DE10319828B4

DE10319828B4 - Gesintertes Kettenrad und Verfahren zur Herstellung hierfür

Info

Publication number: DE10319828B4
Application number: DE10319828A
Authority: DE
Inventors: Isamu Okabe; Kozo Itami Ito; Manabu Itami Hashikura
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co; Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co; Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2003-05-03
Publication date: 2010-12-16
Anticipated expiration: 2023-05-04
Also published as: DE10319828A1; JP4166041B2; US20030228949A1; GB2390372A; GB2390372B; JP2004010906A

Abstract

Gesintertes Kettenrad, das wenigstens eine Zahnoberflächenschicht mit 0,6 bis 1,2 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent Stickstoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefüge der Zahnoberflächenschicht ein getempertes martensitisches Gefüge und ein austenitisches Restgefüge aufweist, und das austenitische Restgefüge ein Volumen von 10 bis 50% der Zahnoberflächenschicht beträgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sinterteil, welches mittels Formens von metallischen Pulvern und Sintern der geformten metallischen Pulver hergestellt wird, und ein Verfahren zur Herstellung des Sinterteils. Sie betrifft insbesondere ein gesintertes Kettenrad mit Zähnen zum Kämmen mit einer Kette, die bei einem Kettenübertragungs-Mechanismus eines Verbrennungsmotors oder dergleichen verwendet wird.
Ketten, wie Rollenketten oder dergleichen, werden als Übertragungsmittel bei einem Steuermechanismus eines Fahrzeugmotors und in einer Vielzahl anderer Mechanismen verwendet. Kettenräder aus einer gesinterten Legierung werden sowohl als Kurbelwellen-Kettenräder (Antrieb) als auch als Nockenwellen-Kettenräder (Abtrieb) verwendet.
Die Oberfläche dieser Kettenräder wird häufig einem Härtevorgang unterworfen, wie Abschrecken und Tempern mittels einer Hochfrequenz-Heizung, oder Einsatzhärtung (Aufkohlen, Abschrecken und Tempern), um die Festigkeit und den Verschleisswiderstand der Zahnflächen zu verbessern. Es wird auf die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2000-239710 verwiesen. Ferner wird bei einem Kettenrad, welches einen großen Verschleisswiderstand benötigt und das unter schwierigen Bedingungen verwendet wird, ein hochfester legierter Stahl (zum Beispiel ein Chromstahl, wie SCr 420 oder dergleichen, oder ein Chrom-Molybdän-Stahl, wie SCM 420 oder dergleichen) an Stelle einer gesinterten Legierung verwendet.
In den vergangenen Jahren wurden geräuscharme Ketten an Stelle von Rollenketten bei der Verwendung als Übertragungsmittel modern, um eine größere Ruhe und Kompaktheit zu erreichen. Jedoch übt eine geräuscharme Kette einen größeren Druck auf die Oberflächen der Kettenräder-Zähne aus. Im Falle eines Motors mit großer Leistung oder eines Motors, der unter einer hohen Belastung arbeitet, hat ein herkömmliches gesintertes Legierungs-Kettenrad eine unzureichende Festigkeit und einen unzureichenden Verschleisswiderstand.
Insbesondere bei einem Direkteinspritzer-Benzinmotor, bei dem der Treibstoff direkt in einen Zylinder des Motors eingespritzt wird, oder einem Dieselmotor sammelt sich Kohlenstoffruß, welcher aus einer unvollständigen Flammenübertragung oder einer unzureichenden Diffusion des Brennstoffes resultiert, als Rückstand in Spalten zwischen der Steuerkette und den Kettenrädern an. Der angesammelte Kohlenstoffruß bewirkt einen Verschleiss der Kettenräder-Zahnoberflächen. Deshalb ist eine Verbesserung des Verschleisswiderstands bei Kettenrädern wichtig.
