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    Eine mechanische Sicherung weist ein weiter verbessertes Dauerfestigkeitsverhältnis auf und ergibt eine hohe Zuverlässigkeit unter Anwendungsbedingungen, bei denen eine zyklische Belastung zur Wirkung gebracht wird. Die mechanische Sicherung umfasst eine Sinterlegierung auf Fe-Basis, welche mindestens eines der Elemente P mit 0,15 bis 1,5 Masse-%, Si mit 0,4 bis 2,0 Masse-% und Mn mit 1,0 bis 4,0 Masse-% enthält, wobei der Rest aus Fe und nicht vermeidbaren Verunreinigungen besteht, in welcher eine Eisenoxidschicht an den Poreninnenwänden gebildet ist und die Rundheit der Poren 0,004 oder mehr beträgt. Ein Verfahren zu deren Herstellung ist ebenfalls vorgesehen.
    公开号:DE102004028344A1
    申请号:DE200410028344
    申请日:2004-06-11
    公开日:2004-12-30
    发明作者:Kei Katsushika Ishii；Takashi Kashiwa Suzuki；Yoshihiro Chiryu Tanimura；Tadayuki Matsudo Tsutsui
    申请人:Hitachi Powdered Metals Co Ltd；Denso Corp；
    IPC主号:B22F3-24
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft eine mechanische Sicherung zum Unterbrechender Kraftübertragungbei einem Auftreten einer Überlastungin einer Vorrichtung zur Kraftübertragung,um die Sicherheit der Vorrichtung zu gewährleisten, sowie ein Verfahrenzu deren Herstellung.
    [0002] Einemechanische Sicherung wird zum Beispiel in einer Vorrichtung zurKraftübertragungvorgesehen, die zwischen einer antreibenden Seite und einer angetriebenenSeite (zum Beispiel zwischen einer antreibenden Welle und einerangetriebenen Welle) eingesetzt ist, um die Drehkraft der antreibendenSeite zur angetriebenen Seite zu übertragen. Die Sicherung erzwingteine Unterbrechung der Kraftübertragung,wenn währendder Übertragungeiner Drehkraft ein großerUnterschied zwischen der antreibenden Seite und der angetriebenenSeite entsteht, wodurch das Auftreten eines Festlaufens oder einesBruchs, verursacht durch die Weiterleitung eines Überlastungsdrehmomentsauf die eine Seite, vermieden wird.
    [0003] Einederartige mechanische Sicherung besteht allgemein aus einem zerbrechbarenGlied, welches zwischen zwei Haltegliedern angeordnet ist, die ander antreibenden Seite und der angetriebenen Seite befestigt sind,um diese Halteglieder miteinander zu verbinden, und welches durchZerbrechen geopfert wird. Im einzelnen kann das zerbrechbare Gliedaus einem Abscherstift oder einer Abscherplatte bestehen, welche inzuverlässigerWeise brechen sollen, wenn ein vorbestimmtes oder größeres Drehmomentdarauf einwirkt. Darüberhinaus kann die mechanische Sicherung in der Weise ausgebildet sein,dass sie die beiden Halteglieder miteinander vereinigt, zum Beispielbei einer Ausführungsform,in der ein vorspringender Teil mit der antreibenden Seite (oderder angetriebenen Seite) dadurch verbindbar ist, dass daran einSchraubgewinde innen (oder außen)ausgebildet ist, und ein Flanschteil mit der antreibenden Seite(oder angetriebenen Seite) dadurch verbindbar ist, dass daran einSchraubgewinde außen(oder innen) ausgebildet ist. Bei einer Ausführungsform einer Verbindungdes vorspringenden Teils und des Flanschteils entspricht ein Zwischenteildem vorstehenden zerbrechbaren Glied, und es wird die Kraftübertragungzwangsläufigdurch ein Zerbrechen des Zwischenteils unterbrochen, wenn im Betriebeine größere Differenzzwischen der antreibenden Seite und der angetriebenen Seite auftritt.Des weiteren könnenbei dieser Ausführungsformdie Gewinderichtungen an der antreibenden Seite und an der angetriebenenSeite geändertwerden, so dass sie einander entgegengesetzt sind, wobei eine Drehrichtunggewähltwird, in der die Schraubverbindung angezogen wird (das Drehmomentwirkt sich auf das Zwischenteil aus).
