KR20110000568A

KR20110000568A - 구동 벨트 링 부품 및 제조 방법과 그를 위한 마레이징강 기재

Info

Publication number: KR20110000568A
Application number: KR1020107024104A
Authority: KR
Inventors: 베르트 펜닝스
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2008-04-28
Filing date: 2008-04-28
Publication date: 2011-01-03
Also published as: CN102016348B; WO2009134119A1; EP2281128A1; CN102016348A; EP2281128B1

Abstract

본 발명은 무단 변속기용 구동 벨트(3)에 사용하기 위한 금속 링(32)에 관한 것이며, 상기 링(32)은 석출 경화된 금속으로 제조되고, 링(32)의 석출 경화된 코어 재료는 500 HV1.0 이하의 5 경도를 갖는다. 본 발명은 또한, 이러한 링(32)을 제조하기에 적합한 마레이징강 조성을 제공한다.

Description

구동 벨트 링 부품 및 제조 방법과 그를 위한 마레이징강 기재{DRIVE BELT RING COMPONENT AND MANUFACTURING METHOD AND MARAGING STEEL BASE MATERIAL THEREFOR}

본 발명은, 자동차에 적용되는 잘 알려진 무단 변속기(continuously variable transmission) 또는 CVT의 두 개의 조절가능한 풀리들 사이에서의 동력 전달을 위한, 통상적으로 구동 벨트에 통합된, 무한의, 얇은, 가요성 금속 밴드에 관한 것이다. 적어도 구동 벨트에의 적용과 관련하여 이러한 밴드는 구동 벨트의 링 부품으로도 언급된다. 본 발명은 또한 이러한 링 부품에 적합한 이들의 제조 방법, 및 마레이징강, 즉, 합금 조성에 관한 것이다.

푸시 벨트(pushbelt)로도 공지된 특정한 형태의 구동 벨트에 있어서, 수많은 이러한 링들은 적어도 하나의, 그러나 통상적으로는 이들의 두 개가 적층된, 즉, 서로 방사상으로 겹쳐진 세트로 통합된다. 공지된 푸시 벨트는 이러한 밴드 세트 또는 세트들에 활주식으로 장착된 수많은 횡방향 금속 원소들을 더 포함한다. 이들의 푸시 벨트 적용에 있어서, 종래의 링들은 마레이징강으로 생성되는데, 이러한 형태의 강은, 적어도 이들의 적절한 열처리 후에 특히, 연삭 마모(abrasive wear)와 굽힘(bending) 및/또는 인장 응력 피로 모두에 대해 양호한 내성 및 상당한 인장 강도의 특성을 갖는 재료를 용접하고 소성 변형시키기에 비교적 유리한 성능을 갖는다.

공지된 링들은 금속 피로에 대한 높은 저항성과 연합된 양호한 인장, 항복, 및 굽힘 강도의 특성을 실현시키기 위하여 상당한 경도의 코어 재료로 제공되는데, 이러한 링 코어는 링 재료로 제조된 대체로 경질의, 이에 따라 내마모성의 외부 표면 층 내에 수용된다. 상기 경질의 표면 층은 피로 파괴에 대항하는 저항 및 종방향 굽힘을 허용하기 위해 링에 충분한 탄성 제공하고 내부 링 응력을 제한하도록 최대 두께로 제공된다. 물론, 링을 구동 벨트에 적용함에 있어서 그 유효 수명 동안에 영향받는 수많은 부하 및 굽힘 주기로 인해, 이들 재료의 모든 특성들은 매우 중요하다. 보다 구체적으로, 링은 정상적으로 550 HV1.0보다 큰 코어 경도 및 적어도 900 HV0.1, 최대 약 1000 HV0.1의 표면 경도로 제공된다. 기술계에서는, 상기 코어 경도가 이를 전술된 구동 벨트에 적용함에 있어서 적어도 500 HV1.0보다는 큰 값을 가져야 한다는 사실이 획일적으로 받아들여졌다.

