WO2014044417A1 - Kettenelement und verfahren zur herstellung eines desgleichen - Google Patents

Kettenelement und verfahren zur herstellung eines desgleichen Download PDF

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Christian Poiret
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Definitions

  • the present application relates to a chain element which, as used in particular in chain drives chain or as part of such a chain such.
  • B. is designed as a chain pin, and a method for its preparation.
  • Generic chain elements are z. B. used as chain drives or parts of corresponding chain drives for the transmission of forces and come in a variety of different areas of technology, such as in the field of automotive technology used.
  • Chain elements are usually formed from mechanically particularly stressable steels due to the prevailing in their operation high mechanical stresses. Furthermore, it is known to provide chain elements, in particular in the other chain elements or other components contacting areas, with a mechanical properties influencing surface modification, in particular surface hardening, which, for example, a wear-resistant and against corrosive media stable coating is to be understood.
  • a corresponding surface modification that is to say in particular the formation of a special surface layer, can serve, for example, to impart to the basic element forming the chain element a changed property spectrum in the region of its surface.
  • a material, in particular a steel provided with a certain strength and toughness with a particularly wear-resistant and corrosion-resistant edge layer and are thus selectively modified in its mechanical properties.
  • Known methods for modifying the surface of steels, that is to form corresponding edge layers include, for example, carburizing, nitriding and / or the application of coatings based on titanium or molybdenum.
  • edge layers formed by appropriate processes with respect to the particularly wear-intensive and optionally additionally corrosive acting conditions in the application of corresponding chain elements, which are z. B. by contamination with lubricants or lubricant residues or combustion residues of internal combustion engines, often for the subsequent application is not or only partially satisfactory.
  • the invention is based on the problem of providing a chain element which is improved, in particular with regard to wear resistance and corrosion resistance.
  • a chain element of the type mentioned that there is a boron and vanadium formed by at least one measure for the diffusion of boron (B) and vanadium (V) in near-surface regions of the chain element, that is in particular boron-vanadium - connections such. B. VB and / or V 2 B, containing edge layer.
  • the chain element according to the invention has an improved property profile as a result of the boron and vanadium-containing edge layer formed by the at least one measure for the diffusion of boron and vanadium into surface regions of the chain element. Due to the formation of the boron and vanadium-containing surface layer, the chain element according to the invention, both in terms of its mechanical properties, in particular surface hardness, wherein furthermore regularly sufficient ductility is ensured, wear resistance, rollover resistance, etc., as well as its corrosion resistance to corrosive media, ie in particular the aforementioned lubricants such as, in particular degraded, lubricating oils or greases, etc., a excellent property profile.
  • the chain element according to the invention z. B. readily be used under the there regularly mechanically as well as corrosive high-stress operating conditions as part of the drive train of modern motor vehicles, where it is characterized by its compared with conventional chain elements improved life. This is due in particular to the abovementioned increased wear resistance against abrasive particles arising during operation of the motor vehicle from components of the drive train due to wear as well as increased corrosion resistance to the corrosive environment of the boron and vanadium-containing edge layer of the chain element according to the invention due to degraded lubricants ,
  • the remaining, the chain element according to the invention forming base material, which is usually a steel such.
  • a material, d. H. in particular a steel with a carbon content of about 0.8 wt .-% used.
  • the base material forming the chain element can also be formed, for example, from steels of the type CK75 or 100Cr6.
  • the boundary layer comprising boron and vanadium can be conceptually delimited from the remaining material of the chain element in such a way that it has a higher proportion of boron and vanadium or boron and vanadium compounds in comparison to the base material forming the chain element.
  • B. can be represented by micrographs. Likewise, it can be explained in such a way what according to the invention is to be understood by a region of the chain element close to the surface, namely that region of the surface of the chain element in which the boundary layer comprising boron and vanadium is formed.
  • the boron and vanadium-containing surface layer is inventively formed by at least one measure for the diffusion of boron and vanadium in the near-surface regions of the chain element. Consequently, depending on the particular in the context of the measure for the diffusion of boron and vanadium in the near-surface regions of the chain element concretely selected or used process parameters such. As temperature, pressure, duration, etc. targeted influence on the trainees or trained boron and vanadium-containing edge layer of the chain element are taken.
  • the penetration depth of the boron and / or vanadium atoms or boron and vanadium compounds and the concentration of the boron and / or vanadium atoms or boron and vanadium compounds in the boron and vanadium-containing surface layer can be influenced or controlled in terms of process technology.
  • the boron and vanadium that is, in particular boron-vanadium compounds such.
  • B. VB or V 2 B-containing edge layer in particular thermochemical process for the diffusion of boron and vanadium, that is to be formed for the diffusion of boron and vanadium atoms and optionally boron and vanadium compounds in near-surface regions of the chain element.
