high tensile strength and (bending) fatigue strength and the desired steel from the basic material in sheet form. Manufactured from steel, in particular maraging steel, which combines a relatively good processability to form and the material properties of the final product belt ring. The desired material properties include the appropriate hardness of the ring core material to be able to bend in the longitudinal direction of the belt ring in combination with high tensile strength and sufficient elasticity and ductility characteristics, and resistance to the belt ring. A much harder outer or surface layer is included to provide wear. In addition, considerable compressive residual stress is applied to the surface layer of the belt ring to provide high resistance to metal fatigue. This latter feature is particularly important. This is because the belt ring experiences numerous loads and bending cycles during the service life of the drive belt in the transmission.
このような駆動ベルトの製造方法は全体的に、当該技術分野において公知である。このような全体的な製造方法の1つの重要な部分が、ベルトリングの熱処理であり、この熱処理には、析出硬化の処理ステップと、窒化処理の処理ステップとが含まれる。 Such drive belt manufacturing methods are generally known in the art. One important part of such an overall manufacturing method is the heat treatment of the belt ring, which includes a precipitation hardening treatment step and a nitridation treatment step.
析出硬化は、時効としても知られており、摂氏400度(℃)を上回る温度にベルトリングを加熱することによって実現される。この温度で微細な金属析出物が培養されて、リング材料の複数の任意の箇所で成長する。析出物が成長するにつれて、リング材料の硬度は、一般に最大硬度値に到達するまで増大し、その後、リング材料の硬度は一般に再び減少し始める(いわゆる「過時効」)。ベルトリングの表面の(深刻な)酸化を防ぐために、析出硬化は通常、窒素ガス、又は若干の水素ガスが混入された窒素ガスといった、不活性の、又は減少された処理雰囲気内で実施される。 Precipitation hardening, also known as aging, is achieved by heating the belt ring to a temperature above 400 degrees Celsius (° C.). Fine metal precipitates are cultured at this temperature and grow at a plurality of arbitrary locations of the ring material. As the precipitate grows, the hardness of the ring material generally increases until a maximum hardness value is reached, after which the hardness of the ring material generally begins to decrease again (so-called “overaging”). In order to prevent (serious) oxidation of the belt ring surface, precipitation hardening is usually carried out in an inert or reduced processing atmosphere, such as nitrogen gas or nitrogen gas mixed with some hydrogen gas. .
窒化処理は、付加的に硬化され、しかも圧縮(予)荷重の加えられた表面層を、ベルトリングに施与する。窒化処理、少なくとも一般的に適用される、窒化処理の変化態様であるガス軟窒化処理では、ベルトリングは、アンモニアガス(NH3)を含む処理雰囲気中で、やはり400℃を上回る温度に保持される。このような温度では、アンモニア分子がベルトリングの表面で解離して、水素ガスと窒素原子を形成し、窒素原子がリング材料の結晶格子に侵入する。窒化処理が続くにつれて、窒素原子は処理温度により決定される速度で拡散されることにより、表面から離脱してリング材料内へ侵入するので、ベルトリングには、増大された厚さの窒化表面層が施与されることになる。窒化物層の厚さも同様に、窒化処理において/より得られる、リング表面における硬度や圧縮残留応力といった材料特性に密接に関係していることから、窒化処理雰囲気の組成、特に窒化処理雰囲気中のアンモニアと水素の濃度、並びに窒化処理の温度と継続時間とに左右される。よって、これらの処理雰囲気の組成、処理温度、及び処理時間/継続時間の3つのパラメータは共に、窒化処理の主要な処理設定を代表するものである。 The nitriding treatment applies a surface layer that is additionally hardened and also subjected to a compression (pre) load to the belt ring. In nitriding, a gas soft nitriding that is at least a commonly applied variation of nitriding, the belt ring is also maintained at a temperature above 400 ° C. in a processing atmosphere containing ammonia gas (NH 3). . At such a temperature, ammonia molecules dissociate on the surface of the belt ring to form hydrogen gas and nitrogen atoms, and the nitrogen atoms enter the crystal lattice of the ring material. As the nitriding process continues, the nitrogen atoms are diffused at a rate determined by the processing temperature, leaving the surface and entering the ring material so that the belt ring has an increased thickness of the nitrided surface layer. Will be given. The thickness of the nitride layer is also closely related to the material properties such as hardness and compressive residual stress at the ring surface obtained / obtained in the nitriding process, so that the composition of the nitriding atmosphere, particularly in the nitriding atmosphere It depends on the concentration of ammonia and hydrogen, as well as the temperature and duration of the nitriding process. Thus, the three parameters of the process atmosphere composition, process temperature, and process time / duration are all representative of the main process settings for the nitriding process.