재료의 연성과 손상시키지 않고 전술한 최소한의 재료 경도 값을 달성하기 위해, 정상적으로, 마레이징강은 링의 시효(ageing), 즉, (벌크) 석출 경화(precipitation hardening)의 열처리, 및 표면 경화(case hardening), 보다 구체적으로는 질화, 전형적으로는 가스 연질화(soft nitriding)의 열처리를 받게 되는 링을 위한 기재로서 적용된다. 이러한 관점에서 잘 공지된 그리고 우세하게 적용되는 기재는, 예를 들어 산소, 질소, 인, 규소 등의 불가피한 오염물 및 17 내지 19 질량%의 니켈, 4 내지 6 질량%의 몰리브덴, 8 내지 10 질량%의 코발트, 및 0.4내지 0.6 질량%의 티타늄을 포함하고 잔여부가 철인 합금 조성을 갖는다. 이러한 재료를 포함하여, 상기 최소한의 코어 또는 벌크 경도는 사실상 시효 열처리로 획득될 수 있다.

티타늄은 주 침전 형성 원소이고 코발트는 침전물 형성 공정을 촉진하기 때문에, 특히 티타늄과 코발트의 합금 원소는 링의 석출 경화에 있어서 의미 있는, 심지어는 이를 가능케 하는 역할을 한다. 그러나, 동시에 상기 두 합금 원소들 모두를 갖추는 것은 링 제조 비용에 있어서 사실상 좋지 않은 영향을 준다. 코발트는 공지된 마레이징강 기재 조성에서 비교적 고가의 합금 원소이기 때문에, 코발트에 대해 발생하는 이러한 비용적인 영향은 직접적이다. 그러나, 티타늄에 대해 발생하는 이러한 비용적인 영향은 덜 직접적이고, 이는 제조시에 링 기재의 질소 함량을 적절히 감소시키거나 낮추는데 필요한 노력에 기인한다. 티타늄과 질소는 링 기재에 티타늄-질화물(TiN) 함유물을 형성하기 위해 상호 반응하는 것으로 잘 알려져 있는데, 이는, 링 응력 레벨을 국부적으로 높이고 이에 따라 구동 벨트 링 부품의 피로 강도를 감소시킬 수 있기 때문에 당연히 매우 바람직하지 않다.

예를 들어, "마레이징강(Maraging Steels)" 장의 미국 금속학회(ASM)의 1978년 발행된 메탈스 핸드북(Metals Handbook) 1권의 448쪽 기재에 따르면, 원칙적으로 시효 및 질화의 두 개의 열처리는, 단일 처리 단계로, 예를 들어 상당한 대기를 함유하고 있는 적절히 가열된 노를 한번 통과하여 동시에 수행될 수 있다는 것을 알 수 있다. 그러나, 특히 구동 벨트 제조의 기술에서는, 최적 내피로성을 실현하기 위해, 구동 벨트 링 부품의 시효가 구동 벨트 링 부품의 질화보다 상당히 더 긴 시간이 소요된다는 것이 일반적으로 알려져 있다. 그렇지 않다면, 적어도 500 비커스(Vickers)1.0의 링 코어 경도에 대해 허용되는 낮은 생산 공차 값이 획득되지 않을 것이며, 또는 질화된 표면층이 링 두께와의 관계에서 너무 납작하거나 및/또는 너무 두꺼워질 것이다. 따라서, 현재 이용 가능한 링 제조 방법에서는 예외없이, 사전(pre) 또는 서브(sub) 시효로 종종 나타내지는 시효의 분리된 처리 단계에 후행하여 질화 열처리가 이어진다.

이러한 공지된 방법의 예시는, 일본 특허 공보 JP-A-2002/038251, JP-A-2006/124757, 및 유럽 특허 공보 EP-A-1055738 등 다수의 공보에 제공된다. (서브) 시효 및 질화의 분리된 연속 처리 단계는 실제로 배타적으로 적용되는 현 기술 상태를 대표한다. 물론, 이러한 두 개의 분리 적용 열처리를 단일 처리 단계로 결합시키려는 욕구는 여전히 존재하는데, 그 이유는 이로 인해 제조 방법의 비용 및 복잡성을 감소시킬 수 있기 때문이다.