  • thermochemical treatments of the chain element in question that is, the in-diffusion of boron and vanadium to form the boron and vanadium-containing edge layer is advantageously based on a thermochemical treatment such as boriding and subsequent Vanadieren the chain element.
  • the boron and vanadium-containing edge layer can be divided into at least two edge layer sections due to their production via boriding and subsequent vanadation, wherein a first edge layer section immediately adjacent to the base material of the chain element and essentially of boron-vanadium compounds and a second, to the first Ran harshabrough adjacent edge layer portion consists essentially of vanadium.
  • the boron and vanadium-containing surface layer has z. B. a hardness of 2000 - 3500 HV (hardness Vickers), in particular greater 3000 HV on.
  • the thus high hardness of the boron and vanadium-containing surface layer contributes significantly to the improved wear resistance of the chain element according to the invention.
  • the hardness of the boron and vanadium-containing surface layer may in exceptional cases also be below 2000 HV and above 3500 HV.
  • the boron and vanadium-containing surface layer has, for example, a layer thickness of from 10 to 350 ⁇ m, preferably from 100 to 300 ⁇ m, particularly preferably from 150 to 250 ⁇ m.
  • the layer thickness can be influenced in particular by selecting and adjusting the process parameters used in the formation of the boron and vanadium-containing surface layer.
  • the layer thickness of the boron and vanadium-containing surface layer in exceptions may also lie below 10 ⁇ m and above 350 ⁇ m.
  • the chain element according to the invention is in particular a chain pin for bind at least two chain links of a chain.
  • Chain pins are regularly highly stressed component of a chain, so that the formation according to the invention of a boron and vanadium-containing edge layer formed by at least one measure for the diffusion of boron and vanadium into near-surface regions of the chain pin is particularly expedient.
  • the invention relates to a method for producing a chain element, in particular a chain pin for connecting at least two chain links, with a boron and vanadium-containing edge layer, characterized by the steps providing the chain element and performing at least one measure for the diffusion of boron and vanadium in near-surface regions of the Chain element for forming the boron and vanadium-containing surface layer.
  • thermochemical boriding and subsequent thermochemical vanadization of the chain element are preferably carried out as a measure for the diffusion of boron and vanadium into surface regions of the chain element for forming the boron and vanadium-containing edge layer.
  • Boring is generally a method of introducing boron into the surface of a workpiece.
  • a diffusion of powdered or pasty on the surface of the workpiece to be borne boron applied at elevated temperatures, that is, in particular at temperatures above 800 ° C, in particular between 850 and 1050 ° C.
  • a boride layer in particular a stalk-like design, typically forms.
  • the vanadation following boriding which results in the formation of a boron compound containing essentially boron or boron compounds, is generally a process for introducing vanadium into the surface of a workpiece. Similar to Boriding also involves the application of a powder comprising vanadium or vanadium compounds or a paste containing vanadium or vanadium compounds to the surface of the workpiece to be vanadium, vanadium or vanadium compounds penetrating into the workpiece at elevated temperatures and containing a vanadium or vanadium compound Edge layer forms.
  • the boron and vanadium-containing edge layer can be at least thoughtfully divided into at least two edge layer sections due to their formation via boriding and subsequent vanadation, wherein a first edge layer section directly adjoins the base material of the chain element and consists essentially of boron Vanadium compounds and a second, adjacent to the first Ran harshabites edge layer portion consists essentially of vanadium.
  • thermochemical treatment of the chain element that is to say in particular the thermochemical boriding and the subsequent thermochemical vanadation, can or may each be carried out in a temperature range from 800 to 1200 ° C., in particular between 850 and 1050 ° C. It is conceivable to carry out the vanadation immediately after the boriding or between the boriding and vanadation to allow cooling of the chain element. Of course, the specified temperatures can also be exceeded or fallen below in exceptional cases.
  • thermochemical treatment is carried out for a period of 2 to 24 hours, in particular 4 to 16 hours. Over the duration of the thermochemical treatment, that is, in particular the respective duration for the boriding and this subsequent vanadation, process-related influence on the properties such. As hardness, penetration, homogeneity, etc. of the boron and vanadium-containing surface layer are taken. Of course, the thermochemical treatments may also be shorter or longer than the times mentioned in exceptional cases.
  • the at least one measure for the formation of the boron and vanadium-containing edge layer is advantageously carried out such that a boron and vanadium-containing surface layer with a layer thickness of 10 to 350 ⁇ , preferably from 100 to 300 m, more preferably from 150 to 250 ⁇ , forms .
  • the boundary layer is at least a measure for the formation of boron-containing and vanadium can also be performed such that corresponding layer thicknesses below 10 ⁇ or form above 350 ⁇ ⁇ .