所与のトランスミッションに駆動ベルトを適用して実際に使用するためには、ベルトリングの窒化物層の厚さが、ベルトの長寿命の決定において主に重要となる。特に、窒化物層が極端に薄いと、ベルトリングの摩耗特性及び疲労特性が不十分となり、或いは窒化物層が極端に厚いと、リング材料が過度に脆くなって、リング応力レベルが作動中の弾性限界を超過することになる。いずれの場合も、ベルトリング、延いては駆動ベルト全体が早期に破損することになる。よって、窒化物層厚さに関して、一旦所望の又は目標とする値が指定されたならば、このような目標値を、駆動ベルトの(大量)生産において正確に且つ一貫して実現することが重要である。 For practical use with a drive belt applied to a given transmission, the thickness of the belt ring nitride layer is primarily important in determining the long life of the belt. In particular, if the nitride layer is extremely thin, the wear and fatigue properties of the belt ring will be insufficient, or if the nitride layer is extremely thick, the ring material will be too brittle and the ring stress level will be The elastic limit will be exceeded. In either case, the belt ring and thus the entire drive belt will be damaged early. Thus, once a desired or target value is specified for nitride layer thickness, it is important to achieve such target value accurately and consistently in (mass) production of drive belts. It is.
駆動ベルトの大量生産では、多くの外部要因が窒化処理に影響を及ぼし、窒化処理を妨害することさえある。例えば、大規模な大量生産において、工業炉の処理温度は、大幅に変動することがある。更に、この炉には常に均一にベルトリングが装入されるわけではない。したがって装入量が、アンモニアガスが消費される、即ちリング表面において解離する速度を決定し、延いては処理ガスの所要供給量を決定する。これに応じて、窒化処理の処理設定を能動的に制御することが、窒化処理の所要の精度と一貫性にとって重要である。 In mass production of drive belts, many external factors can affect the nitriding process and even interfere with the nitriding process. For example, in large-scale mass production, the processing temperature of an industrial furnace can vary significantly. Moreover, the furnace is not always charged uniformly with a belt ring. The charge therefore determines the rate at which ammonia gas is consumed, i.e. dissociates at the ring surface, and thus the required supply of process gas. Accordingly, actively controlling the process settings of the nitriding process is important for the required accuracy and consistency of the nitriding process.
実地においてこのことは、ベルトリングを一定の間隔で、通常の処理フローから取り出すことを意味している。この選ばれたベルトリングの窒化物層の厚さを測定する。このためには、例えば欧州特許出願公開第1869434号明細書に記載されているような、いくつかの測定方法が有効である。測定された実際の窒化物層厚さと、窒化物層厚さの目標値との間の差の大きさ及び符号に応じて、窒化処理雰囲気中のアンモニア濃度が調整され得る。特に、実際の窒化物層が前記目標値に到達していない場合には、通常アンモニアガスの供給量が増大され、或いは実際の窒化物層が前記目標値を超過した場合には、通常前記供給量が減少されることになる。 In practice this means that the belt ring is removed from the normal process flow at regular intervals. The nitride layer thickness of the selected belt ring is measured. For this purpose, several measuring methods are effective, for example as described in EP 1869434. Depending on the magnitude and sign of the difference between the measured actual nitride layer thickness and the target nitride layer thickness, the ammonia concentration in the nitriding atmosphere can be adjusted. In particular, when the actual nitride layer does not reach the target value, the supply amount of ammonia gas is usually increased, or when the actual nitride layer exceeds the target value, the supply is normally performed. The amount will be reduced.