이러한 현재의 링 제조 방법에 대해 공지된 다른 실시예는, 구동 벨트 링 부품을 위해 사용되는 마레이징강의 조성의 특정 범위에 대해 열처리 시효 및 질화가 확실히 단일 처리 단계로 결합될 수 있다고 기재한, 유럽 특허 공보 EP-A-1753889에 의해 교시된다. EP-A-1753889에 따르면, 이러한 특정 마레이징강 조성은 10 질량%보다 많은 양의 코발트를 포함해야 한다. 코발트의 존재는 석출 경화 처리를 향상시킨다는 것을 발견하였는데, 즉, 특히 시효 열처리가 표면 질화 열처리와 거의 동일한 시간 및 온도 설정을 요구할 정도로 링의 코어 경화를 가속화한다. 570 HV1.0보다 큰 링 코어 경도는, 결합된 열처리의 처리 설정을 최적으로 활용하지 않고도, 즉, 현존하는 질화 처리 단계를 링에 간단하게 적용하는 방식으로도 획득될 수 있는 것을 발견하였다. 그러나, 이미 전술된 바와 같이, 코발트는 고가의 합금 원소이기 때문에 그 자체로 강철 링 기재의 비용을 바람직하지 못하게 상승시킨다. 이로써, 상기 두 개의 열처리를 하나로 결합시킴으로써 획득되는 모든 비용상의 이점이 적어도 부분적으로 훼손된다.

본 발명은 구동 벨트 링 부품의 피로 강도와 손상시키지 않고 효율적으로 구동 벨트 링 부품의 비용을 감소시키는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 실현하기 위한 노력에 있어서, 출원인은 시효 및 질화의 공지된 경화 열 처리의 다양한 처리 설정 및 다양한 링 기재 조성을 연구해 왔다.

첫 번째 관찰에서, 전술된 관점의 출원인에 의해 획득된 관측 및 시험 결과는 전혀 유망하지 않았다. 실제로, 마레이징강 합금에서 코발트 또는 티타늄 함량을 감소시면서 석출 경화에 의해 원하는 코어 경도를 여전히 획득하는 것은 불가능하며, 적어도 각각의 다른 합금 원소의 절대량을 동시에 증가하지 않으면 안 된다는 것이 증명되었다. 따라서, 이러한 방법으로는 기재의 사실상의 어떠한 또는 최소한의 비용 절감도 불가능한 것으로 보였다. 그러나, 이러한 비관적인 첫 번째 결과에 저항하지 않고, 출원인은 이러한 시험편을 이용하여 다시 피로 강도 실험을 수행하여, 용인된 그리고 통상적으로 적용되는 그 하한치에도 미치지 못하는 코어 경도의 다양한 값에 대한, 매우 유사한 결과, 즉 피로 강도를 뜻밖에 산출해냈다. 실제로, 유사한 당김-당김(pull-pull) 인장 응력 피로 강도는 500 HV1.0보다 큰 코어 강도를 갖는 시험편에 대해, 즉, 470 HV1.0 부근의 코어 경도를 갖는 시험편에 대해서는 통상적으로 적용되는 최소 요구 조건에 대해 측정된다. 코어 경도를 약 400 HV1.0으로 낮추더라도, 시험편의 생성 피로 강도는 이의 구동 벨트 적용을 위한 출원인의 기준을 충족시키는 것을 발견했다. 링의 기재 조성 또는 그 처리의 관점에서 획득될 수 있는 비용 절감과 승용차 CVT에 링을 적용하는데 통상적으로 요구되는 링의 피로 강도 사이의 최적의 조화를 제공하기 위해서, 450 내지 475 HV1.0 사이의 범위, 보다 구체적으로는, 0.47·10³HV1.0의 값이 고려된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 적용 가능한 링 제조 방법 및/또는 기재 조성에 제약을 두는, 500 HV1.0의 최소 링 코어 경도 값을 필요로 하는 최근의 통찰은 너무 과도하게 엄격하다는 것을 뜻밖에 발견했다.

전술된 실험적인 관측을 기초로, 구동 벨트 링 부품의 비용을 감소시키는 일반적 목적은 결국, 실로 두 개의 분리 방법으로 획득될 수 있는 것을 발견하였다.