  • Figure 1 shows a characteristic section of a chain comprising a plurality of chain elements
  • Figure 2 shows a chain element in the form of a chain pin for connecting at least two chain links of a chain
  • FIG 3 is an enlargement of the boron shown in Figures 1 and 2 and
  • Vanadium-containing surface layer Vanadium-containing surface layer.
  • FIG. 1 shows a characteristic section of a chain 1 comprising a plurality of chain elements 2.
  • the chain 1 can be designed as a toothed chain and thus serve, for example, for transmitting power in the drive train or as part of the drive train of a motor vehicle.
  • the chain 1 comprises a plurality of chain elements 2 in the form of consecutively arranged, in particular lug-shaped, chain links 3, which are connected to one another via chain pins 4.
  • FIG. 2 shows a separate illustration of a chain element 2 in the form of a chain pin 4 for connecting at least two chain links 3 of a chain 1.
  • the chain 1 forming chain elements 2, that is, the chain links 3 and the chain pins 4 are made of a metallic base material 8, in particular a steel such.
  • B. SAE 1010 formed.
  • the surface of the chain elements 2 or a part of the chain elements 2 were subjected to a thermochemical surface treatment in the form of at least one measure to form a boron and vanadium-containing surface layer 5.
  • the chain elements 2 were first borated for this purpose by boriding and subsequently vanadiert by vanadation. Boron formed boron or boron compounds containing edge layer, from which by the vanadation and the associated diffusion of vanadium, a boron and vanadium, that is, in particular boron-vanadium compounds such as VB and / or V 2 B containing edge layer was formed.
  • the edge layer 5 containing borane and vanadium may have an essentially vanadium-containing edge layer section 6 formed by the vanadicization, which edge layer section 6 is on the boron and vanadium, that is, edge layer section 7 containing essentially boron-vanadium compounds is trained. Both edge layer sections 6, 7 are assigned to the boron and vanadium-containing edge layer 5.
  • the boron and vanadium-containing edge layer 5 has a layer thickness of about 250 pm. Of this, about 100 ⁇ and on the substantially boron and vanadium, that is essentially boron-vanadium compounds containing edge layer portion 7 about 150 ⁇ drop on the substantially vanadium-containing edge layer section.
  • the boron and vanadium-containing edge layer 5 gives the chain element 2 an improved property profile, wherein in particular the wear resistance due to the still sufficient ductility high hardness in the range of about 3000 HV (hardness Vickers) of the boron and vanadium-containing edge layer 5 and improves the corrosion resistance is.
  • a chain element 2 in particular a chain pin 4 for connecting at least two chain links 3, with a boron and vanadium-containing edge layer 5, via a process comprising the steps of providing the chain element 2 and performing at least one measure for the diffusion of boron and vanadium near the surface Regions of the chain element 2 for forming the boron and vanadium-containing surface layer.
  • a thermochemical boriding and a subsequent thermochemical vanadation of the chain element 2 are preferably carried out.
  • thermochemical boriding as well as the thermochemical vanadation of the chain element 2 takes place for. B. at temperatures in the range of about 900 ° C for a period of about 4 hours, so that a homogeneous boron and vanadium-containing edge layer 5 forms with the aforementioned layer thickness of about 250 ⁇ .

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Abstract

Kettenelement (2), insbesondere Kettenbolzen (4) zum Verbinden wenigstens zweier Kettenglieder (3), dadurch gekennzeichnet, dass es eine durch wenigstens eine Maßnahme zur Diffusion von Bor und Vanadium in oberflächennahe Bereiche des Kettenelements (2) gebildete Bor und Vanadium enthaltende Randschicht (5) aufweist, wobei die Bor und Vanadium enthaltende Randschicht (5) durch ein Borieren und nachfolgendes Vanadisieren gebildet ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
KETTENELEMENT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES DESGLEICHEN
Beschreibung
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Kettenelement, welches als, insbesondere in Kettenantrieben verwendete, Kette oder als Teil einer solchen Kette wie z. B. als Kettenbolzen ausgebildet ist, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Gebiet der Erfindung
Hintergrund der Erfindung
Gattungsgemäße Kettenelemente werden z. B. als Kettenantriebe oder Teile entsprechender Kettenantriebe zur Übertragung von Kräften verwendet und kommen in einer Vielzahl an unterschiedlichen Gebieten der Technik, wie beispielsweise im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik, zum Einsatz.