この公知の窒化処理の処理制御は、今まで長年にわたり上手く適用されてきたが、リングセットの製造方法の最近の進化を考慮したものではない。特に最近の進化は、熱処理後に個々のベルトリングからリングセットを組み立てる代わりに、熱処理前にリングセットを組み立てることに関する。この、リングセットの製造方法の設定に関する最近の進化は、欧州特許出願公開第1815160号明細書に記載されており、熱処理炉の利用率を大幅に向上させている。なぜならば、典型的には6〜12のベルトリングを備えるリングセットは、炉内で1つの個別のベルトリングと大体同じスペースを占有するからである。明らかに、リングセット内では、ベルトリングの大部分の表面は互いに近接しており、そこの処理雰囲気は、外部、即ちリングセット全体の外側表面を形成するリング表面におけるよりも容易に、アンモニアガスから減少する。よって、例え前掲の欧州特許出願公開第1815160号明細書に基づき、リングセット窒化処理の最適な処理設定が、とりわけ大量生産において発生する恐れのある窒化処理の連続的な障害及び/又はずれを考慮するために必要とされる、上述した窒化処理の能動的な制御によって、リングセットのベルトリングの各個別のリング表面に指定された窒化物層厚さを提供するために有効であるとしても、実際の処理設定は、実地において窒化処理の前記最適な設定から、多少なりとも逸脱する若しくはずれることになる。換言すると、前記指定された窒化物層厚さからのずれは、少なくともリングセットのベルトリングのいくつかのリング表面に関して、大量生産の既存の設定では、ほとんど避けられない。 This known nitriding process control has been successfully applied for many years, but does not take into account the recent evolution of ring set manufacturing methods. A particularly recent evolution relates to assembling the ring set before heat treatment instead of assembling the ring set from individual belt rings after heat treatment. This recent evolution regarding the setting of the manufacturing method of the ring set is described in EP 1815160, which greatly improves the utilization rate of the heat treatment furnace. This is because a ring set with typically 6-12 belt rings occupies roughly the same space as one individual belt ring in the furnace. Obviously, in the ring set, most of the belt ring surfaces are close to each other, and the treatment atmosphere there is more easily the ammonia gas than on the outside, i.e. the ring surface that forms the outer surface of the entire ring set. Decrease from. Thus, for example, based on the above-mentioned European Patent Application Publication No. 1815160, the optimal process settings for the ring set nitridation process take into account, among other things, the continuous nitridation process failures and / or deviations that may occur in mass production. Even if it is effective to provide a specified nitride layer thickness on each individual ring surface of the belt ring of the ring set by the active control of the nitriding process described above required to Actual process settings will deviate or deviate somewhat from the optimal settings for nitriding in practice. In other words, deviations from the specified nitride layer thickness are almost inevitable in existing settings for mass production, at least for some ring surfaces of the belt rings of the ring set.
本明細書は、駆動ベルトリングセットの既存の製造方法を、特にリングセットの窒化処理の処理ステップの点で改良することを目的とする。本明細書によれば、このような改良は、請求項1に記載の製造方法に見出される。特にこの新規な製造方法により、リングセットの内側において互いに面したリング表面と、リングセットの外側に面したリング表面の両方に広く対応して窒化物層の厚さに影響を及ぼす、リングセット窒化処理の処理ステップの能動的な制御が提供される。換言すると、目標値に満たない実際の窒化物層厚さを補償して、ベルトリングに実際に供与される窒化物層厚さを増大させるために処理設定が変更された場合、結果としてこの窒化物層厚さの増大は、リングセットにおける全てのベルトリングのリング表面全体について、好適には類似したものとなる。特に本発明による新規な製造方法では、実際の(即ち測定された)窒化物層厚さが、窒化物層厚さの目標値よりも小さいと、リングセット窒化処理の処理ステップが延長され、且つ実際の(即ち測定された)窒化物層厚さが目標値よりも大きいと、リングセット窒化処理の処理ステップが短縮される。同時に、処理ガス、特にアンモニアガスの供給量と、処理温度とは、好適には少なくとも前記のような厚さのずれに応じては変更されないままとなる。 The present specification aims to improve the existing manufacturing method of the drive belt ring set, in particular in terms of the processing steps of the nitriding treatment of the ring set. According to the specification, such an improvement is found in the production method according to claim 1. In particular, the novel manufacturing method allows ring set nitridation to affect the nitride layer thickness widely corresponding to both the ring surfaces facing each other inside the ring set and the ring surfaces facing the outside of the ring set. Active control of the processing steps of the process is provided. In other words, if the process settings are changed to compensate for the actual nitride layer thickness below the target value and increase the nitride layer thickness actually delivered to the belt ring, this nitridation will result. The increase in material layer thickness is preferably similar for the entire ring surface of all belt rings in the ring set. In particular, in the novel manufacturing method according to the present invention, if the actual (ie, measured) nitride layer thickness is less than the target nitride layer thickness, the ring set nitridation process steps are extended, and If the actual (ie, measured) nitride layer thickness is greater than the target value, the ring set nitridation process steps are shortened. At the same time, the supply amount of the processing gas, in particular ammonia gas, and the processing temperature preferably remain unchanged at least in accordance with the thickness deviation as described above.