Ferner gelangt, wenn ein Kettenrad sich auf Grund von Verschleiss abnutzt, pulverförmiges Material vom Kettenrad in das Motor-Schmieröl. Dann tritt, da das Pulver als abrasives Material wirkt, Verschleiss nicht nur bei den Kettenrädern und der Kette auf, sondern auch bei zum Motor gehörenden sonstigen Bauteilen, wie einem Kettenspannhebel, einer Kettenführung und dergleichen, welche Teile des Motorsteuerungs-Übertragung sind. Wenn der Verschleiss des Kettenrades weiter fortschreitet, kann auf Grund von Unregelmäßigkeiten beim Kämmen ein Springen der Kette auf den Zähnen des Kettenrades auftreten, und im schlimmsten Fall kann das Brechen eines Zahnes des Kettenrades dazu führen, dass der Motor versagt oder dass schwere Schäden am Motor auftreten.
Andererseits sind in dem Falle, in dem eine Stahllegierung, wie Chromstahl oder Chrom-Molybdän-Stahl oder dergleichen als Kettenradmaterial verwendet wird, die Materialkosten hoch, verglichen zu den Kosten von gesinterten Stahllegierungen.
Aus der JP 03-219 050 A ist ein als Sinterteil ausgebildetes Gleitteil bekannt, das einen Massenanteil von weniger als 3,5% C und an der Oberfläche einen Gesamtanteil von 0,8 bis 4% C aufweist. Ferner hat es einen Massenanteil von 0,2% N an der Oberfläche.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Kettenrad zur Verfügung zu stellen, das preiswert ist und eine hohe Festigkeit und ausgezeichnete Verschleisseigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kettenrad gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßes Kettenrad weist wenigstens eine Zahnoberflächenschicht mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,6 bis 1,2 Gewichtsprozent und einem Stickstoffgehalt von 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent auf, wobei das Gefüge der Zahnoberflächenschicht ein getempertes martensitisches Gefüge und ein austenitisches Restgefüge aufweist, und das austenitische Restgefüge ein Volumen von 10 bis 50% der Zahnoberflächenschicht hat.
Wenn der Kohlenstoffgehalt kleiner als 0,6 Gewichtsprozent ist, wird nur eine geringe Steigerung der Härte des Basisstahls verwirklicht, und wenn der Kohlenstoffgehalt 1,2 Gewichtsprozent übersteigt, entsteht Zementit, ein hartes Karbid mit der Formel Fe₃C. Der Zementit bewirkt Abschreckrisse während der Wärmebehandlung und der Zementit scheidet sich vom Basisstahl ab, was einen abrasiven Verschleiss bewirkt. Folglich wird der Bereich von 0,6 bis 1,2 Gewichtsprozent bevorzugt.
Andererseits wird, wenn Stickstoff in Mengen von weniger als 0,05 Gewichtsprozent vorhanden ist, nur eine geringe Verbesserung der Härte des Basisstahls verwirklicht, und der Widerstand gegen ein Weichwerden beim Tempern ist gering. Wenn der Stickstoffgehalt 0,5 Gewichtsprozent übersteigt, wird ein spröder Nitridstahl erzeugt, und dieser fällt aus dem Basisstahl des Kettenrades beim Betrieb aus, was einen abrasiven Verschleiss bewirkt. Folglich wird der Bereich von 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent bevorzugt.
Das gesinterte Kettenrad weist vorzugsweise ein getempertes martensitisches Gefüge und ein austenitisches Restgefüge auf, wobei das austenitische Restgefüge 10 bis 50 Volumenprozent der Zahnoberflächenschicht einnimmt. Wenn das austenitische Restgefüge weniger als 10 Volumenprozent einnimmt, ist die Verbesserung der Verschleissbeständigkeit gering, und wenn das austenitische Restgefüge mehr als 50 Volumenprozent übersteigt, nimmt die Härte des Kettenrades ab, und seine Verschleissbeständigkeit wird verringert.