첫째로, 본 발명에 따르면, 구동 벨트 링 부품을 위한 공지된 기재의 코발트 함량은 간단하게, 8 질량%보다 적은 양으로 낮아질 수 있고, 및/또는 그 티타늄 함량은 0.4 질량%보다 적은 양으로 낮아질 수 있다. 이러한 신규 마레이징강 합금을 갖춤에도 불구하고, 석출 경화된 링의 생성된 코어 경도는 정상적으로 500 HV1.0보다 낮아져서, 링의 궁극적인 피로 강도는 여전히 만족스러울 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 4 내지 7 질량%의 코발트, 0.2 내지 0.3 질량%의 티타늄을 포함하는 마레이징강 또는 합금 조성에 관한 것이며, 상기 조성은 17 내지 19 질량%의 니켈과, 4 내지 6 질량%의 몰리브덴과, 철 잔여부를 더 포함한다. 다르게, 본 발명은 0.1 질량%보다 적은 티타늄, 및 6 내지 9.5 질량%의, 바람직하게는 7 내지 8 질량%의 코발트를 포함하는 마레이징강 또는 합금 조성에 관한 것이며, 상기 조성은 유사하게 17 내지 19 질량%의 니켈과, 4 내지 6 질량%의 몰리브덴과, 철 잔여부를 더 포함한다. 전술된 모든 합금 조성에서, 현재 이러한 링의 구동 벨트 적용을 위해 충분한 것으로서 결정된 링 코어 경도 값을 실현하기 위해, 충분한 석출 경화 성능이 유지된다.

둘째로, 본 발명에 따르면, 400 내지 500 HV1.0 사이의 범위의 링 코어 경도 값은 단지 질화만의 공지된 처리 단계에서, 즉, 전 제조 공정에서 링의 사전 또는 서브 시효의 분리 처리 단계를 포함할 필요 없이, 그리고 특정한, 즉 고도로 합금된 마레이징강을 사용할 필요 없이, 미리 획득될 수 있다. 사실상, 통상적으로 적용되는 마레이징강은 이러한 관점에서 적합한 것을 발견되었지만, 상기 마레이징강은 산소, 질소, 인, 규소 등의 불가피한 오염물 및 17 내지 19 질량%의 니켈, 4 내지 6 질량%의 몰리브덴, 0.4 내지 0.6 질량%의 티타늄, 및 10 질량%보다 적은, 바람직하게는 8.5 내지 9.5 질량%의 코발트를 포함하고 잔여부가 철인 기본 조성을 갖는다. 이러한 경우의 질화 처리 단계는, 400 내지 500°C 사이의 온도에서, 30 내지 75 분 동안, 최소 10 내지 최대 50 체적%의 암모니아 가스를, 그리고 바람직하게는 수(예를 들어, 3 내지 10) 체적%의 수소를 함유하면서 잔여부가 질소 가스인 제어된 처리 대기에서, 수행된다.

놀랍게도 전술된 단일 스테이지/단계의 열처리에서 출원인에 의해 특별한 효과가 관찰되었는데, 즉, 질화의 처리 단계는 통상적인 링 제조 처리에서와 같은 불활성 처리 대기에서 시효의 처리 과정에 후행하여 이어지지 않으며, 즉 질화 처리는 훨씬 더 효율적으로 발생한다. 분명하게, 링의 외부 표면의 암모니아 해리를 위한 촉매 및/또는 반응 특성, 질소 원자를 흡수하기 위한 그 성능, 또는 질소화물을 형성하기 위한 강 매트릭스의 반응도는 질화 전의 (서브) 시효 동안 사실상 감소된다. 따라서, 본 발명에 따른 처리는, 약 1000 HV0.1의 전형적으로 통상적으로 획득된 표면 강도와 비교하여 1050 HV0.1 이상의 높은 표면 강도를 획득하기에 특히 적합하다는 것이 발견되었다. 1070 HV0.1의 표면 강도 조차도 본 발명에서 제안된 결합된 시효 및 질화의 처리 단계의 적절히 선택된 처리 설정에서 획득될 수 있는 것이 발견되었다. 이러한 관점에서, 링의 구동 벨트 적용에 있어서 높은 표면 강도가 상당히 우수한 것으로 인식되는데, 그 이유는 높은 표면 강도가 특히 내마모성의 관점에서, 링에 우수한 내구성을 제공하기 때문이다. 따라서, 본 발명은 추가적으로, 1050 HV0.1보다 큰 표면 경도를 갖는 링을 제조하기 위한 방법, 및 이에 따라 획득되는 링에 관한 것이며, 이를 제공한다.