Kettenelemente sind aufgrund der bei deren Betrieb herrschenden hohen mechanischen Beanspruchungen üblicherweise aus mechanisch besonders beanspruchbaren Stählen gebildet. Weiterhin ist es bekannt, Kettenelemente, insbesondere in den andere Kettenelemente oder sonstige Bauteile kontaktierenden Bereichen, mit einer die mechanischen Eigenschaften beeinflussenden Oberflächenmodifizierung, insbesondere Oberflächenhärtung zu versehen, worunter beispielsweise eine verschleißfeste und gegenüber korrosiven Medien stabile Beschichtung zu verstehen ist. Eine entsprechende Oberflächenmodifizierung, das heißt insbesondere die Ausbildung einer besonderen Randschicht, kann beispielsweise dazu dienen, dem das Kettenelement bildenden Grundmaterial im Bereich seiner Oberfläche ein verändertes Eigenschaftsspektrum zu verleihen. So kann beispielsweise ein Material, insbesondere ein Stahl, mit einer bestimmten Festigkeit und Zähigkeit mit einer besonders verschleißfesten und korrosionsstabilen Randschicht versehen und so gezielt in seinen mechanischen Eigenschaften verändert werden. Bekannte Verfahren zur Modifizierung der Oberfläche von Stählen, das heißt zur Ausbildung entsprechender Randschichten sind beispielsweise Aufkohlen (Carburieren), Nitrieren und/oder die Aufbringung von auf Titan oder Molybdän basierenden Beschichtungen.
Allerdings sind die durch entsprechende Prozesse ausgebildeten Randschichten im Hinblick auf die besonders verschleißintensiven und gegebenenfalls zusätzlich korrosiv wirkenden Bedingungen im Anwendungsbereich entsprechender Kettenelemente, welche sich z. B. durch Kontaminierung mit Schmiermitteln oder Schmiermittelrückständen oder Verbrennungsrückständen von Verbrennungsmotoren ergeben, für die spätere Anwendung häufig nicht oder nur bedingt zufriedenstellend.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein, insbesondere im Hinblick auf Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit verbessertes, Kettenelement anzugeben.
Zur Lösung des Problems ist bei einem Kettenelement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass es eine durch wenigstens eine Maßnahme zur Diffusion von Bor (B) und Vanadium (V) in oberflächennahe Bereiche des Kettenelements gebildete Bor und Vanadium, das heißt insbesondere Bor-Vanadium- Verbindungen wie z. B. VB und/oder V2B, enthaltende Randschicht aufweist.
Das erfindungsgemäße Kettenelement weist durch die durch die wenigstens eine Maßnahme zur Diffusion von Bor und Vanadium in oberflächennahe Bereiche des Kettenelements gebildete Bor und Vanadium enthaltende Randschicht ein verbessertes Eigenschaftsprofil auf. Durch die Ausbildung der Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht weist das erfindungsgemäße Kettenelement sowohl im Hinblick auf seine mechanischen Eigenschaften, wie insbesondere Oberflächenhärte, wobei weiterhin regelmäßig eine ausreichende Duktilität gewährleistet ist, Verschleißfestigkeit, Überrollfestigkeit etc., als auch auf seine Korrosionsbeständigkeit gegenüber korrosiven Medien, das heißt insbesondere den eingangs genannten Schmiermitteln wie, insbesondere degradierten, Schmierölen oder Schmierfetten etc., ein hervorragendes Eigenschaftsprofil auf.
Mithin kann das erfindungsgemäße Kettenelement z. B. ohne Weiteres unter den dort regelmäßig mechanisch wie auch korrosiv hoch beanspruchenden Betriebsbedingungen als Teil des Antriebsstrangs moderner Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, wo es sich durch seine im Vergleich zu konventionellen Kettenelementen verbesserte Standzeit auszeichnet. Dies begründet sich insbesondere durch die vorgenannte erhöhte Verschleißfestigkeit gegenüber von im Betrieb des Kraftfahrzeugs entstehenden, aus Komponenten des Antriebsstrangs durch Verschleiß entstammenden abra- siven Partikeln wie auch der erhöhten Korrosionsbeständigkeit gegenüber der durch degradierte Schmiermittel bedingten korrosiven Umgebung der Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht des erfindungsgemäßen Kettenelements.
Da die Bor und Vanadium enthaltende Randschicht nur in oberflächennahen Bereichen des erfindungsgemäßen Kettenelements ausgebildet ist, bleibt das übrige, das erfindungsgemäße Kettenelement bildende Grundmaterial, bei welchem es sich in der Regel um einen Stahl wie z. B. SAE 1010, SAE 1012, SAE 8620, DIN 16MnCr5 handelt, bzw. dessen Grundgefüge, in seinen Eigenschaften unverändert. Bevorzugt wird als Grundmaterial ein Werkstoff, d. h. insbesondere ein Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von ca. 0,8 Gew.-% verwendet. Das das Kettenelement bildende Grundmaterial kann beispielsweise auch aus Stählen vom Typ CK75 oder 100Cr6 gebildet sein.