Bei dem gesinterten Kettenrad beträgt die Dichte der Zahnoberflächenschicht vorzugsweise wenigstens 7,4 g/cm³. Wenn die Dichte der Zahnoberflächenschicht geringer als 7,4 g/cm³ ist, wird die Wahrscheinlichkeit von Verschleiss auf Grund von Lochfrass in der Oberflächenschicht des Kettenrades als Ergebnis eines Kontaktflächendrucks, der duch die Kette ausgeübt wird, erhöht.
Von 0,5 bis 5 Gewichtsprozent Anteil am Grundmaterial des Kettenrades weist dasselbe vorzugsweise wenigstens eines der Metalle der Gruppe von Nickel, Kupfer oder Molybdän auf, wobei der Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht. Nickel verbessert die Festigkeit und Zähigkeit des Basisstahls im gesinterten Kettenrad. Kupfer erzeugt eine flüssige Phase beim Sintern des Kettenrades und fördert die Diffusion von Legierungselementen, wodurch die Festigkeit des Basisstahls verbessert wird. Molybdän verbessert die Härte, Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Weichwerden beim Tempern des Basisstahls. Eine Unterdrückung von abrasivem Verschleiss der Kettenradzahnoberflächen kann durch die Wirkungen wenigstens eines der Elemente Nickel, Kupfer oder Molybdän erreicht werden. Jedoch wenn die Gesamtmenge dieser Elemente geringer als 0,5 Gewichtsprozent ist, sind die Wirkungen der Elemente nicht ausreichend, und wenn sie 5 Gewichtsprozent überschreiten haben, erreichen ihre Wirkungen eine Sättigung, die Kompressibilität des pulverförmigen Ausgangsmaterials beim Pressformen nimmt ab, und ein unerwünschter Anstieg der Dichte tritt auf.
Beim Herstellungsverfahren des gesinterten Kettenrades wird das Kettenrad einem aufkohlenden nitrierenden Abschreckschritt gefolgt von einem tempernden Schritt unterworfen. Beim aufkohlenden nitrierenden Abschreckschritt wird die Zahnoberflächenschicht des Kettenrades aufgekohlt und nitriert, während es auf eine Temperatur in einem Bereich von 800°C bis 950°C erhitzt wird. Im folgenden tempernden Schritt wird das abgeschreckte Kettenrad bei einer Temperatur von 140°C bis 220°C getempert. Wenn die Temperatur zum Aufkohlen und Nitrieren unter 800°C beträgt, ist die Diffusion von Kohlenstoff und Stickstoff unzureichend, und die Erhöhung der Härte ist gering. Wenn die Temperatur 950°C übersteigt, diffundieren Kohlenstoff und Stickstoff nicht nur in die Oberflächenschicht, sondern auch in das Innere des Kettenrades, wodurch dessen Stossbeständigkeit verringert wird. Wenn die Temperatur zum Tempern weniger als 140°C beträgt, ist die Stossbeständigkeit des Kettenrades nicht ausreichend, und wenn die Temperatur zum Tempern 220°C übersteigt, nimmt die Härte des Kettenrades und seine Verschleissbeständigkeit ab.
Der aufkohlende nitrierende Abschreckschritt wird vorzugsweise im gleichen Ofen und im Anschluss an einen aufkohlenden Schritt durchgeführt, bei dem nur die Aufkohlung durchgeführt wird. Beim Aufkohlschritt beträgt der Kohlenstoffgehalt im Ofen 1,0 bis 1,5 Gewichtsprozent und beim aufkohlenden nitrierenden Abschreckschritt, bei dem gleichzeitig die Nitrierung durchgeführt wird, beträgt der Kohlenstoffgehalt der Atmosphäre im Ofen 0,6 bis 1,2 Gewichtsprozent. Diese Schritte können im gleichen Ofen aufeinanderfolgend durchgeführt werden.