본 발명에 따른 링은 효율적으로 생산될 수 있고, 링이 적용된 구동 벨트의 사용 동안 양호한 내 금속 피로성 및 우수한 내마모성을 갖는다.

본 발명의 기본 원리는 하기의 도면을 따른 예시에 의해서 명확해질 것이다.
도 1은 링 부품을 통합한 구동 벨트가 제공된 잘 알려진 무단 변속기의 개략적으로 도시된 예시를 제공한다.
도 2는 벨트의 일 부분의 사시도이다
도 3은 구동 벨트 링 부품을 시효 및 질화한 결합된 링의 공지된 처리 단계를 도시하는바, 그 공지된 전체 제조 방법의 일부만을 비유적으로 도시한다.
도 4는 여러 마레이징강 시험편에서 수행되는 피로 강도 시험의 실험 결과를 제공한 다이어그램이다.

도 1은 자동차의 엔진과 구동 휠 사이에서 자동차의 구동 라인(drive-line)에 통상적으로 적용되는 공지된 무단 변속기 또는 CVT의 중심부를 도시한다. 변속기는 각각에 두 개의 원추형 풀리 디스크(4 및 5)가 제공되는 두 개의 풀리(1 및 2)를 포함하는데, 원추형 풀리 디스크들 사이에는 현저한 V자형 풀리 홈이 형성되고 그 중 하나의 디스크(4)는 이것이 위치되는 각각의 풀리 샤프트(6 및 7)를 따라 축 방향으로 이동할 수 있다. 구동 벨트(3)는 하나 풀리(1 및 2)로부터 다른 풀리(2 및 1)까지 동반되는 토크(T) 및 회전 운동(ω)을 전달하기 위해 풀리(1 및 2) 주위로 감긴다.

또한, 변속기는 일반적으로, 각각의 다른 풀리 디스크(5)를 향해 유도되는 축방향 배향 클램핑력(Fax)을 상기 적어도 하나의 디스크(4)에 부과하는 활성 수단을 포함하며, 이에 의해 이들 사이에 벨트(3)가 고정된다. 또한, 이에 의해 변속기의 속도비가 결정되는데, 이는 이하에서 구동 풀리(2)의 회전 속도와 구동 풀리(1)의 회전 속도 사이의 비율로서 정의된다.

무한 인장 수단(31)과 통합된 공지된 구동 벨트(3)의 예시의 일 부분이 도 2에 보다 상세하게 도시된다. 이러한 특정 예시에서, 무한 인장 수단(31)은 2개의 평면 세트, 즉, 밴드형 가요성 링(32)으로 구성된다. 벨트(3)는 인장 수단(31)과 접하여 이에 의해 함께 유지되는 다수의 플레이트형 횡방향 요소(33)를 더 포함한다. 횡방향 요소(33)가 상기 클램핑력(Fax)을 취함으로써 입력 토크(Tin)가 소위 구동 풀리(1)에 가해질 때, 디스크(4 및 5)와 벨트(3) 사이의 마찰은, 구동 풀리(1)의 회전이 동일한 회전 구동 벨트(3)를 통해 소위 구동 풀리(2)에 전달되게 한다.

CVT의 작동 동안, 벨트(3) 및 특히 벨트의 링 부품(들)(32)은 주기적으로 변하는 인장 및 굽힘 응력, 즉 피로 하중(fatigue load)에 영향을 받는다. 따라서 통상적으로 링 부품(32)의 피로 강도 또는 피로에 대한 내성은 이에 의해 전달될 주어진 토크(T)에서의 구동 벨트(3)의 기능적 수명을 결정한다. 그러므로, 최소한의 결합 재료 및 처리 비용으로 필요한 링 피로 강도를 실현하는 것은 구동 벨트 제조 방법의 개발에 있어서 장기간 지속돼온 일반적인 목표였다.