    [0004] DieGröße des Drehmoments,welches einen Bruch herbeiführt,kann durch die Wahl des Materials und der Querschnittsfläche desbrechbaren Glieds eingestellt werden; wenn jedoch das brechbareGlied aus einem instabilen Material besteht, dessen Festigkeit infolgeeiner wiederholten Beanspruchung durch eine Belastung infolge einerErmüdungverringert werden kann, ist dessen Zuverlässigkeit gering und es istdeshalb nicht brauchbar. Als Material zur Erfüllung der Erfordernisse habenbisher Keramiken aufgrund ihrer Stabilität der Dauerfestigkeit und ihresgroßenDauerfestigkeitsverhältnisses(Verhältnisvon Dauerfestigkeit zu Zugfestigkeit, bestimmt als Dauerfestigkeit ÷ Zugfestigkeit)eine weit verbreitete Anwendu gefunden.
    [0005] ObwohlKeramiken eine stabile Dauerfestigkeit aufweisen, sind diese kostenaufwändig unddeshalb sind weniger kostenaufwändigemechanische Sicherungen gefragt. Es besteht auch ein Bedürfnis nacheiner mechanischen Sicherung in der Form von zerbrechbaren Gliedern,die zum Zweck einer Verbesserung ihrer Einbaubarkeit und ihrer allgemeinenAnwendbarkeit mit Haltegliedern an beiden Seiten einstückig ausgebildet sindund zwischen Halteteilen einen brechbaren Teil aufweisen, jedochfindet eine mechanische Sicherung in dieser Form gegenwärtig keineAnwendung, weil Probleme in der Schwierigkeit bestehen, die Festigkeitder Halteteile zu gewährleisten,und weil nach einem Bruch die Bruchstücke verstreut werden.
    [0006] ZurLösungder vorstehend beschriebenen Probleme haben die Anmelder eine mechanischeSicherung, bestehend aus einer Sinterlegierung auf Basis von Fevorgeschlagen, welche Poren mit einer Rundheit von 0,004 oder mehraufweist, die durch Bilden einer Eisenoxidschicht auf der Poreninnenwandgesteuert worden ist (JP 2002-168267 A). Bei dieser mechanischenSicherung besteht eine Vorteil darin, dass diese nicht kostenaufwändig ist,von überlegenerFormbarkeit ist und ein hohes Dauerfestigkeitsverhältnis aufweist.
    [0007] Diein der JP 2002-168267 A offenbarte mechanische Sicherung hat einedurch Zugabe von C verstärkteMatrix; jedoch ändertsich der Gehalt an gebundenem Kohlenstoff geringfügig aufgrundvon Wirkungen der Sinteratmosphäre,deshalb schwankt das Dauerfestigkeitsverhältnis ziemlich. Zur Herstellungeiner Sicherung mit einem stabilen Dauerfestigkeitsverhältnis istes deshalb erforderlich, Massnahmen zu ergreifen, bei denen dieSinteratmosphäreexakt gesteuert wird oder dergl.
    [0008] Da,des weiteren, mechanische Sicherungen in neuerer Zeit in Umgebungeneingesetzt werden, in denen eine hohe Zuverlässigkeit gefragt ist, wirdeine weitere Verbesserung des Dauerfestigkeitsverhältnisses undinsbesondere eine hohe Zuverläs sigkeitunter Einsatzbedingungen, in denen eine zyklische Belastung auftritt,erforderlich.
    [0009] Dievorliegende Erfindung erfolgte zur Lösung der vorstehenden Probleme,und es ist deshalb eine Aufgabe, eine mechanische Sicherung, inwelcher das Dauerfestigkeitsverhältnisder vorher vorgeschlagenen mechanischen Sicherung weiter verbessertist und welche ein stabiles Dauerfestigkeitsverhältnis ohne eine exakte Steuerungaufweist, sowie ein Verfahren zur einfachen Herstellung der mechanischenSicherung vorzusehen.
    [0010] Beieiner mechanischen Sicherung gemäß der vorliegendenErfindung wird eine Wirkung einer Sinteratmosphäre ausgeschlossen, indem keinGraphit, d.h. C, zum Festigen der Matrix zugegeben wird, and deshalbwird eine Dehnung der Matrix verringert und das Dauerfestigkeitsverhältnis durchZugeben von Legierungselementen anstelle von C erhöht.
