TW499375B - Sintered sprocket wheel - Google Patents

Description

499375 五、 發明說明 ( 1 ) [ 發 明 所 屬 技 術 領 域 ] 本 發 明 係 有 關 適 用 於汽 車 之 凸 輪 軸正 時 鏈 條 (cam s ;h a f t t 1 m i ng C h a in )用鏈輪等之燒結鏈輪及其製造方法。 [ 習 知技 術 ] 如 上 所 述 之 鏈 輪 所作成 者 習 知係有 例 如 藉 由鍛 造 用 以 將 鏈 輪 粗成 形 後 再 以機 械 加 工 完 成形 狀 ， 之 後， 便 施 行 含 碳 淬 火 者 〇 此 種 形 式之 鏈 輪 5 雖 具有 於 齒 面 精度 以 及 耐 面 壓 特 性 方 面 之 優 越 性， 然 爲 進 行鍛 造 程 序 而有 製 造 成 本 偏 局 的 問 題 點 0 另 外， 習 知 上 亦 有由 板 材 經 衝壓 機 衝 壓 後 施 加 含 碳 淬 火 之 廉 價的 鏈 魂 Ο 在 此種 鏈 輪 方 面， 就 耐 面 壓 特性 方 面 大 致 上 可 說是 充分 ， 但 因爲 需 要 衝 壓迫 面 之 機 械 加 工 故 在 製 造 成 本方 面 並 未 完 全地 有 所 減 低， 且 具 有 因 衝 壓 加 工 所 造 成 之 歪曲 ， 而 使 齒 面精 度 減 低 之問 題 點 存 在 〇 且 習 知 方 面 亦 有在 塡 充 燒 結 材料 後 ， 進 行含 碳 淬 火 之 鏈 輪 〇 在 此 種 鏈 輪 方面 在 齒 面 精度 以 及 製 造成 本 方 面 可 說 是 相 當 優 越 J 然 而卻 有 耐 面, 壓丨 持性丨 較: 劣; 之ί 謂題 〇 如 上 所 述 5 習 知 之 鏈輪 各 白 均 有 優缺 點 5 故 ，最 爲 所 需 者 係 乃 於 耐 面 壓 特 性 、齒 面 精 度 以 及製 造 成 本 整體 方 面 均 爲 優 越 之 鏈 輪 〇 藉 由 燒 結 材料而 製 造鏈 輪 的 情 況 下， 形 成 問 體者 係如 同 刖 述 之 耐 面 壓 特性 5 此係 爲 因 存在於材料 內 部 之不 可 避 免 的 空 洞 而 使 其 降 低 〇 從而 爲 使 耐 面壓 特性 提 昇， 首 先 要 考 慮 的 便 是 密 度 之 增 加， 此 種 -3 係 考 慮有 下 述 之 方法 〇 首 先 -------- 五、發明說明（2) ’將壓粉體暫時燒結後進行塡料。接著，將此種暫時燒結 材料以衝壓成形，待真正燒結後再進行塡料。如此，藉由 此時之衝壓成形與分別進行2次之塡料，而可將鏈輪之密 度增加。然而，即便是如此多道程序之製造方法在其密度 增加方面亦有所限度，且在齒面之耐面壓特性亦無法說是 完全充分。此外，藉由鍛造燒結材料而增加密度，雖能使 耐面壓特性提昇，但亦具有與上述相同之製造成本偏高之 問題。 【解決問題之手段】 本發明之目的係爲提供一種未使用成本爲高之鍛造程序 而可提升耐面壓特性之燒結鏈輪及其製造方法。 本發明之燒結鏈輪，其特徵係爲由含有重量比爲，C : 〇.2 〜0.5%、Mo: 0.2 〜1.0%、Νι : 0.2 〜1.0% 之鐵基燒 結合金，內部基底層則含有鐵素體與貝氏體（Baini te ) ，鐵素體係呈現連接於空孔之金屬組織。 在上述構成之燒結鏈輪中，因鐵素體爲連接於空孔，於 齒面藉由施加滾軋（]：ο 1 1 1 n g )等塑性加工而將鐵素體變 形、使齒面內側之空孔遭到壓壞。藉此，減少空孔體積且 增加齒面附近之密度，故，可一面維持藉由粉末冶金法之 高精度的齒面與低廉之製造成本，而一面可提升耐面壓特 性。