以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。 In the following, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1には、一般に自動車のエンジンと駆動輪との間の、自動車のドライブラインに適用される、公知の無段変速トランスミッション又はCVTの中心部分が示されている。このトランスミッションは2つのプーリ1,2を有しており、各プーリ1,2にはそれぞれ、2つの円錐形のプーリディスク4,5が設けられており、これらのプーリディスク4,5間には所定のV字溝が画定されており、一方のディスク4は、それぞれプーリ軸6,7上に配置されていて、これらのプーリ軸6,7に沿って軸方向に可動である。一方のプーリ1,2から他方のプーリ2,1へ、回転運動ωと付随するトルクTとを伝達するために、プーリ1,2には駆動ベルト3が巻き掛けられている。トランスミッションは一般に、作動手段も有しており、この作動手段は、少なくとも前記一方のディスク4に、軸方向に向けられた締付け力Faxを、それぞれ他方のプーリディスク5に向かって加え、これによりプーリディスク4,5間でベルト3が締め付けられることになる。またこれにより、被駆動プーリ2の回転速度と、駆動プーリ1の回転速度との間の(速度)伝達比も決定される。
FIG. 1 shows the central part of a known continuously variable transmission or CVT that is applied to the driveline of an automobile, generally between the engine and the drive wheels of the automobile. This transmission has two
公知の駆動ベルト3の一例が、図2に断面図で詳細に示されている。このベルト3には、2つのリングセット31が組み込まれており、各リングセット31は、それぞれ(本実施形態では)6つの薄く平らな、即ち帯状のフレキシブルなベルトリング32から成っている。ベルト3は更に、多数の板状の金属横断エレメント33を有しており、これらの金属横断エレメント33は、それぞれ横断エレメント33の各凹所内に配置されたリングセット31によって一緒に保持されている。横断エレメント33は、入力トルクTinがいわゆる駆動プーリ1に働くと前記締付け力Faxを受け取り、これによりディスク4,5とベルト3との間に生ぜしめられた摩擦が駆動プーリ1を回転させ、この回転は、同様に回転する駆動ベルト3を介して、いわゆる被駆動プーリ2に伝達される。
An example of a known
運転中、CVTでは駆動ベルト3と、特にそのベルトリング32とに、周期的に変化する引張応力及び曲げ応力、即ち疲労荷重が加えられる。よって典型的には、リング32の金属疲労に対する耐性、即ち疲労強度が、与えられた、駆動ベルト3によって伝達されるべきトルクTにおける、駆動ベルト3の機能的な耐用年数を決定する。そのため、リングセット製造方法の開発においては、最小限の複合材料と処理コストで、要求されるリング疲労強度を実現することが、長年の課題であった。
During operation, the CVT applies periodically changing tensile and bending stresses, i.e. fatigue loads, to the
図3には、公知の駆動ベルト3を製造する方法、即ち駆動ベルト3のリングセット31を製造する方法全体の、本発明に関連する部分が図示されており、この場合、個々の処理ステップは、ローマ数字で表されている。
FIG. 3 shows the relevant part of the method for producing a known
第1の処理ステップIでは、典型的には0.4mm〜0.5mmの範囲の厚さを有する基本材料の薄いシート又は薄板11を円筒形状に曲げ、第2の処理ステップIIにおいて、突き合わされた薄板端部12を互いに溶接して、開放した中空の円筒又は管13を形成する。第3の処理ステップIIIでは、管13を焼なましする。次いで、第4の処理ステップIVにおいて、管13を複数の環状帯材14に切断する。次いで第5の処理ステップVではこれらの環状帯材14を圧延して、その厚さを0.150〜0.200mmの値にまで、典型的には約185ミクロンにまで減少させる一方で、長さを引き延ばす。圧延後の帯材14は通常、ベルトリング32と呼ばれる。次いでベルトリング32を更に第6の処理ステップVIにおいて焼きなまし、摂氏600度(“℃”)を大幅に上回る、例えば約800℃の温度でのリング材料の回復及び再結晶により、前の圧延処理(即ち第5のステップV)の加工硬化作用を取り除く。次いで第7の処理ステップVIIにおいて、ベルトリング32を較正する、即ち、ベルトリング32を2つの回転ローラの周りに取り付けて、これらのローラを離間させることにより、所定の周長まで延伸させる。この第7の処理ステップVIIでは、ベルトリング32における内部応力の分散も行われる。
In a first processing step I, a thin sheet or sheet 11 of basic material, typically having a thickness in the range of 0.4 mm to 0.5 mm, is bent into a cylindrical shape and is abutted in a second processing step II. The thin plate ends 12 are welded together to form an open hollow cylinder or