Die Bor und Vanadium enthaltende Randschicht lässt sich von dem übrigen Material des Kettenelements gedanklich derart abgrenzen, dass diese einen im Vergleich zu dem das Kettenelement bildenden Grundmaterial höheren Anteil an Bor und Vanadium bzw. Bor- und Vanadiumverbindungen aufweist, was sich z. B. anhand von Schliffbildem darstellen lässt. Gleichermaßen lässt sich derart erläutern, was erfindungsgemäß unter einem oberflächennahen Bereich des Kettenelements zu verstehen ist, nämlich jener Bereich der Oberfläche des Kettenelements, in welchem die Bor und Vanadium enthaltende Randschicht ausgebildet ist.
Die Bor und Vanadium enthaltende Randschicht ist erfindungsgemäß durch wenigstens eine Maßnahme zur Diffusion von Bor und Vanadium in oberflächennahe Bereiche des Kettenelements ausgebildet. Mithin kann in Abhängigkeit der jeweiligen im Rahmen der Maßnahme zur Diffusion von Bor und Vanadium in oberflächennahe Bereiche des Kettenelements konkret ausgewählten respektive verwendeten Prozessparameter wie z. B. Temperatur, Druck, Dauer etc. gezielt Einfluss auf die auszubildende bzw. ausgebildete Bor und Vanadium enthaltende Randschicht des Kettenelements genommen werden. Insbesondere sind derart die Eindringtiefe der Bor- und/oder Vanadiumatome respektive Bor- und Vanadiumverbindungen sowie die Konzentration der Bor- und/oder Vanadiumatome respektive Bor- und Vanadiumverbindungen in der Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht prozesstechnisch beeinflussbar bzw. kontrollierbar.
Wie im Weiteren noch erläutert wird, kann die Bor und Vanadium, das heißt insbesondere Bor-Vanadium-Verbindungen wie z. B. VB oder V2B enthaltende Randschicht insbesondere über thermochemische Verfahren zur Diffusion von Bor und Vanadium, das heißt zur Diffusion von Bor- und Vanadiumatomen sowie gegebenenfalls Bor- und Vanadiumverbindungen in oberflächennahe Bereiche des Kettenelements ausgebildet sein.
Als entsprechende Maßnahme zur Diffusion von Bor und Vanadium Stickstoff in oberflächennahe Bereiche des Kettenelements kommen insbesondere thermochemische Behandlungen des Kettenelements in Frage, das heißt die Eindiffusion von Bor und Vanadium zur Ausbildung der Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht beruht vorteilhaft auf einer thermochemischen Behandlung wie Borieren und nachfolgendem Vanadieren des Kettenelements. Die Bor und Vanadium enthaltende Randschicht kann aufgrund ihrer Herstellung über ein Borieren und nachfolgendes Vanadieren in wenigstens zwei Randschichtabschnitte unterteilt sein, wobei ein erster Randschichtabschnitt unmittelbar an das Grundmaterial des Kettenelements angrenzt und im Wesentlichen aus Bor-Vanadium- Verbindungen und ein zweiter, an den ersten Ranschichtabschnitt angrenzender Randschichtabschnitt im Wesentlichen aus Vanadium besteht. Dies lässt sich durch das dem Borieren folgende Vanadieren bei der Herstellung der Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht erklären, wobei in eine durch das Borieren gebildete im Wesentlichen Bor enthaltende Randschicht durch das Vanadieren Vanadium diffundiert, wobei sich ein Bor und Vanadium bzw. Bor-Vanadium-Verbindungen enthaltender Randschichtabschnitt ausbildet, an welchen angrenzend sich zusätzlich ein weiterer, im Wesentlichen Vanadium enthaltender Ranschichtabschnitt ausbildet. Beide Randschichtabschnitte bilden die Bor und Vanadium enthaltende Randschicht des erfindungsgemäßen Kettenelements.
Die Bor und Vanadium enthaltende Randschicht weist z. B. eine Härte von 2000 - 3500 HV (Härte Vickers), insbesondere größer 3000 HV, auf. Die sonach hohe Härte der Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht trägt wesentlich zu der verbesserten Verschleißfestigkeit des erfindungsgemäßen Kettenelements bei. Selbstverständlich kann die Härte der Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht in Ausnahmen auch unterhalb 2000 HV sowie oberhalb 3500 HV liegen.