Wenn der Kohlenstoffgehalt beim Aufkohlschritt geringer als 1,0 Gewichtsprozent ist, wird die Diffusion des Kohlenstoffs unzureichend, und die Härtetiefe kann nicht sichergestellt werden. Wenn der Kohlenstoffgehalt beim Aufkohlschritt 1,5 Gewichtsprozent überschreitet, diffundiert zu viel Kohlenstoff ins Innere des Kettenrades, wodurch die Stossbeständigkeit des Kettenrades abnimmt. Ferner ist, wenn der Kohlenstoffgehalt beim aufkohlenden-nitrierenden Schritt unter 0,6 Gewichtsprozent beträgt, die Menge an Kohlenstoff in der Zahnoberflächenschicht unzureichend und die Härte des Kettenrades kann nicht sichergestellt werden, und wenn der Kohlenstoffgehalt 1,2 Gewichtsprozent überschreitet, so tritt eine ungewünschte Bildung von hartem Zementit an einer ursprünglichen Pulvergrenze oder einer Korngrenze auf Grund von einer zu großen Diffusion von Kohlenstoff auf.
Wie zuvor beschrieben, ist der Grund, warum es wünschenswert ist, dass der Aufkohlschritt und der aufkohlende-nitrierende Schritt sich voneinander unterscheiden durch unterschiedliche Kohlenstoffgehaltsbereiche, dass wenn das Nitrieren gleichzeitig in einer Atmosphäre mit einem hohen Kohlenstoffgehalt durchgeführt wird, übermäßig viel Rest-Austenit erzeugt wird, welches die Härte des Kettenrades reduziert. Ferner können durch die aufeinanderfolgende Durchführung des Aufkohlschrittes und des aufkohlenden-nitrierenden Schrittes im gleichen Ofen die Produktionsmittel vereinfacht werden und so die Herstellungskosten verringert werden. Die Nitrierung beim aufkohlenden-nitrierenden Schritt kann normalerweise mittels Zuführen von NH₃ Gas in das atmosphärische Gas im Ofen durchgeführt werden.
Zusätzlich zum aufkohlenden-nitrierenden Abschreckschritt und dem tempernden Schritt kann auch ein Verdichtungsschritt durchgeführt werden. Beim Verdichtungsschritt wird die Zahnoberflächenschicht eng verdichtet mittels Prägen oder Rollen, so dass die Dichte der Zahnoberflächenschicht wenigstens 7,4 g/cm³ beträgt. Das Prägen oder Rollen ermöglicht leicht das Verdichten von ausschließlich der Zahnoberflächenschicht, und es ist möglich, eine Dichte der Zahnoberflächenschicht von 7,6 g/cm³ oder mehr zu erreichen. Der Oberflächenverdichtungsschritt, der aufkohlende-nitrierende Schritt und der tempernde Schritt ermöglichen eine effektive Herstellung von gesinterten Kettenrädern mit ausgezeichneten Verschleisseigenschaften.
Erfindungsgemäße werden die Festigkeit und Verschleissbeständigkeit des Kettenrades verbessert, und selbst im Falle des Betriebs des Kettenrades in widrigen Umgebungen eines Dieselmotors, eines Direkteinspritzer-Benzinmotors oder dergleichen wird kaum ein oder kein Verschleiss erzeugt, und eine gleichmäßige Rotation des Kettenrades kann über eine lange Zeit stattfinden.
Ferner kann unter Verwendung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ein gesintertes Kettenrad mit verbesserter Festigkeit und ausgezeichneter Verschleissbeständigkeit reproduzierbar unter geringen Herstellungskosten hergestellt werden.
Die einzige 1 zeigt eine graphische Darstellung der Ergebnisse von Verschleisstests mit gesinterten Kettenrädern gemäß der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsformen von gesinterten Kettenrädern gemäß der vorliegenden Erfindung und deren Herstellung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die folgenden Ausführungsbeispiele beschrieben.
Gesinterte Kettenräder gemäß der Erfindung werden folgendermassen hergestellt:
Vier Arten von Pulvern auf Eisenbasis A, B, C und D wurden verwendet.