次いで、第8の処理ステップVIIIにおいて、適宜に互いに適合された周長の複数のベルトリング32から、これらのベルトリング32を互いの周面に重ね合わせることにより、各リングセット31を組み立てる。最後に、第9の処理ステップIXの析出硬化又は時効IX−A及びガス軟窒化処理IX−Nにおいて、リングセット31を熱処理する。特に、時効及び窒化処理には、典型的には窒素、水素及びアンモニアガス、一般に約10体積%のアンモニアガスから成る管理されたガス雰囲気を有する炉内で、リングセット31を400〜500℃、典型的には485℃の温度にまで加熱することが含まれる。 Next, in the eighth processing step VIII, each ring set 31 is assembled by superimposing these belt rings 32 on each other's circumferential surface from a plurality of belt rings 32 having circumferential lengths that are appropriately adapted to each other. Finally, the ring set 31 is heat-treated in the precipitation hardening or aging IX-A and gas soft nitriding treatment IX-N in the ninth treatment step IX. In particular, for aging and nitriding treatments, the ring set 31 is set to 400-500 ° C. in a furnace having a controlled gas atmosphere typically consisting of nitrogen, hydrogen and ammonia gas, generally about 10% by volume ammonia gas. Heating to a temperature of typically 485 ° C is included.
熱処理の正確な処理設定は、ベルトリング32の基本材料(即ちマルエージング鋼の合金組成)に応じて選択されると共に、ベルトリング32にとって望ましい機械的特性に応じて選択される。後者に関して注目されるのは、一般に、少なくとも500HV1.0のコア硬度値、少なくとも800HV0.1の表面硬度値、及び25〜35ミクロンの窒化された表面層若しくは窒素拡散領域の厚さが目標とされることである。前記熱処理の継続時間は、前記機械的特性、処理温度、及び処理雰囲気組成に基づき得られるものであり、実際には通常、30〜90分の範囲内の値を有することになる。
The exact processing settings for the heat treatment are selected according to the basic material of the belt ring 32 (ie, the alloy composition of the maraging steel) and selected according to the desired mechanical properties for the
上述した処理ステップは、各処理ステップ、即ち駆動ベルト3の製造方法全体の、本発明に関連する部分を、極めて有効に実現するものであると考えられるが、ベルトリング32を熱処理した後にしか、これらのベルトリング32からリングセット31を組み立てないこと、即ち、前記第8の処理ステップVIIIと第9の処理ステップIXの順序を入れ替えることも、珍しくはない。
The above-mentioned processing steps are considered to realize the respective processing steps, that is, the part related to the present invention of the entire manufacturing method of the
図4には、第9の処理ステップIXの窒化処理部分、即ち、リングセット31を窒化させる熱処理が概略的に示されている。簡略化するために、リングセット31の2つのベルトリング32のみを(断面で)図示してある。更に、これら2つのリング32間のギャップ34は、極めて誇張してある(即ち、実際にはこのようなギャップ34の幅は、ベルトリング32の厚さよりもはるかに小さく、数ミクロン程度にしか達しなくてよい)。ベルトリング32に窒化された表面層を提供するためには、リングセット31が、図4において各4つの円により概略的に表されたガス状のアンモニア分子を含有する処理雰囲気に浸漬される。大きな円は、アンモニア分子の窒素原子を表しており、より小さな3つの円は、アンモニア分子の水素原子を表している。アンモニア分子の少なくともいくつかは、ベルトリング32の表面において解離しており、この場合、3つの水素原子が放出されて、1つの窒素原子がベルトリング32の結晶格子内へ侵入可能になる。このアンモニア解離反応は、図4において破線で囲んだ楕円内に概略的に示されている。アンモニア解離反応の一部として、放出された水素原子は互いに結合して、水素ガスを形成する。つまりアンモニア解離反応は、以下の式で表される:
2NH3→2(N)+3H2 (1)
一般に、このアンモニア解離反応(1)が発生する速度は、処理温度及び処理雰囲気中のアンモニア濃度に比例しており、且つ処理雰囲気中の水素濃度に反比例していることが分かっている。
FIG. 4 schematically shows a nitriding portion of the ninth processing step IX, that is, a heat treatment for nitriding the ring set 31. For simplicity, only two belt rings 32 of the ring set 31 are shown (in cross section). Furthermore, the
2NH 3 → 2 (N) + 3H 2 (1)
In general, it has been found that the rate at which this ammonia dissociation reaction (1) occurs is proportional to the treatment temperature and the ammonia concentration in the treatment atmosphere, and inversely proportional to the hydrogen concentration in the treatment atmosphere.