另外，於內部基底層因含有鐵素體，故將增加基底之 強度及硬度。 上述成分組成係爲獲得上述之金屬組成而爲必須者。以 -4- 499375 五、 發明說明 (3) 下 將針對 上述成分之限定理由進行說明。此外，以 下 說 明 中 ，「％ 」係表示爲「重量％」。 C 0 · 2〜 0.5% 當 C之含有量不足0.2%時，因貝氏體之生成減少 而 造 成 基 底之強 度及硬度不充分。另外，當C之含有量 超 過 0 . 5%後，因鐵素體量不充分之故，而造成齒面在塑 性 加 工 之 際，密 度增加將不充分。由此觀點來判斷，基底 層 之 鐵 素 體在面 積比方面係存在爲40%以上爲佳。 Mo 、Ni : 0 · 2〜1 .0% Ni 與Mo 在強化基底層基底的同時，亦提昇淬火性 而 有 於 貝 氏體之 生成。當Ni與Mo之含有量分別爲達0.2% 後 ， 此 種效果 將顯得不充分。另一方面，當Ni與Mo之含有 量 分 別超出 1.0%後，將容易析出馬丁體（MartenS1 t e ) 而使 得強度 減低。此外，在本發明中，並非排除貝氏 體 連 同 馬 丁體所 共存的情況。 基 底層之 鐵素體，在面積比方面係以存在40%以上 爲 佳 〇 藉 此，可 更增加滾軋後之密度，且可提升耐壓面特 性 〇 此外 ，較基 底層更爲外側之最表面部具備有碳化物層 藉 此 而 可提升 耐磨耗性。此種碳化物層係可藉由含碳處 理 而 形 成 〇 接 著，本 發明之燒結鏈輪之製造方法，其特徵係爲 含 有 重 ，C: 0.2 〜0.5%、Mo: 0.2 〜1.0%、Ni : 0 .2 1 · 0 %之鐵基燒結合金’內部基底層則含有鐵素體 -5- 與 貝 499375 五、 發明說明 ( 4； ) 氏 體 鐵 素 體 係 呈 現 連 接於空孔 之金 屬 組 織 而 將 鐵 基 燒 結 合 金 進 行 滾 軋 ， 之 後 便 進行含碳 淬火 〇 [ 本 發 明 較 佳 實 施 例 之 詳細說明 ] 第 1 匱 ( A ) (C) 所示係於 鏈輪 燒 結 後 5 其 基 底 層 金 屬 組 織 之 相片 〇 如 第 1 圖（A)以及丨 (B ) 所示 5 當 C 之含 有 量 達 0 .3 重 量 % 與 0 . 4重量％ 時， 鐵 素 體 ( 圖 中 白 色 部 分 ) 便 鄰 接 於 空 孔 ( 圖 中黑色部 分） 0 此 外 於 基 底 層 方 面 係存在有 貝 氏 體 ( 圖 中細線交 錯部 分 ) 〇 如 第 1 圖 (C ) 所 示 當 C 之 含有 量 達0 . 6重 量％ 時 貝 氏 鐵 便 會 增 加 而 鐵 素 體 便 會 減 少 〇 第 1 圖（A, )以及 (E 1) 之金 屬 組 織 所 形 成 之 理 由 可 推 定如下 〇 亦 即 在 燒 結 壓 粉 體 後，藉由 將黑 鉛 粉 附 近 鐵 粉 之 碳 素 濃 度 局 部 增 加 而 將 鐡 粉 的熔點減 低、 於 最 初 溶 融 此 將 形 成 爲 與 里 / \ \ \ ip 粉 一 同 進 入 粒子縫隙 之存 在 有 里 ✓丨、、 ίρ 粒 子 處 所 之 空 洞 〇 且 在 浸 入 里 y \\\ 鉛 之處將碳 素擴 散 於 鐵 粉 ( 鐵 素 體 ) ? 藉 以 增 加 該 處 之 碳 素 含有量而於冷 卻 後 將 貝 氏 體 析 出 〇 另 — 方 面 5 原 先 與 里 j \\\ 鉛 粉鄰接之 鐵粉 的 另 一 部 分 5 可 推 斷 該 部 不 受 到 碳 素 之 擴 散 而依舊作 爲鐵 素 體 而 殘 存 者 〇 然 y 此 種 終 究 只 是 推 論 而 不可因爲 藉由 是 否 有 Μ 川Ν 此 種 作 用 而 用 以 限 制 本 發 明 〇 在 上 述 之 燒結 鏈 輪 之 製造方法 中， 藉 由 滾 軋 而 將 鐵 素 體 塑 性 變 形 5 藉 此使 空 孔 遭壓壞而 增加 密 度 〇 此外 藉 由 含 碳 淬 火 而 將 鐵 原 子 擴 散 ，用以將 -6 - 空孔 更 加 收 縮 Ο 從 而 ， 增 499375 五、發明說明（5) 加燒結鏈輪表面部之密度，而可更加提昇耐面壓特性。