A: Ni: 2 Gewichts-%, Mo: 1,5 Gew.-% und der Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen
B: Ni: 0,5 Gewichts-%, Mo: 1,0 Gew.-% und der Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen
C: Ni: 0,8 Gewichts-% und der Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, und
D: Ni: 1,8 Gewichts-%, Cu: 1,5 Gew.-%, Mo: 0,5 Gew.-% und der Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen

Zu jedem dieser Pulver auf Eisenbasis werden Schmiermittel und Graphitpulver in den in Tabelle 1 dargestellten Mengen beigemischt, und die jeweiligen Pulvergemische werden in Kettenradform gebracht mittels Druckformen, wie in Tabelle 1 dargestellt. In diesem Fall werden alle Druckformschritte bei einem Druck von 686 MPa durchgeführt. Tabelle 1

Probennummer	Pulver auf Eisenbasis	Menge an Graphit bei der Zubereitung (Gewichts-%)	Formungsvorgang	Verdichtungsvorgang	Wärmebehandlungsvorgang	Anmerkungen
1	A	0,2	Heiss	Prägend	Aufkohlen und Nitrieren	Beispiel gemäß der Erfindung
2	A	0,2	Kalt	Prägend	Aufkohlen und Nitrieren	Beispiel gemäß der Erfindung
3	A	0,2	Formschmierung	Prägend	Aufkohlen und Nitrieren	Beispiel gemäß der Erfindung
4	A	0,2	Kalt	Rollend	Aufkohlen und Nitrieren	Beispiel gemäß der Erfindung
5	A	0,2	Heiss + Formschmierung	Keiner	Aufkohlen und Nitrieren	Beispiel gemäß der Erfindung
6	B	0,2	Heiss	Prägend	Aufkohlen und Nitrieren	Beispiel gemäß der Erfindung
7	C	0,2	Heiss	Prägend	Aufkohlen und Nitrieren	Beispiel gemäß der Erfindung
8	D	0,2	Heiss	Prägend	Aufkohlen und Nitrieren	Beispiel gemäß der Erfindung
9	A	0,2	Heiss	Prägend	Aufkohlen 1	Vergleichsbeispiel
10	A	0,2	Heiss	Prägend	Aufkohlen 2	Vergleichsbeispiel
11	A	0,7	Heiss	Prägend	Hochfrequenz	Vergleichsbeispiel
12	A	0,7	Heiss	Prägend	Normales Gas- Nitrieren	Vergleichsbeispiel