    [0011] D.h.,dass die mechanische Sicherung der vorliegenden Erfindung aus einerSinterlegierung auf Basis von Fe besteht, in welcher eine Eisenoxidschichtan den Poreninnenwändengebildet worden ist, wobei die Poren eine Rundheit von 0,004 odermehr aufweisen, und in welcher die Gesamtzusammensetzung mindestens einElement aus P mit 0,15 bis 1,5 Massen-%, Si mit 0,4 bis 2,0 Massen-%und Mn mit 1,0 bis 4,0 Massen-% umfasst, wobei der Rest aus Fe undnicht vermeidbaren Verunreinigungen besteht.
    [0012] Dadie mechanische Sicherung der vorliegenden Erfindung gemäß den vonden Erfindern bereits offenbarten, zugrunde liegenden Eigenschaftenein Sinterformteil aus einem Material auf Basis von Fe ist, kann dieseauch in komplizierter Gestalt einfach geformt und mit niedrigenKosten hergestellt werden. Da Fer rolegierungen einen stabilen Bereichder Dauerfestigkeit aufweisen, wenn diese wiederholt einer mechanischen Spannungausgesetzt werden, und im Vergleich zu Nichteisenlegierungen relativverbreitet sind, ist es einfach, den zerbrechbaren Teil zu gestalten,und weil, in anderen Worten, die Bruchspannung dazu neigt, konstantzu bleiben, wird eine hohe Bruchzuverlässigkeit erzielt. Da die Zugfestigkeitder Sinterlegierung auf Fe-Basis in Abhängigkeit von dem Porositätsgrad variiert,kann des weiteren die Dichte als eine variable der Ausgestaltungsbedingungendes brechbaren Teils benutzt werden, wodurch es einfacher wird,die Bruchspannung einzustellen.
    [0013] Daweiterhin die mechanische Sicherung der vorliegenden Erfindung rundePoren mit einer Rundheit von 0,004 oder mehr aufweist, ist die Kerbempfindlichkeitgering, eine Verringerung der Festigkeit aufgrund von Ermüdung verkleinertund ein hohes Dauerfestigkeitsverhältnis erzielbar. Die Rundheitder Poren ist das Verhältnisvon tatsächlicherFlächeeiner Pore zu der Flächeeiner durch den peripheralen Umfang der Pore bestimmten virtuellenPore. Wird der peripherale Umfang einer Pore durch L dargestelltund die Flächeder Pore durch S dargestellt, dann wird die Rundheit durch den Ausdruck4πS/L2 wiedergegeben, und es liegt der Wert ineinem Bereich von 0 < Rundheit ≤ 1 (echterKreis). Wenn die Rundheit sich dem Wert 1 nähert, dann nähert siesich derjenigen eines echten Kreises, und hierdurch zeigt sich,dass die Poren rund sind. Wenn die Rundheit 0,004 oder mehr beträgt, wirddie Kerbempfindlichkeit verringert, die Dauerfestigkeit verbessertund das Dauerfestigkeitsverhältniserhöht.
    [0014] Wenndas Dauerfestigkeitsverhältnis(Dauerfestigkeit ÷ Zugfestigkeit)sich 1 nähert,werden Unterschiede zwischen der zyklischen Belastung bei normalemBetrieb (Dauerfestigkeit) und der Bruchbelastung bei unregelmäßig hoherBelastung (Zugfestigkeit) verringert, weil die Zugfestigkeit imallgemeinen größer als dieDauerfestigkeit ist, und als Folge kann die mechanische Sicherungleicht dazu ausgebildet werden auf eine Kraft anzusprechen und diesezu unterbrechen. Deshalb ist es bei der mechanischen Sicherung erforderlich, dassdas Dauerfestigkeitsverhältnis(Dauerfestigkeit – Zugfestigkeit)groß ist,eher als dass absolute werte der Dauerfestigkeit und der Zugfestigkeitgroß sind.D.h., dass die erforderliche Festigkeit durch Erhöhen derQuerschnittsflächedes brechbaren Glieds gewährleistetwird, auch wenn das Material eine geringe Dauerfestigkeit und einegeringe Zugfestigkeit aufweist. Jedoch ist ein Material mit hohemDauerfestigkeitsverhältnis,hoher Dauerfestigkeit und hoher Zugfestigkeit vorzuziehen, weildas Gewicht von daraus hergestellten Produkten durch Verringernder Querschnittsflächedes brechbaren Glieds verringert werden kann.