另 外，在含碳熱處理方面，進行爲使C0濃度達1 %以上、且 進行使高濃度含碳爲佳，藉此，可加耐面壓特性更佳的提 昇。 第2圖（A )所示係於滾軋後，鏈輪表面部之金屬組織 之相片，可仔細判定空孔遭壓壞之狀態。第2圖（B )所 示係於滾軋後，以90(TC進行含碳淬火後之鏈輪表面部之 金屬組織之相片，在與同圖（A )比較後，可判定藉由含 碳淬火而使得細長空孔之中央部幾乎完全被堵塞。同圖（ C)係替代含碳淬火，而以1130 °C進行再燒結後之鏈輪表 面部之金屬組織之相片，然而與含碳淬火並未有太大之差 異，其空孔之中央部依舊是幾乎完全被堵塞。由此得知， 相較於再燒結，爲以低溫含碳淬火的方式可更佳充分組織 之細密化。 此外，即便在本發明之商結鏈輪之製造方法中，亦是以 將基底層之鐵素體以面積體達40%以上存在者爲佳。另外 ，滾軋範圍則以〇 · 09〜0 . 15mm爲佳，藉此，可將表面部 之密度提高而形成最大限度。 實施例 以下’參照本發明之實施例，用以更加詳細說明本發明 將N!粉：〇 · 5體積％、Mo粉：0 . 5體積％、黑鉛粉： 〇· 3〜0 · 6體積％、鐡粉：殘部所形成之粉末成形鏈論，以 499375 五、發明說明（6) 1 1 5 0 土 2 0 °C之大氣中燒結6 0分鐘。接著，將鏈輪使用於 第3圖所示之滾軋裝置，以〇 . 〇9mm之滾軋範圍滾軋。圖 中符號1爲鏈輪、2爲滾軋模（d i e s )，於滾軋模2之外 周形成有與鏈輪同等之齒。且，將鏈輪1夾入2個滾軋模 2之間，藉由使滾軋模2旋轉而壓縮鏈輪之齒面、形成所 定之齒形。此外，所謂的滾軋範圍在此係稱爲朝與鏈輪齒 片之正交方向的壓縮量。各個鏈輪之添加碳量（體積％ ) 、碳素含有量（重量％)、成形密度、表面硬度、基底硬 度、以及鐵素體面積率係揭示於表1。而各個鏈輪之滾軋 後密度則將來自表面之距離進行種種設定、測定。其結果 係揭示於表2及第4圖。 表1 添加黑鉛量 密度 可見硬度 基底硬度 鐵素體面積 碳素量 mass% g/cm3 HRB 平均 min max % 重量％ 0.3 7.05 51 151 139 172 50 0.23 0.4 7.04 58 197 164 229 39 0.32 0.5 7.06 71 204 179 223 20 0.41 0.6 7.07 74 218 208 228 17 0.48 499375 五、發明說明（7) 表2 添加黑給量 滾軋後密度 mass% 0.2 0.4 0.6 0.8 0.3 7.65 7.52 7.29 0.4 7.42 7.36 7.12 7.06 0.5 7.21 7.2 7.1 7.05 0.6 7.21 7.16 7.03 7.03 如由第4圖所判斷，藉由滾軋而增加密度，若增大鐵素 體面積率（鐵素體率），其程度越大則將使滾軋後密度相 對增大。此係爲連接於空孔之鐵素體因塑性變形而壓壞空 孔所造成者。第5圖所示係鐵素體率與來自表面0 . 2mni部 分中之密度之間關係之圖示。由此圖可判斷，倘若鐵素體 率達40%以上，則在表層部將獲得有7. 5g/ cm3以上之密 度。接著，於上述鏈輪進行含碳淬火。含碳淬火係以CO 濃度爲0.8%、溫度900°C之下將鏈輪保持60分鐘之一般 含碳，以及將C0濃度提高於1 . 