Bei dem in Tabelle 1 dargestellten Formungsvorgangbezieht sich der Begriff ”heiss” oder ”kalt” jeweils auf ein Verfahren, eine Form und gemischtes Pulver auf 130°C zu erhitzen und auf ein Press-Verfahren des gemischten Pulvers bei Raumtemperatur. Ferner bezieht sich der Begriff ”Formschmierung” auf ein Verfahren, bei dem ein Schmiermittel für die Form verwendet, ohne dass ein Schmiermittel dem Pulvergemisch zugefügt wird, und das Pulvergemisch bei Raumtemperatur pressgeformt wird. Der Begriff ”heiss + Formschmierung” bezieht sich auf ein Verfahren, die Form und das Pulvergemisch auf 130°C in der Form zu erhitzen, ein Schmiermittel mehr für die Form als für das Pulvergemisch zu verwenden, und das Pressformen durchzuführen.
Nachdem die geformte, mittels des oben beschrieben Verfahrens pressgeformte Form bei 1150°C in einer Stickstoffatmosphäre gesintert wurde, wird ein Verdichten mittels eines in Tabelle 1 aufgezeigten Verfahrens durchgeführt, um die Dichte der Zahnoberflächenschicht des Kettenrades zu erhöhen. Der Begriff ”prägen” bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung der Verformungszone auf 0,1 mm oder mehr, um Poren in der Zahnoberflächenschicht zu schließen. Der Begriff ”Rollen” bezieht sich auf ein Verfahren des relativen Rollens eines gesinterten Körpers während dieser zwischen Verdichtungsformen angeordnet ist, um dabei die Zahnoberflächenschicht des Kettenrades zu verdichten. Die verdichteten Schichten mit einer Dichte von 7,4 g/cm³ oder mehr, die durch ein Prägen oder ein Rollen hergestellt wurden, haben in jedem Fall eine Tiefe von 0,2 bis 0,8 mm.
Dann, nach dem die oben genannten verdichtet gesinterten Produkte mittels spanabhebender Bearbeitung auf die gewünschten Formen und Abmessungsgenauigkeiten gebracht wurden, wird eine Wärmebehandlung mittels ”Aufkohlen und Nitrieren” durchgeführt, wie in Tabelle 1 aufgezeigt. In diesem Fall wird die Aufkohlung durch Erhitzen des gesinterten Produkts in einer Atmosphäre mit einem Kohlenstoffgehalt von 1,2 Gewichtsprozent bei einer Temperatur von 900°C durchgeführt. Dann wird, während der weiteren Aufkohlung des Produkts im gleichen Ofen in einer Atmosphäre mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,8 Gewichtsprozent bei einer verringerten Temperatur von 850°C NH₃-Gas in den Ofen geleitet, um die Nitrierung durchzuführen. Nach der Aufkohlung und der Aufkohl-Nitrierung wird das Kettenrad in Öl eingetaucht, um es abzuschrecken, und es wird bei einer Temperatur von 180°C an Luft getempert.
Das Wärmebehandlungsverfahren, das mit ”Aufkohlung 1” in der Tabelle 1 bezeichnet ist, wird durchgeführt mittels Erhitzen des gesinterten Produkts in einer Atmosphäre mit einem Kohlenstoffgehalt von 1,2 Gewichtsprozent bei einer Temperatur von 900°C, um es aufzukohlen, und anschließend zur weiteren Aufkohlung des Produkts im gleichen Ofen in einer Atmosphäre mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,8 Gewichtsprozent bei einer verringerten Temperatur von 850°C. Nachdem das Kettenrad in Öl eingetaucht wurde, um es abzuschrecken, wird es bei einer Temperatur von 180°C an Luft getempert.
Das Wärmebehandlungsverfahren, das mit ”Aufkohlung 2” in der Tabelle 1 bezeichnet ist, wird durchgeführt mittels Erhitzen des gesinterten Produkts in einer Atmosphäre mit einem Kohlenstoffgehalt von 1,2 Gewichtsprozent bei einer Temperatur von 900°C, um es aufzukohlen. Dann wird das Produkt in Öl eingetaucht, um es abzuschrecken. Anschließend wird es bei einer Temperatur von 180°C an Luft getempert.
Das Wärmebehandlungsverfahren, das mit ”Hochfrequenz” (high-frequency) in Tabelle 1 bezeichnet ist, wird durchgeführt mittels Erhitzen des Zahnbereichs des Kettenrades auf eine Temperatur von 900°C mittels Hochfrequenz-Induktions-Heizen bei einer Frequenz von 120 kHz und dem Einspritzen von Öl in den Zahnbereich, um es abzuschrecken. Danach wird der Zahnbereich bei einer Temperatur von 180°C an Luft getempert.
Das Wärmebehandlungsverfahren, das in Tabelle als ”normales Gas-Nitrieren” bezeichnet ist, wird mittels Erhitzen des gesinterten Kettenrades auf eine Temperatur von 570°C in einer Mischung aus Stickstoff-, Ammonium- und Propan-Gasen und Kühlen des Produkts an Luft durchgeführt. Als Ergebnis wird eine Eisennitrid-Schicht mit einer Dicke von 10 μm auf der Zahnoberfläche des Kettenrades erzeugt.

Bei den Proben Nr. 1 bis 12, die nach den oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurden, wurde die Dichte, der Kohlenstoffgehalt (Gewichtsprozent), Stickstoffgehalt (Gewichtsprozent), Verhältnis (Volumenprozent) des austenitischen Restgefüges zu dem Gefüge der Zahnoberflächenschicht gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Die Anmerkungen ”RestA”, ”M” und ”B” stehen jeweils für ”austenitisches Restgefüge”, ”martensitisches Gefüge” und ”bainitisches Gefüge” (Zwischenstufengefüge). Tabelle 2

Probennummer	Dichte (g/cm³)		Kohlenstoffgehalt (Gew.-%) Zahnoberflächenschicht	Stickstoffgehalt (Gew.-%) Zahnoberflächenschicht	Verhältnis des austenit. Restgefüges (Volumen-%)	Struktur der Zahnoberfläche
	Zahn-Oberflächen-Schicht	Mittlerer Bereich
1	7,6	7,2	0,8	0,1	32	M + RestA
2	7,5	7,0	0,8	0,1	41	M + RestA
3	7,6	7,3	0,8	0,1	28	M + RestA
4	7,7	7,0	0,8	0,1	35	M + RestA
5	7,4	7,4	0,8	0,1	25	M + RestA
6	7,6	7,2	0,8	0,1	44	M + RestA
7	7,6	7,2	0,8	0,1	15	M + RestA
8	7,6	7,2	0,8	0,1	33	M + RestA
9	7,6	7,2	0,8	0,03	4	M + RestA
10	7,6	7,2	1,2	0,03	8	M + RestA
11	7,6	7,2	0,7	0,03	4	M + RestA
12	7,6	7,2	0,7	1,1	7	Nitrid Schicht + B + RestA