Die Bor und Vanadium enthaltende Randschicht weist beispielsweise eine Schichtdicke von 10 bis 350 μιη, bevorzugt von 100 bis 300 μηι, besonders bevorzugt von 150 bis 250 μητι, auf. Wie erwähnt, kann die Schichtdicke insbesondere über eine Auswahl und Einstellung der im Rahmen der Ausbildung der Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht angewandten Prozessparameter beeinflusst werden. Selbstverständlich kann die Schichtdicke der Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht in Ausnahmen auch unterhalb 10 μιτι sowie oberhalb 350 μιτι liegen.
Das erfindungsgemäße Kettenelement ist insbesondere ein Kettenbolzen zum Ver- binden wenigstens zweier Kettenglieder einer Kette. Kettenbolzen sind regelmäßig hoch beanspruchte Komponente einer Kette, so dass die erfindungsgemäße Ausbildung einer durch wenigstens eine Maßnahme zur Eindiffusion von Bor und Vanadium in oberflächennahe Bereiche des Kettenbolzens gebildeten Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht besonders zweckmäßig ist.
Grundsätzlich gelten sämtliche Ausführungen zum erfindungsgemäßen Kettenelement analog für den erfindungsgemäßen Kettenbolzen.
Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Kettenelements, insbesondere eines Kettenbolzens zum Verbinden wenigstens zweier Kettenglieder, mit einer Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht, gekennzeichnet durch die Schritte Bereitstellen des Kettenelements und Durchführen wenigstens einer Maßnahme zur Diffusion von Bor und Vanadium in oberflächennahe Bereiche des Kettenelements zur Ausbildung der Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht.
Dabei wird als Maßnahme zur Diffusion von Bor und Vanadium in oberflächennahe Bereiche des Kettenelements zur Ausbildung der Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht bevorzugt ein thermochemisches Borieren und ein nachfolgendes ther- mochemisches Vanadisieren des Kettenelements durchgeführt.
Borieren ist im Allgemeinen ein Verfahren zum Einbringen von Bor in die Oberfläche eines Werkstücks. Dabei erfolgt eine Diffusion von pulver- oder pastenförmig auf der Oberfläche des zu borierenden Werkstücks aufgebrachten Bors bei erhöhten Temperaturen, das heißt bei insbesondere bei Temperaturen oberhalb 800°C, insbesondere zwischen 850 und 1050 °C. Es bildet sich bei auf Eisen basierenden Werkstücken typischerweise eine, insbesondere stengelartig ausgebildete, Boridschicht.
Das im Rahmen der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dem Borieren, welches zur Ausbildung eines im Wesentlichen Bor bzw. Borverbindungen enthaltenden Ranschichtabschnitts führt, folgende Vanadieren ist im Allgemeinen ein Verfahren zum Einbringen von Vanadium in die Oberfläche eines Werkstücks. Ähnlich wie beim Borieren erfolgt auch hier die Aufbringung eines Vanadium bzw. Vanadiumverbindungen enthaltenden Pulvers oder einer Vanadium bzw. Vanadiumverbindungen enthaltenden Paste auf die Oberfläche des zu vanadierenden Werkstücks, wobei Vanadium bzw. Vanadiumverbindungen bei erhöhten Temperaturen in das Werkstück eindringt und sich eine Vanadium bzw. Vanadiumverbindungen enthaltende Randschicht ausbildet.
Wesentlich für diese bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das dem Borieren folgende Vanadieren, welches zur Ausbildung der Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht führt. Wie oben bezüglich des erfindungsgemäßen Kettenelements erläutert, kann die Bor und Vanadium enthaltende Randschicht bedingt durch deren Ausbildung über ein Borieren und nachfolgendes Vanadieren zumindest gedanklich in wenigstens zwei Randschichtabschnitte unterteilt sein, wobei ein erster Randschichtabschnitt unmittelbar an das Grundmaterial des Kettenelements angrenzt und im Wesentlichen aus Bor-Vanadium-Verbindungen und ein zweiter, an den ersten Ranschichtabschnitt angrenzender Randschichtabschnitt im Wesentlichen aus Vanadium besteht. Dies Iässt sich durch das dem Borieren folgende Vanadieren bei der Herstellung der Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht erklären, wobei in eine durch das Borieren gebildete im Wesentlichen Bor enthaltende Randschicht durch das Vanadieren Vanadium bzw. Vanadiumverbindungen diffundiert bzw. diffunideren, wobei sich ein Bor und Vanadium bzw. Bor-Vanadium- Verbindungen enthaltender Randschichtabschnitt ausbildet, an welchen angrenzend sich zusätzlich ein weiterer, im Wesentlichen Vanadium bzw. Vanadiumverbindungen enthaltender Ranschichtabschnitt ausbildet. Beide Randschichtabschnitte bilden die Bor und Vanadium enthaltende Randschicht des erfindungsgemäßen Kettenelements.