図4に基づき、ベルトリング32の表面に対するアンモニアの供給は、リングセットにおいて隣接したベルトリング32の各対間のギャップ34の内側において(最も)不安定である。つまり、このギャップ34の内側にアンモニアは大抵(ガス)拡散によって供給されるのに対して、ギャップ34の外側には処理雰囲気の対流が循環及び/又は強制循環することにより、アンモニアが供給される(且つ水素が除去される)ようになっており、このようにして、ベルトリング32の表面において解離したアンモニア分子が置換される。このことは、処理雰囲気中のアンモニア濃度が変化した場合、アンモニア解離反応(1)が発生する速度に及ぼされる影響は、ギャップ34の内側に比べて、ギャップ34の外側ではかなり少ない、ということを意味している。これは単純に、ギャップ34の内側ではアンモニアの供給が不安定であることから、ギャップ34の外側のアンモニア濃度によって決まる(ガス)拡散速度により決定されるような供給では、アンモニアの供給量が大きく変動することになるという事実に基づいている。よって、アンモニア濃度の変化は、ギャップ34の内側に面したベルトリング32の表面における窒化物層の厚さに大きな影響を与えることになる。
Based on FIG. 4, the supply of ammonia to the surface of the
一方、処理雰囲気中のアンモニア濃度が十分に高いと、ギャップ34の外側におけるアンモニア解離反応(1)は、アンモニア濃度の(小さな)変化に関係なく、(前記反応式(1)の)右側に、より一層向かうことになる。その結果、アンモニア濃度の変化は、ギャップ34の内側に面していない、即ち全体としてリングセット31の外側表面を形成するベルトリング32の表面における窒化物層の厚さに、比較的小さな影響を及ぼすことになる。
On the other hand, when the ammonia concentration in the treatment atmosphere is sufficiently high, the ammonia dissociation reaction (1) outside the
更に、処理温度が変化した場合も、ベルトリング32の表面においてアンモニア解離反応(1)が発生する速度には、ギャップ34の内側と外側とで異なる影響が及ぼされる。上述したように、ギャップ34の内側においてアンモニア分子の供給は不安定であり、アンモニア解離反応の速度は処理温度に関連して、ギャップ34の外側におけるよりも変動が少ない。ギャップ34の外側では、アンモニア分子は比較的豊富なので、特に処理雰囲気中のアンモニア濃度が十分に高く且つ処理温度が十分に低いと、アンモニア解離は、主に処理温度によって決定される。
Furthermore, even when the processing temperature changes, the rate at which the ammonia dissociation reaction (1) occurs on the surface of the
それゆえ、時効と窒化処理とが組み合わされた第9の処理ステップIXの処理雰囲気中のアンモニア濃度と、処理温度の、各パラメータのいずれか一方における変化は、ギャップ34に面したベルトリング32の表面と、全体としてリングセット31の外側表面を形成するリング表面との間で、窒化物層の厚さに異なる影響を及ぼすことが分かっている。このことは、リングセット31におけるベルトリング32の全表面における窒化物層の厚さが、少なくとも互いに等しくない量の前記2つのパラメータのうちのいずれか一方によっては制御不能である、ということを意味している。
Therefore, the change in any one of the parameters of the ammonia concentration in the processing atmosphere of the ninth processing step IX in which the aging and the nitriding processing are combined and the processing temperature is caused by the
そのため本明細書では、時効と窒化処理とが組み合わされた第9の処理ステップIXの能動的な制御、特に第9の処理ステップIXで処理されるベルトリング32に供給される窒化物層の厚さの能動的な制御を、第9の処理ステップIXの継続時間パラメータに基づき実現することが選択されている。つまり、第9の処理ステップIXに適用される処理雰囲気に供給される処理ガスの組成と、処理温度とを、ベルトリング32に所望の窒化物層厚さといった所望の材料特性を提供するために予め決めておき、且つ処理結果にずれが生じた場合、即ち実際の窒化物層厚さが、所望の窒化物層厚さから逸脱していた場合には、特にこのようなずれに比例してプロセス継続時間を適合させることにより、ずれを相殺する。
Therefore, in the present specification, the active control of the ninth processing step IX in which aging and nitriding treatment are combined, particularly the thickness of the nitride layer supplied to the