Um die Effekte der gesinterten Kettenräder gemäß der Erfindung zu überprüfen wurden Verschleisstests mit den jeweiligen Kettenrädern mittels einer motorisierten Testmaschine unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:

Kette:	Geräuscharme Kette mit einer Teilung von 6,35 mm;
Zahnzahl der Kettenräder:	23 und 46;
Kettenbelastung:	1.5 kN;
Drehgeschwindigkeit:	6500 r. p. m (Kettenrad mit 23 Zähnen);
Testdauer:	200 Stunden.

Der Verschleiss der Zahnoberfläche wurde gemessen. Die Testergebnisse sind in 1 dargestellt.
Wie aus den in 1 und Tabelle 2 dargestellten Werten ersichtlich ist, beträgt der Verschleiss bei den Proben 1 bis 8 (welche der Erfindung entsprechen und die einen Kohlenstoffgehalt von 0,6 bis 1,2 Gewichtsprozent und einen Stickstoffgehalt von 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent aufweisen) etwa 20 μm oder weniger. Andererseits beträgt der Verschleiss bei den Proben 9 bis 12 (die Vergleichsproben), welche von den vorgenannten Bereichen von Kohlenstoff und Stickstoff abweichen, mehr als 55 μm. Die Proben 1 bis 8 zeigen eine wesentlich bessere Verschleissbeständigkeit verglichen mit den Proben 9 bis 12, der Verschleiss der Vergleichsproben ist etwa dreimal so groß wie der Verschleiss der erfindungsgemäßen Proben.
Ferner weist, wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, jede der Proben 1 bis 8 (erfindungsgemäße Proben) ein martensitisches Gefüge und ein austenitisches Restgefüge auf, und das Volumen des austenitischen Restgefüges beträgt 10 bis 50 Volumenprozent. Andererseits weichen die Proben 9 bis 12 (Vergleichsproben) von diesen Bedingungen ab.
Die Dichten der Zahnoberflächenschichten bei den gesinterten Kettenrädern gemäß der Erfindung betrug 7,4 g/cm³ oder mehr. Ferner enthielten die metallischen Elemente, die im Grundmaterial enthalten waren, wenigstens eines der Elemente der Gruppe bestehend aus Nickel, Kupfer und Molybdän, die etwa 0,5 bis 5 Gewichtsprozent des Grundmaterials ausmachen, der Rest besteht aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen.
Die Ketten, die zusammen mit den gesinterten erfindungsgemäßen Kettenräder verwendet werden, können von unterschiedlichem Typ sein, einschließlich sowohl Rollenketten als auch geräuscharme Ketten. Im Falle, dass das gesinterte Kettenrad mit einer geräuscharmem Kette verwendet wird, wird die Überragendheit der Erfindung deutlicher als im Falle mit einer Rollenkette, da die geräuscharme Kette einen hohen Druck auf die Kettenrad-Zahnoberfläche ausübt und eine hohe Verschleissbeständigkeit des Kettenrades erfordert. Die gesinterten erfindungsgemäßen Kettenräder können für verschiedene Anwendungen verwendet werden, wie einen Übertragungsmechanismus, ein Förderband, ein Aufzug oder dergleichen. Jedoch gibt es besondere Vorteile in dem Fall der Verwendung für einen Direkteinspritzer-Benzinmotor oder einen Dieselmotor, welche beide spezielle Maßnahmen gegen abrasiven Verschleiss benötigen.
Wie zuvor im Detail beschrieben, werden gemäß der Erfindung die Festigkeit und die Verschleissbeständigkeit des Kettenrades verbessert, und selbst in einem Fall, in dem das gesinterte Kettenrad in widrigen Umgebungen, wie bei einem Dieselmotor oder einem Direkteinspritzer-Benzinmotor oder dergleichen verwendet wird, tritt kaum ein oder kein Verschleiss auf, und ein sanftes Umlaufen des Kettenrades wird über eine lange Zeit erreicht. Ferner kann, da der Verschleiss von Kettenrad- und Ketten-Zahnoberflächen verringert wird, die optimalen Kämmeigenschaften von Kette und Kettenradzähnen über eine lange Zeit beibehalten werden, und das Auftreten von Geräuschen auf Grund von unsauberem Kämmen kann über eine lange Zeit unterdrückt werden. Somit kann durch die Verwendung von erfindungsgemäßen gesinterten Kettenrädern ein Ketten-Übertragungsmechanismus mit ausgezeichneter Geräuscharmheit verwirklicht werden, und gleichzeitig kann der Verschleiss von anderen Motorteilen auf Grund des Eindringens von Pulver vom Kettenrad in das Schmiermittel unterdrückt werden. Ferner kann das Auftreten von Überspringen von Zähnen auf Grund des Verschleisses eines Kettenrades und ein Motorversagen und eine Beschädigung auf Grund des Bruches eines Zahnes und dergleichen vermieden werden. Die Haltbarkeit und Verlässlichkeit des Motors werden wesentlich verbessert.
Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren kann ein gesintertes Kettenrad mit verbesserter Festigkeit und ausgezeichneter Verschleissbeständigkeit reproduzierbar hergestellt werden. Ferner kann, da ein Präge-Schritt oder ein Aufkohlungs-Nitrier-Schritt beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren verwendet wird, das Herstellungsverfahren unter Verwendung herkömmlicher Ausstattungen durchgeführt werden, und es sind keine speziellen Investitionen erforderlich. Die Herstellung eines erfindungsgemäßen gesinterten Kettenrades ist sehr vorteilhaft, insbesondere da die Herstellungskosten wesentlich geringer sind als die zur Herstellung von Kettenrädern mittels Schmieden oder spanabhebendem Bearbeiten von legiertem Stahl.