    [0015] Zusätzlich zuden vorstehenden Erwägungenhaben die Erfinder Untersuchungen an Legierungselementen durchgeführt, dieder Sinterlegierung auf Basis von Fe anstelle von C zugegeben werdenkönnen,und folglich festgestellt, dass P, Si und Mn vorzuziehen sind.
    [0016] Demzufolgevariiert die Dehnung des Sintermaterials, weil es Poren aufweist,im allgemeinen mehr als diejenige eines Schmiedematerials, und dieVariation der Dehnung des Materials führt zu einer Variation der Festigkeit.Als Folge wird eine Variation der Bruchfestigkeit durch eine Verringerungder Dehnung verhindert, so dass das Dauerfestigkeitsverhältnis stabilisiertund eine Variation der Bruchfestigkeit auch in einem Sintermaterialverhindert wird. Jedoch war es bei den Materialien erforderlich,welche die Erfinder vorher untersucht hatten, die Sinteratmosphäre zu steuern,weil die Dehnung durch die Menge an gebundenem C eingestellt werdenkann.
    [0017] Demgemäß habendie Erfinder festgestellt, dass P, Si und Mn anstelle einer Zugabevon C zum Festigen der Matrix verwendet werden können, und dass folglich ohneeine Wirkung einer Sinteratmosphäre,eine Dehnung der Matrix verringert, die Zugfestigkeit und die Dauerfestigkeitstabilisiert und das Dauerfestigkeitsverhältnis stabilisiert werden,und dass deshalb eine Variation der Bruchfestigkeit verhindert werdenkann.
    [0018] InzusätzlicherWeise werden P, Si und Mn mehr bevorzugt, weil die Matrix durchdas Zugeben von geringen Mengen davon gefestigt und die Dauerfestigkeitund die Zugfestigkeit dadurch verbessert werden.
    [0019] Dievorliegende Erfindung erfolgte auf der Grundlage der vorstehendenErkenntnisse und weist eine neues Merkmal auf, gemäß dem dieGesamtzusammensetzung mindestens eines der Elemente P mit 0,15 bis 1,5Massen-%, Si mit 0,4 bis 2,0 Massen-% und Mn mit 1,0 bis 4,0 Massen-% umfasst,wobei der Rest aus Fe und nicht vermeidbaren Verunreinigungen besteht.
    [0020] Wenndie Zugabemengen des vorstehenden P, Si und Mn weniger als 0,15Massen-%, 0,4 Massen-% bzw. 1,0 Massen-% betragen, variiert dasDauerfestigkeitsverhältnisstark infolge einer Erhöhungder Duktilität derMatrix, und darüberhinaus wird die Festigkeit infolge einer unzulänglichen Festigung der Matrixverringert. Wenn dagegen die Mengen der Elemente 1,5 Massen-%, 2,0Massen-% bzw. 4,0 Massen-% überschreiten, wirddie Dichte infolge einer reduzierten Kompressibilität des Pulversverkleinert und die Festigkeit dadurch verringert.
    [0021] AlsVerfahren zur Erzielung von derartigen runden Poren ist ein aktiviertesSinterverfahren bekannt, bei dem der Sauerstoffgehalt vor dem Sinternin einem Grünlingerhöhtund durch das Sintern verringert wird. Bei diesem Verfahren wird,im einzelnen, der Grünlingnach einem Erwärmenund einer Oxidation bei hoher Temperatur oder einer Behandlung inDampf gesintert. Zusätzlichwerden runde Poren auch gebildet durch ein Verfahren zum Sinternbei Temperaturen, die höhersind als die normalen Sintertemperaturen (etwa 1100 bis 1150°C). Des weiterenkann das Sintern durch Zugeben eines Elementes zum Erzeugen einererheblichen Menge an Flüssigphasein dem gesinterten Grünlinggefördertwerden. Darüberhinauswird durch Behandeln der Sinterlegierung auf Fe-Basis in Dampf,wie nachstehend beschrieben, eine Eisenoxidphase in der Oberflächenschichtund an den Innenwändender Poren gebildet, wodurch runde Poren auf einfache Weise erhalten werden.