도 3은 구동 벨트 생산의 초창기 이후로 지금까지 실행되는 구동 벨트 링 부품(32)을 위한 공지된 제조 방법의 본 발명의 관련 부분을 도시하는데, 여기서 분리 처리 단계는 로마 숫자에 의해서 표시된다. 제1 처리 단계(I)에서 기재의 시트(11)는 원통 형상으로 구부러지며, 이에 의해 서로 만나는 시트 단부(12)들은 튜브(13)를 형성하기 위해 제2 처리 단계(II)에서 함께 용접된다. 제3 처리 단계(III)에서 튜브(13)는 어닐링된다. 그 후, 제4 처리 단계(IV)에서 튜브(13)는 다수의 후프(14)로 절단되고, 이어서, 제5 처리 단계(V)에서 최종 제품의 0.1 내지 0.2 mm 사이의, 통상적으로는 약 185 μm의 필요한 두께로 롤링(rolled) 및 연장된다. 롤링 후의 후프(14)는 통상적으로 링(32)로 언급된다.

링(32)는 또한 롤링 동안 도입된 내부 응력을 제거하기 위해 추가적 어닐링 처리 단계(VI)를 필요로 한다. 그 후, 제7 처리 단계(VII)에서 링(32)이 조정되는데, 즉 링들이 두 개의 회전 롤러 주위에 장착되어 미리 설정된 주연 길이로 신장된다. 이러한 제7 처리 단계(VII)에서는, 또한 내부 응력 분배가 링(32)에 부가된다. 이어지는 공지된 제8 처리 단계(VIII)에서 링(32)은, 최종 제품 링(32)의 재료 특성을 대부분 결정하는 두 번의 열처리를 겪는다. 첫째로, 링(32)은 질소 가스 대기를 함유한 오븐 내의 상승된 온도에서 석출 경화되고, 즉, 시효되고(처리 단계 VIII-A), 둘째로, 링(32)은 질소와 암모니아 가스 모두를 함유한 오븐 내의 상승된 온도에서 질화되어, 즉, 표면 경화되어(처리 단계 VIII-B), 링(32)의 외부 표면층에 압축 응력뿐 아니라 추가 경도를 제공한다. 이에 의해, 통상적으로 20 내지 40 μm의 범위의 두께를 갖는 표면 경화된, 즉, 질화된 표면 층을 목표로 한다.

이러한 공지된 그리고 현재에 적용되는 링 제조 방법 및 이에 관련된 최신 기술적 통찰은, 구동 벨트(3)에 적용될 때 최종 제품 링(32)의 재료 특성에 대한 표준 산업 요구에 직접 연결되어, 링의 충분한 피로 강도를 실현시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 500 HV1.0의 최소한의 링 코어 경도는, 이러한 관점에서 현재 절대적인 최소 필요 조건으로 간주된다.

그렇다고 할지라도, 출원인은 벨트 링 부품(32)을 위한 재료의 코어 경도와 벨트 링 부품의 피로 강도 사이의 관계에 특히 초점을 맞춘 광범위한 피로 강도 조사를 수행하였다. 이러한 조사는 오히려 놀랍게도 이러한 관점의 기존 요구와는 모순되는 결과를 나타냈다. 실제로, 출원인에 의해 측정된 링 재료의 측정된 피로 강도는 시험편의 코어 경도가 500 HV1.0 아래로, 심지어 약 400 HV1.0의 값 아래로 감소된 것과 같이 과도하게 저하되지는 않았다. 따라서, 이러한 관점의 기존의 기술적 통찰은 어느 정도 영속적인 기술적 편견에 지나지 않는 것으로 결론지어졌다.