Claims

Gesintertes Kettenrad, das wenigstens eine Zahnoberflächenschicht mit 0,6 bis 1,2 Gewichtsprozent Kohlenstoff und 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent Stickstoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefüge der Zahnoberflächenschicht ein getempertes martensitisches Gefüge und ein austenitisches Restgefüge aufweist, und das austenitische Restgefüge ein Volumen von 10 bis 50% der Zahnoberflächenschicht beträgt.
Gesintertes Kettenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Zahnoberflächenschicht wenigstens 7,4 g/cm³ beträgt.
Gesintertes Kettenrad nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kettenrad ein Grundmaterial aufweist, bei dem 0,5 bis 5 Gewichtsprozent wenigstens ein Metall aus der Gruppe aus Nickel, Kupfer und Molybdän ausmacht und der Rest aus Eisen und Verunreinigungen besteht.
Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Kettenrades, welches einen aufkohlenden-nitrierenden Abschreckschritt umfasst, bei dem eine Zahnoberflächenschicht eines Kettenrades aufgekohlt und nitriert wird, während es auf eine Temperatur von 800°C bis 950°C erhitzt wird, und einem tempernden Schritt, bei dem das abgeschreckte Kettenrad anschließend bei einer Temperatur von 140°C bis 220°C getempert wird.
Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Kettenrades nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der aufkohlende nitrierende Abschreckschritt im gleichen Ofen in Anschluss an einen Aufkohlungsschritt erfolgt, bei dem nur eine Aufkohlung erfolgt, und bei dem der Kohlenstoffgehalt der Atmosphäre im Ofen 1,0 bis 1,5 Gewichtsprozent beträgt, und dass bei dem aufkohlenden nitrierenden Abschreckschritt, bei dem gleichzeitig die Nitrierung durchgeführt wird, der Kohlenstoffgehalt der Atmosphäre im Ofen 0,6 bis 1,2 Gewichtsprozent beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Kettenrades nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich zum aufkohlenden-nitrierenden Abschreckschritt und tempernden Schritt einen Schritt umfasst, bei dem eine Zahnoberflächenschicht verdichtet wird mittels Prägen oder Rollen, so dass die Dichte der Zahnoberflächenschicht wenigstens 7,4 g/cm³ beträgt.