    [0022] Diemechanische Sicherung der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweiseweiter bearbeitet durch einen mechanischen Prozess zum Erteileneiner restlichen Druckspannung, wie Kugelstrahlen, mechanisches Plattierenusw., zusätzlichzu einem metallurgischen Prozess zum Erteilen einer restlichen Druckspannung, wieWeichnitrieren usw. Bei diesen Prozessen zum Erteilen einer restlichenDruckspannung wird die Oberflächeder mechanischen Sicherung mit einer restlichen Druckspannung versehenund deren Dauerfestigkeit erhöht,so dass das Dauerfestigkeitsverhältnisweiter erhöhtwird. Des weiteren hat ein Weichnitrieren nicht nur eine Wirkungeiner Erteilung der restliche Druckspannung, sondern auch eine Wirkungder Verbesserung der Verschleißfestigkeitdurch ein Erhöhender Oberflächenhärte dermechanischen Sicherung. Der Prozess zum Vorsehen einer restlichenmechanischen Druckspannung und der Prozess zum Weichnitrieren, fallsbeide durchgeführtwerden, könnenin beliebiger Reihenfolge angewendet werden.
    [0023] DieOberflächeder mechanischen Sicherung der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweisemit einem Zinkchromatfilm überzogen.Bei der mit einem Zinkchromatfilm überzogenen Sicherung sind dieOberflächenporenwirksam versiegelt und es wird durch den Zinkchromatfilm, der einehervorragende Korrosionsfestigkeit aufweist, eine Oxidation verhindert.Als Ergebnis wird eine Verringerung der Bruchfestigleit unterdrückt, und dieBruchzuverlässigkeitweiter erhöht.
    [0024] Gemäß der spezifischenBauweise der mechanischen Sicherung der vorliegenden Erfindung istdiese zwischen zwei Kraftübertragungswelleneinsetzbar und umfasst in einstückigerAusbildung einen inneren Rand, der an der einen Kraftübertragungswellebefestigbar ist, einen äußeren Rand,der an der anderen Kraftübertragungswellebefestigbar ist, und mehrere Arme oder Stege, die den inneren Randund den äußeren Randmiteinander verbinden.
    [0025] Beidieser mechanischen Sicherung umfassen die Arme brechbare Teile,und die Arme sind einstückig mitdem inneren Rand und dem äußeren Randausgebildet. Weil diese Baueinheit eine aus einer Sinterlegierungauf Fe-Basis gefertigte ist, werden das Dauerfestigkeitsverhältnis derArme (brechbare Teile) und die mechanische Festigkeit des innerenRandes und des äußeren Randesauf hohe Werten gehalten, und es ist kein weiterer Zusammenbauvorgangerforderlich. Eine derartige mechanische Sicherung ist zum Beispielals eine Wellenkupplung einsetzbar.
    [0026] DasHerstellungsverfahren einer mechanischen Sicherung der vorliegendenErfindung ist ein Herstellungsverfahren, welches für die mechanischeSicherung der vorliegenden Erfindung optimal ist, und umfasst einenKompressionsschritt zum Komprimieren und Formen eines Mischpulverszu spezifischer Gestalt, in dem ein Formschmiermittel mit mindestenseinem Pulver vermischt ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehendaus Eisenpulver, Si-Pulver, Fe-P-Legierungspulver, Fe-Si-Legierungspulverund Fe-Mn-Legierungspulver, einen Sinterschritt zum Sintern desin dem Kompressionsschritt in einer nichtoxidierenden Atmosphäre erhaltenenGrünlingsund einen Dampfbehandlungsschritt zum Behandeln des in dem Sintervorgangerhaltenen Sinterkörpersin Dampf, so dass eine Gesamtzusammensetzung erhalten wird, diemindestens ein Element aus P mit 0,15 bis 1,5 Massen-%, Si mit 0,4bis 2,0 Massen-% und Mn mit 1,0 bis 4,0 Massen-% umfasst, wobei derRest aus Fe und nicht vermeidbaren Verunreinigungen besteht.