2 %所進行之高濃度含碳這 2種之條件下進行者。其次，調查各個.鏈條密度與界限面 壓之間的關係，其結果係揭示於第6圖。在此·，所謂界限 面壓係爲，於鏈輪齒面付與壓力，在產生所定變形時之壓 力代入赫兹（h e r z )公式而所求得之値，係顯示產生浸倉虫 (pitching)或屈曲等疲勞破壞之面壓。亦即，意味著以 界限面壓使用後，將產生浸鈾或屈曲，界限面壓越高，則 耐面壓特性越好。此外，浸蝕（P i t ch i ng )係指鏈輪齒面 499375 五、發明說明（8) 剝離之疲勞破壞，而屈曲則是指齒面產生凹陷之疲勞破壞 。如第6圖所示，當密度達7.5 g/cm3以上後，界限面壓 將急速的增加。特定係在此實施例中之鏈輪方面，因密度 係爲最大之7.8g/ cm3，在進行一般含碳淬火而將鏈輪達 到至界限面壓爲180kg f/mm2，而在已進行高濃度含碳淬 火後之鏈輪則亦達到220kgf/mm2。 如前述，倘若鐵素體率達40 %以上，則密度將形成爲 7.5 g/ cm3以上，而使界限面壓大幅增加。第7圖所示係 添加黑鉛量與鐵素體率之間的關係。如第7圖所示，當添 加黑鉛粉之量（體積％ )爲0 · 38%以下時，鐵素體率將成 爲40%以上。從而，添加黑鉛粉之量係爲0.38體積％以 下爲佳。而黑鉛粉末之添加量則更希望爲0 . 3體積％以下 爲佳，藉此，而可將鐡素體率達到5 0 %以上。 接著，第8圖所示係鏈輪的滾軋範圍與密度之間的關係 。如第8圖所示，鏈輪表面密度係在滾軋範圍達0.09〜 〇.1 5mm之範圍時爲最大。此外，即便滾軋範圍操過 〇 . 1 5mm，密度之增加將不相望滄過此種以上，而可確認的 是，因滾軋模之負荷過大而使其壽命減低。 _式簡單說明 第1圖（A )及（B )所示係有關本發明之燒結鏈輪之金 屬組織之相片，（C )所示爲習知燒結鏈輪之金屬組織之 相片。 第2圖（A )所示係滾軋後之鏈輪金屬組織之相片，（B ) -10- 499375 五、發明說明（9) 所示係含碳淬火後之金屬組織之相片，（c )所示係再燒 結後之金屬組織之相片。 弟3圖所不係滾乳裝置之不意圖。 第4圖所示係來自本發明之鏈輪表面之距離與密度之間 關係之線性圖。 第5圖所示係本發明之鏈輪的鐵素體率與密度之間關係 之線性圖。 第6圖所示係本發明之鏈輪的鐵素體率與界限面壓之間 關係之線性圖。 第7圖所示係本發明之鏈輪的添加黑鉛量與鐵素體率之 間關係之線性圖。 第8圖所示係本發明之鏈輪的滾軋範圍與密度之間關係 之線性圖。 【圖式符號說明】 1 : 鍊輪 2 : 滾軋模 -11-

Claims (1)

1. 499375 六、申請專利範圍 1 · 一種燒結鏈輪，其特徵在於，由含有重量比爲，C : 〇 . 2 〜0.5%、Mo: 0.2 〜1.0%、Ni : 〇_2〜10% 之鐵基燒 結合金，內部基底層則含有鐵素體與貝氏體，鐵素體係 呈現連接於空孔之金屬組織。 2 ·如申請專利範圍第1項之燒結鏈輪，其中基底層之鐵素 體在面積比係存在爲40%以上。 3 ·如申請專利範圍第1或2項之燒結鏈輪，其中較基底層 更爲外側之最表面部具備有碳化物層。 4 · 一種燒結鏈輪之製造方法，其特徵在於，含有重量比爲 ，C: 0.2 〜0.5%、Μο: 〇·2 〜1.0%、Ni : 0.2 〜1.0% 之鐵基燒結合金，內部基底層則含有鐵素體與貝氏體， 鐵素體係呈現連接於空孔之金屬組織而將鐵基燒結合金 進行浪乳’之後便進行含碳淳火。 5 ·如申請專利範圍第4項之燒結鏈輪製造方法，其中基底 層之鐵素體在面積比係存在爲40%以上。 6 .如申請專利範圍第4或5項之結鏈輪製造方法，其中前 述滾軋之滾乳範圍係爲0 . 0 9〜0 . 1 5mm。 -12-