付加的に、第9の処理ステップIXの継続時間により、この第9の処理ステップIXの制御性を支援するために、そこで適用される処理温度を、(少なくとも現在実際に一般的に適用されている処理温度と比較して)475℃未満、好適には約470℃の、比較的低い値に設定する。更に、同様に第9の処理ステップIXの継続時間により、この第9の処理ステップIXの制御性を支援するために、そこで適用される処理雰囲気に供給される処理ガス中のアンモニア濃度を、12体積%を上回る、好適には約15体積%の、(少なくとも現在実際に一般的に適用されている濃度と比較して)比較的高い値に設定する。更に、これらの独特の処理設定は、極めて好適であることが分かった。なぜならば、これらの処理設定は個々のベルトリングの窒化処理に適用されると共に、上述したリングセットの窒化処理にも適用されるからである。 In addition, the duration of the ninth processing step IX, in order to support the controllability of this ninth processing step IX, the processing temperature applied there (at least currently in practice in general application) It is set to a relatively low value of less than 475 ° C. (preferably about 470 ° C.). Further, similarly, in order to support the controllability of the ninth processing step IX by the duration of the ninth processing step IX, the ammonia concentration in the processing gas supplied to the processing atmosphere applied there is set to 12 It is set to a relatively high value above the volume%, preferably about 15% by volume (at least compared to the concentration currently in common use at present). Furthermore, these unique process settings have been found to be very suitable. This is because these process settings are applied to the nitriding process of the individual belt rings and also to the nitriding process of the ring set described above.
上述の説明全体と、添付した詳細な図面とに加え、本明細書は、請求の範囲に記載した特徴全てに関するものであり、これを包含する。請求の範囲における括弧内の符号は、請求の範囲を限定するものではなく、単にそれぞれの特徴の非拘束的な例として記載されたに過ぎない。請求の範囲に記載の特徴は、場合によっては所与の製品又は処理に個別に適用され得るが、これらの特徴のうちの2つ又は3つ以上を組み合わせて適用することも可能である。 In addition to the entire description above and the accompanying detailed drawings, the specification relates to and encompasses all features recited in the claims. Reference signs in parentheses in the claims do not limit the scope of the claims, but are merely described as non-restrictive examples of the respective features. The features recited in the claims can optionally be applied individually to a given product or process, but two or more of these features can also be applied in combination.
本明細書に記載された発明は、明細書に詳細に記載した実施形態及び/又は実施例に限定されるものではなく、特に関連技術分野の当業者が想到する範囲内での修正、変更、及び実際の適用をも包含している。 The invention described in the present specification is not limited to the embodiments and / or examples described in detail in the specification, and in particular, modifications, changes, and the like within the scope conceived by those skilled in the related art. And actual applications.
Claims (8)
当該方法は、前記熱処理の継続時間を変化させるように設定されることを特徴とする、駆動ベルト(3)用のリングセット(31)を製造する方法。 A method for producing a flexible steel ring (32), in particular a method for producing a ring set (31) for a drive belt (3) with a plurality of said flexible steel rings (32) stacked one upon the other, said ring (32) in a method comprising a processing step (IX) of applying a nitrided surface layer by heat treatment,
The method of manufacturing a ring set (31) for the drive belt (3), characterized in that the method is set to change the duration of the heat treatment.
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