Die thermochemische Behandlung des Kettenelements, das heißt insbesondere das thermochemische Borieren und das diesem nachfolgende thermochemische Vanadieren, kann bzw. können jeweils in einem Temperaturbereich von 800 bis 1200°C, insbesondere zwischen 850 und 1050°C, durchgeführt werden. Es ist denkbar, das Vanadieren ummittelbar anschließend an das Borieren durchzuführen oder zwischen dem Borieren und dem Vanadieren eine Abkühlung des Kettenelements erfolgen zu lassen. Selbstverständlich können die genannten Temperaturen in Ausnahmen auch über- oder unterschritten werden.
Es ist möglich, dass die thermochemische Behandlung für eine Dauer von 2 bis 24 Stunden, insbesondere 4 bis 16 Stunden, durchgeführt wird. Über die Dauer der thermochemischen Behandlung, das heißt insbesondere der jeweiligen Dauer für das Borieren und das diesem nachfolgende Vanadieren, kann prozesstechnisch Einfluss auf die Eigenschaften wie z. B. Härte, Eindringtiefe, Homogenität etc. der Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht genommen werden. Selbstverständlich kann bzw. können die thermochemischen Behandlungen in Ausnahmen auch kürzer oder länger als die genannten Zeiten erfolgen.
Die wenigstens eine Maßnahme zur Ausbildung der Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht wird vorteilhaft derart durchgeführt, dass sich eine Bor und Vanadium enthaltende Randschicht mit einer Schichtdicke von 10 bis 350 μιη, bevorzugt von 100 bis 300 m, besonders bevorzugt von 150 bis 250 μιτι, ausbildet. In Ausnahmen kann die wenigstens eine Maßnahme zur Ausbildung der Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht auch derart ausgeführt werden, dass sich entsprechende Schichtdicken unterhalb 10 μητι oder oberhalb 350 μιη ausbilden.
Grundsätzlich gelten sämtliche Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Kettenelements mit einer Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht analog für das erfindungsgemäße Kettenelement sowie für den erfindungsgemäßen Kettenbolzen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 einen charakteristischen Ausschnitt einer Kette, umfassend mehrere Kettenelemente;
Figur 2 ein Kettenelement in Form eines Kettenbolzens zum Verbinden wenigstens zweier Kettenglieder einer Kette;
Figur 3 eine Vergrößerung der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Bor und
Vanadium enthaltenden Randschicht.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Figur 1 zeigt einen charakteristischen Ausschnitt einer Kette 1 , umfassend mehrere Kettenelemente 2. Die Kette 1 kann als Zahnkette ausgebildet sein und so beispielsweise zur Kraftübertragung im Antriebsstrang oder als Teil des Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs dienen.
Ersichtlich umfasst die Kette 1 mehrere Kettenelemente 2 in Form von aufeinander folgend angeordneten, insbesondere laschenförmigen, Kettengliedern 3, welche über Kettenbolzen 4 miteinander verbunden sind. Figur 2 zeigt eine gesonderte Darstellung eines Kettenelements 2 in Form eines Kettenbolzens 4 zum Verbinden wenigstens zweier Kettenglieder 3 einer Kette 1.
Die die Kette 1 bildenden Kettenelemente 2, das heißt die Kettenglieder 3 und die Kettenbolzen 4 sind aus einem metallischen Grundmaterial 8, insbesondere einem Stahl wie z. B. SAE 1010, gebildet. Die Oberfläche der Kettenelemente 2 oder eines Teils der Kettenelemente 2 wurden einer thermochemischen Oberflächenbehandlung in Form wenigstens einer Maßnahme zur Ausbildung einer Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht 5 unterzogen.
Konkret wurden die Kettenelemente 2 hierzu zunächst mittels Borieren boriert und nachfolgend mittels Vanadieren vanadiert. Nach dem Borieren bildete sich eine Bor bzw. Borverbindungen enthaltende Randschicht, aus welcher durch das Vanadieren und das damit verbunden Eindiffundieren von Vanadium eine Bor und Vanadium, das heißt insbesondere Bor-Vanadium-Verbindungen wie VB und/oder V2B, enthaltende Randschicht gebildet wurde.
Wie sich aus Figur 3 ergibt, kann die Bor und Vanadium enthaltende Randschicht 5 einen durch das Vanadieren gebildeten, im Wesentlichen Vanadium enthaltenden Randschichtabschnitt 6 aufweisen, welcher Randschichtabschnitt 6 auf dem Bor und Vanadium, das heißt im Wesentlichen Bor-Vanadium-Verbindungen enthaltenden Randschichtabschnitt 7 ausgebildet ist. Beide Randschichtabschnitte 6, 7 sind der Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht 5 zuzuordnen.