    [0027] Beidem Herstellverfahren der vorliegenden Erfindung ist das Materialpulverein Mischpulver, bei dem ein Pulver aus einem Zusatzelement wieP usw. einem Eisenpulver oder Eisenlegierungspulver zugegeben wordenist. Als Folge wird währenddes Sinterns die metallurgische Bindung der Eisenteilchen durcheine Diffusion des dem Eisen zugesetzten Elements gefördert unddie Dauerfestigkeit erhöht,währenddie Matrix durch eine Legierungsbildung verstärkt wird.
    [0028] Da,des weiteren, kein Graphitpulver zum Festigen der Matrix verwendetwird, unterliegt diese nicht den Auswirkungen der Sinteratmosphäre, undes ist möglich,auf einfache Weise eine mechanische Sicherung mit stabilem Dauerfestigkeitsverhältnis herzustellen.
    [0029] Wenndie jeweils zugegebenen Mengen des vorstehend angegebenen P, Siund Mn weniger als 0,15 %, 0,4 % bzw. 1,0 % betragen, variiert dasDauerfestigkeitsverhältnisstark infolge einer erhöhtenDuktibilität derMatrix, und es wird die Matrix nicht ausreichend gefestigt und dieFestigkeit dadurch verringert. Wenn dagegen die Mengen der jeweiligenElemente 1,5 %, 2,0 % bzw. 4,0 % überschreiten, wird die Kompressibilität des Pulversverringert und dadurch die Dichte und die Festigkeit verringert.
    [0030] DieDampfbehandlung ist eine an dem Sinterkörper durchgeführte Behandlungzur Bildung eines Eisenoxids (Fe3O4) in einer Dampfatmosphäre bei hoher Temperatur (zumBeispiel von 370 bis 380 °C),und der Dampf dringt von der Oberflächenschicht des Sinterkörpers inden inneren Teil ein, wobei er die Oberflächenschicht und die Poreninnenwände erreicht;dabei korrodieren diese Teile und es entsteht eine Eisenoxid phase (Fe3O4). Eine derartigeEisenoxidphase bildet runde Poren, wie vorstehend beschrieben, unddie Kerbempfindlichkeit wird verringert. Als Folge wird die Zugfestigkeitverringert, jedoch die Dauerfestigkeit erhöht und das Dauerfestigkeitsverhältnis vergrößert. DieDampfbehandlung kann under Verwendung eines Maschensiebbandofensoder eines Gefäßofens durchgeführt werden,in dem ein hoher Druck der Atmosphäre aufrechterhaltbar ist, jedochist der zuletzt genannte vorteilhaft, weil mehr Oxid an tiefer liegendenStellen gebildet werden kann.
    [0031] Desweiteren ist als das vorstehend erwähnte Pulver ein Fe-P-Legierungspulvermit einem P-Gehalt von 2,8 bis 22,0 Massen-% zu bevorzugen. Da beider Verwendung des Fe-P-Legierungspulvers während des Sinterns und vorder vorstehend erwähntenDampfbehandlung runde Poren bereits durch Bildung einer flüssigen Phaseentstanden sind, wird die Rundheit der Poren nach der Dampfbehandlungauf nahezu 1 gebracht, und es kann dadurch das Dauerfestigkeitsverhältnis verbessertwerden. Wenn der P-Gehalt des Fe-P-Legierungspulvers von dem Bereichvon 2,8 bis 22,0 % abweicht, ist eine hohe Sintertemperatur erforderlich,um die flüssigePhase zu erzeugen. Deshalb ist im Falle einer Flüssigphasensinterung, die ineinem allgemein zum Sintern angewendeten Temperaturbereich durchgeführt wird,ein Fe-P-Legierungspulver mit einem P-Gehalt von 2,8 bis 22,0 Massen-%zu bevorzugen. Jedoch variieren die Größen von Produkten stark alsFolge einer übermäßigen Zugabevon Flüssigphasenelementen,und deshalb ist es erforderlich, in der Gesamtzusammensetzung diezugegebene Menge von P auf unterhalb von 1,5 Massen-% zu steuern.
    [0032] Beidem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird ein Weichnitrierprozessvorzugsweise nach der Dampfbehandlung angewendet. Wie vorstehenderwähnt,wird durch den Nitrierprozess eine restliche Druckspannung erteilt,die Dauerfe stigkeit verbessert und das Dauerfestigkeitsverhältnis weitererhöht, undgleichzeitig die Verschleißfestigkeitvergrößert.