도 4는 본 발명의 기초가 되는 수많은 피로 시험의 선택의 결과를 나타낸 그래프를 도시한다. 파괴될 때까지 최소 값(σ_MIN)과 최대 값(σ_MAX) 사이에서 주기적으로, 특히 사인 곡선으로 변하는 인장 응력에 시험편을 적용시킴으로써, 이와 같은 개별적인 피로 시험을 수행하는 것이 잘 알려져 있다. 이로써, 피로 시험은 테스트에 적용된 상기 최소 및 최대 응력의 응력 비율(즉, σ_MIN/σ_MAX) 및 응력 진폭(즉, [σ_MAX-σ_MIN]/2)으로 특징지워지고 정의된다. 파괴될 때까지의 응력 주기의 수는 시험편의 피로 강도를 나타내는데, 그 수는, 도 4에서 상기 응력 진폭에 대한 로그 눈금(logarithmic scale)으로 플로팅(plotted)된다. 이러한 피로 시험의 측정 결과의 통상적이고 고유적인 분포로 인해, 각각의 테스트는 대응하는 시험편을 이용하여, 동일한 응력 비율 및 응력 진폭 시험 설정에서 여러 번 정상적으로 (그리고 현재 계속해서) 반복된다. 따라서, 도 4의 그래프의 각 지점은 전술된 방법에 의해 획득된 피로 시험 결과를 나타내며, 이에 의해 상기 응력 비율은 수행되는 모든 시험 간에 일정하게 유지된다. 도 4에서, 일 형태의 시험편으로부터 획득된 플로팅된 시험 결과에 의한 선형 피트(linear fit)는 잘 알려진 웰러 커브(Woehler curve)를 나타낸다.

도 4는 두 개의 상이한 형태 I 및 II의 시험편으로부터 획득된 결과를 포함하는데, 각각의 형태 I 및 II는, 각각 570 HV1.0 및 470 HV1.0의 코어 경도를 가짐으로써 특징지워지는 특정 최종 제품 벨트 링(32)을 나타낸다. 이러한 두 개의 형태 I 및 II의 시험편은 각각 원형 윤곽 및 내부가 채워진 원형으로 표시된다. 시험편 각각은, 두 개의 연속된 처리 단계(형태 I) 또는 단일 열처리(형태 II)로 동일한 마레이징강 기재를 시효 및 질화함으로써 획득되는데, 상기 마레이징강 기재는 현재, 자동차 CVT 적용품을 위한 상업상 이용가능하고 본원에 도시된 구동 벨트(3)에 적용된다.

시험편의 생성 코어 경도가 전혀 다를지라도, 각각의 시험편(I 및 II)의 코어 경도 값은 그 궁극적인 피로 강도에 별로 영향을 끼치지 않는다는 것을 도 4로부터 분명히 알 수 있다. 도 4로부터 이러한 모든 영향이 통계적으로 무의미한 것으로 결론지어진다는 것을 알 수 있다.

본 발명은 전술된 기재와는 별도로 청구항 세트에 의해 더 한정될 것이고, 또한, 본 발명은 적어도 당업자에 의해 이들로부터 직접적이고 명백하게 추론되는, 전술된 기재 내의 모든 상세한 설명, 및 설명된 도면의 모든 상세한 설명 및 태양과 관련된다.