Die Bor und Vanadium enthaltende Randschicht 5 weist eine Schichtdicke von ca. 250 pm auf. Hiervon können auf den im Wesentlichen Vanadium enthaltenden Randschichtabschnitt 6 ca. 100 μηι und auf den im Wesentlichen Bor und Vanadium, das heißt im Wesentlichen Bor-Vanadium-Verbindungen enthaltenden Randschichtabschnitt 7 ca. 150 μηη abfallen.
Die Bor und Vanadium enthaltende Randschicht 5 verleiht dem Kettenelement 2 ein verbessertes Eigenschaftsprofil, wobei insbesondere die Verschleißfestigkeit bedingt durch die bei weiterhin ausreichender Duktilität hohe Härte im Bereich von ca. 3000 HV (Härte Vickers) der Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht 5 sowie die Korrosionsbeständigkeit verbessert ist.
Die Herstellung eines Kettenelements 2, insbesondere eines Kettenbolzens 4 zum Verbinden wenigstens zweier Kettenglieder 3, mit einer Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht 5, erfolgt über ein Verfahren mit den Schritten Bereitstellen des Kettenelements 2 und Durchführen wenigstens einer Maßnahme zur Diffusion von Bor und Vanadium in oberflächennahe Bereiche des Kettenelements 2 zur Ausbildung der Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht 5. Als Maßnahme zur Diffusion von Bor und Vanadium in oberflächennahe Bereiche des Kettenelements 2 wird bevorzugt ein thermochemisches Borieren und ein diesem nachfolgendes thermochemisches Vanadieren des Kettenelements 2 durchgeführt.
Das thermochemische Borieren wie auch das thermochemische Vanadieren des Kettenelements 2 erfolgt z. B. bei Temperaturen im Bereich von ca. 900°C für eine Dauer von ca. 4 Stunden, so dass sich eine homogene Bor und Vanadium enthaltende Randschicht 5 mit der vorgenannten Schichtdicke von ca. 250 μηη ausbildet.
Bezugszahlenliste Kette
Kettenelement
Kettenglied
Kettenbolzen
Randschicht
Randschichtabschnitt
Randschichtabschnitt
Grundmaterial

Claims

Patentansprüche
1. Kettenelement (2), insbesondere Kettenbolzen (4) zum Verbinden we- nigstens zweier Kettenglieder (3), dadurch gekennzeichnet, dass es eine durch wenigstens eine Maßnahme zur Diffusion von Bor und Vanadium in oberflächennahe Bereiche des Kettenelements (2) gebildete Bor und Vanadium enthaltende Randschicht (5) aufweist.
Kettenelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bor und Vanadium enthaltende Randschicht (5) durch ein Borieren und nachfolgendes Vanadisieren gebildet ist.
Kettenelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bor und Vanadium enthaltende Randschicht (5) eine Härte von 2000 - 3500 HV, insbesondere größer 3000 HV, aufweist.
Kettenelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bor und Vanadium enthaltende Randschicht (5) eine Schichtdicke von 10 bis 350 μηι, bevorzugt von 100 bis 300 μιη, besonders bevorzugt von 150 bis 250 μιτι, aufweist.
Kettenbolzen (4) zum Verbinden wenigstens zweier Kettenglieder (3) einer Kette (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass er eine durch wenigstens eine Maßnahme zur Eindiffusion von Bor und Vanadium in oberflächennahe Bereiche des Kettenbolzens (4) gebildete Bor und Vanadium enthaltende Randschicht (5) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Kettenelements (2), insbesondere eines Kettenbolzens (4) zum Verbinden wenigstens zweier Kettenglieder (3), mit einer Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht (5), gekennzeichnet durch die Schritte:
- Bereitstellen des Kettenelements (2), - Durchführen wenigstens einer Maßnahme zur Diffusion von Bor und Vanadium in oberflächennahe Bereiche des Kettenelements (2) zur Ausbildung der Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht (5).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Maßnahme zur Diffusion von Bor und Vanadium in oberflächennahe Bereiche des Kettenelements (2) ein thermochemisches Borieren und ein nachfolgendes thermochemisches Vanadisieren des Kettenelements (2) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ther- mochemische Behandlung in einem Temperaturbereich von 800 bis 1200°C, insbesondere zwischen 850 und 1050°C, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die thermochemische Behandlung für eine Dauer von 2 bis 24 Stunden, insbesondere 4 bis 16 Stunden, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahme zur Ausbildung der Bor und Vanadium enthaltenden Randschicht (5) derart durchgeführt wird, dass sich eine Bor und Vanadium enthaltende Randschicht (5) mit einer Schichtdicke von 10 bis 350 im, bevorzugt von 100 bis 300 μιτι, besonders bevorzugt von 150 bis 250 μητι, ausbildet.
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