    [0033] Beider vorliegenden Erfindung wird ein Prozess zum Erteilen einer restlichenmechanischen Druckspannung, wie Kugelstrahlen, mechanisches Plattierenusw. vorzugsweise zwischen oder nach dem Sinterprozess, dem Dampfbehandlungsprozessund dem Weichnitrierprozess durchgeführt. Wie vorstehend erwähnt, wirddurch den Prozess zum Erteilen einer restlichen mechanischen Druckspannungdie Dauerfestigkeit erhöht unddas Dauerfestigkeitsverhältnisvergrößert.
    [0034] Beieiner Endbearbeitung gemäß der vorliegendenErfindung wird vorgezogen, einen Film aus flockenartigen Teilchenaus Zink oder Zink-Eisen-Legierung mit einem mechanischen Plattierungsprozessals Schicht auf die Oberflächeaufzutragen, und weiterhin die Zusammensetzung in eine wässrige Dispersionslösung einzutauchen,welche metallische Zinkflocken, Chromsäureanhydrid und Glykol enthält, unddann diese zu erwärmen,so dass die Oberflächemit einem Zinkchromatfilm beschichtet wird.
    [0035] Beidem mechanischen Plattierungsprozess werden Sinterkörperteilchen,bei denen Eisenteilchen von daran haftenden Zinkteilchen oder Zink-Eisen-Legierungsteilchenumgeben sind, auf die Oberflächeder Sinterkörperunter Verwendung derselben Technik wie beim Kugelstrahlen aufgesprüht, undes wird die Oberflächeschichtartig mit einem Film aus flockenartigen Zinkteilchen oderZink-Eisen-Legierungsteilchen überzogen.In diesem Fall werden Eisenteilchen durch den Aufprall beim Sprühen weggetrieben.Durch ein nachfolgendes Eintauchen in eine wässrige Dispersion, enthaltendmetallische Zinkflocken, Chromsäureanhydridund Glykol, und ein nachfolgendes Erwärmen wird der Zinkchromatfilmgebrannt. Die Temperatur dieses Erwärmungsprozesses beträgt vorzugsweiseetwa 300°C,und es wird bei diesem Erwärmungsprozesssechswertiges Chrom durch organische Verbindungen reduziert undwasserunlösliches,amorphes nCrO3.mCr2O3 erzeugt, welches als Bindemittel wirkt,und es werden Zinkflocken zur Bildung einer Schicht miteinanderverbunden und ein Zinkchromatfilm gebildet.
    [0036] DieOberflächenporender auf diese Weise mit dem Zinkchromatfilm beschichteten mechanischenSicherung sind wirksam versiegelt, wie vorstehend erwähnt, dabeiwird eine Oxidation durch den Zinkchromatfilm verhindert, welchereine hervorragende Korrosionsfestigkeit aufweist, und ein Verringernder Bruchfestigkeit unterdrücktund die Bruchzuverlässigkeitweiter erhöht.
    [0037] 1 ist eine Vorderansichteiner mechanischen Sicherung gemäß einerAusführungsformder vorliegenden Erfindung.
    [0038] 2 ist ein Diagramm, welchesdie Beziehung zwischen dem P-Gehalt und der Härte oder Dehnung in Beispielender vorliegenden Erfindung zeigt.
    [0039] 3 ist ein Diagramm, welchesdie Beziehung zwischen dem P-Gehalt und dem Dauerfestigkeitsverhältnis inBeispielen der vorliegenden Erfindung zeigt.
    [0040] 4 ist ein Diagramm, welchesdie Beziehung zwischen dem Si-Gehalt und der Härte oder Dehnung in Beispielender vorliegenden Beziehung zeigt.
    [0041] 5 ist ein Diagramm, welchesdie Beziehung zwischen dem Si-Gehalt und dem Dauerfestigkeitsverhältnis inBeispielen der vorliegenden Erfindung zeigt.
    [0042] Ausführungsformender vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungenbeschrieben.