Claims

무단 변속기용 구동 벨트(3)에 사용하기 위한 금속 링(32)이며, 상기 링(32)은 석출 경화된 금속으로 제조되고 질화된 표면 층을 구비하는, 금속 링에 있어서,
상기 링(32)의 석출 경화된 코어 재료의 경도는 500 HV1.0보다 작은 것을 특징으로 하는
금속 링.
제1항에 있어서,
링(32)의 코어 경도는 400 HV1.0 내지 500 HV1.0 사이의 범위의, 바람직하게는 450 HV1.0 내지 475 HV1.0 사이의 범위의 값을 갖는 것을 특징으로 하는
금속 링.
제1항 또는 제2항에 있어서,
링(32)의 코어 경도는 0.47·10³HV1.0의 값을 갖는 것을 특징으로 하는
금속 링.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
링(32)의 질화된 표면 층 재료의 경도는 1050 HV0.1 이상이고, 바람직하게는 1070 HV0.1보다 큰 것을 특징으로 하는
금속 링.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
암모니아 가스를 함유한 대기에서 전적으로 동시에, 즉 단일의 결합된 처리 단계로, 시효, 즉, 벌크 석출 경화, 및 질화, 즉, 표면 경화되는 것을 특징으로 하는
금속 링.
구동 벨트(3)이며,
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 금속 링(32)상에 장착되는 다수의 횡방향 요소(33)를 포함하는
구동 벨트.
무단 변속기용 구동 벨트(3)에 사용하기 위한 금속 링(32)을 제조하는 방법이며, 상기 방법은 링(32)의 시효, 즉 벌크 석출 경화의 열처리, 및 질화, 즉 표면 경화의 열처리를 포함하고, 상기 열처리는 암모니아 가스를 함유한 대기에서 전적으로 동시에, 즉 단일의 결합된 처리 단계로 수행되는 금속 링 제조 방법에 있어서,
상기 링(32)은 17 질량% 내지 19 질량%의 니켈, 4 질량% 내지 6 질량%의 몰리브덴, 0.4 질량% 내지 0.6 질량%의 티타늄, 및 10 질량%보다 적은, 바람직하게는 8.5 질량% 내지 9.5 질량%의 코발트를 포함하고 잔여부가 철인 기본 조성을 갖는 마레이징강으로 제조되는 것을 특징으로 하는
금속 링 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 결합된 처리 단계에서, 링(32)은, 400°C 내지 500°C 사이의 범위의 값을 갖는 온도에서, 30 분 내지 75 분 동안, 10 체적% 내지 50 체적%의 암모니아 가스와, 바람직하게는 수 체적%의 수소를 함유하면서 잔여부가 질소 가스인 제어된 처리 대기에서 열처리되는 것을 특징으로 하는
금속 링 제조 방법.
제7항 또는 제8항에 따른 방법에 의해 획득된 링(32)이며,
링(32)의 석출 경화된 코어 재료의 경도는 500 HV1.0보다 작지만, 400 HV1.0보다 크고, 바람직하게는, 450 HV1.0 내지 475 HV1.0이고, 보다 바람직하게는, 0.47·10³HV1.0과 동일한 것을 특징으로 하는
링.
제7항, 제8항, 및 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 획득된 링(32)이며,
링(32)의 질화된 표면 층 재료의 경도는 1050 HV0.1 이상이고, 바람직하게는 1070 HV0.1보다 큰 것을 특징으로 하는
링.
무단 변속기용 구동 벨트(3)에 사용하기 위한 금속 링(32)을 위한 마레이징강 기재에 있어서,
상기 마레이징강은 17 질량% 내지 19 질량%의 니켈, 4 질량% 내지 6 질량%의 몰리브덴, 8 질량%보다 적은 코발트 및/또는 0.4 질량%보다 적은 티타늄을 포함하고 잔여부가 철인 것을 특징으로 하는
마레이징강 기재.
제11항에 있어서,
4 질량% 내지 7 질량%의 코발트 및 0.2 질량% 내지 0.3 질량%의 티타늄을 포함하는 것을 특징으로 하는
마레이징강 기재.
제11항에 있어서,
0.1 질량%보다 적은 티타늄, 및 6 질량% 내지 9.5 질량%의, 바람직하게는 7 질량% 내지 8 질량%의 코발트를 포함하는 것을 특징으로 하는
마레이징강 기재.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 재료로 제조된, 무단 변속기용 구동 벨트(3)에 사용하기 위한 금속 링(32)에 있어서,
링(32)의 석출 경화된 코어 재료의 경도는 500 HV1.0보다 작지만, 400 HV1.0보다 크고, 바람직하게는, 450 HV1.0 내지 475 HV1.0이고, 보다 바람직하게는, 0.47·10³HV1.0과 동일한 것을 특징으로 하는
금속 링.
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 재료로 제조된, 무단 변속기용 구동 벨트(3)에 사용하기 위한 금속 링(32)에 있어서,
링(32)의 질화된 표면 층 재료의 경도는 1050 HV0.1 이상이고, 바람직하게는 1070 HV0.1보다 큰 것을 특징으로 하는
금속 링.