    [0043] 1 zeigt eine scheibenförmige mechanischeSicherung 1, gefertigt aus einer Sinterlegierung auf Basisvon Fe, in einer Ausführungsformgemäß der vorliegendenErfindung. Die mechanische Sicherung 1 wird zwischen zwei(nicht gezeigten) Kraftübertragungswelleneingesetzt und umfasst einen inneren Rand 2 zum Befestigendes Endes einer der Kraftübertragungswellen,einen äußeren Rand 3 zumBefestigen des Endes der anderen Kraftübertragungswelle sowie eineMehrzahl von Armen 4 (in diesem Fall drei), die den inneren Rand 2 mitdem äußeren Rand 3 verbindenund einstückigmit diesen ausgebildet sind.
    [0044] Derinnere Rand 2 und der äußere Rand 3 sindvoneinander durch mehrere (in diesem Fall drei) zwischen diesenausgebildeten Kreisschlitzen 5 geteilt, und eine innereUmfangsseite der Schlitze 5 wird vom inneren Rand 2 undeine äußere Umfangsseitevom äußeren Rand 3 gebildet.Nebeneinander liegende Schlitze 5 bilden Arme oder Stege 4,die sich in der Radialrichtung erstrecken. Die Arme 4 bildenAbscherplatten, deren Ränderan ihren inneren Enden einen Flaschenhalsteil von kleiner Breitebilden, der von halbkreisförmigen Kerben 5a gehaltenwird, die in einem Teil der Schlitze 5 ausgebildet sind,wobei dieser Flaschenhalsteil als brechbarer Teil 6 eingesetztist. Der innere Rand 2 und der äußere Rand 3 weiseneine bestimmte Wandstärke auf,welche die fürdas Bauteil erforderliche Festigkeit gewährleistet.
    [0045] Inder Mitte des inneren Randes 2 ist eine Wellendurchführöffnung 7 vorgesehen,und am Innenumfang der Wellendurchführöffnung 7 ist ein Innengewinde 7a zumEingriff mit einem Außengewindeausgebildet, das am vorderen Ende einer der Kraftübertragungswellenaufgebracht ist. Das Innengewinde 7a wird nach dem Sinterngebildet. Dagegen sind Schraubbolzenlöcher 8 zum Befestigender anderen Kraftübertragungswelleim äußeren Rand 3 anStellen ausgebildet, die denen der Schlitze 5 entsprechen.Bei der mechanischen Sicherung 1 wird eine Kraftübertragungswelledurch Festschrauben des Außengewindesan ihrem vorderen Ende in das Innengewinde 7a an den innerenRand 2 befestigt, und die andere Kraftübertragungswelle wird mit Schraubbolzen,die durch die Schraubbolzenlöcher 8 geführt werden,an den äußeren Rand 3 befestigt. D.h.,dass die beiden Kraftübertragungswellen über diemechanische Sicherung 1 koaxial miteinander gekoppelt werden.
    [0046] Mitdieser mechanischen Sicherung 1 wird zum Beispiel eineDrehkraft von der an den inneren Rand 2 befestigten Kraftübertragungswelle über diemechanische Sicherung 1 an die an den äußeren Rand 3 befestigteKraftübertragungswelle übertragen.Wenn währendder Übertragungder Drehkraft ein größerer Unterschiedzwischen den beiden Wellen auftritt und eine vorbestimmte Bruchlastauf den brechbaren Teil 6 einwirkt, wird der brechbareTeil 6 zerbrochen und die Kraftübertragung zwangsläufig unterbrochen.
    [0047] DieWirkungen der vorliegenden Erfindung werden anhand einschlägiger Beispieledargestellt. In der folgenden Erläuterung ist der Prozentsatz,der sich auf das Mischverhältnisoder die Zusammensetzung bezieht, ein Massenprozentsatz.
    [0048] Auseinem Eisenpulver wurde ein Mischpulver hergestellt durch Zugebeneines Fe-P-Legierungspulvers, eines Siliciumpulvers und eines Fe-Si-Legierungspulverszu dem Eisenpulver in einem in Tabelle 1 angegebenen Mischverhältnis, unddurch Zugeben von 0,75 % Zinkstearatpulver; dieses Mischpulver wurdemit einer Formpresse auf eine Dichte von 6,5 g/cm3 komprimiert, wobeiein Grünlingerhalten wurde. Dieser Grünlingwurde in einer reduzierenden Gasatmosphäre bei 1130°C gesintert und ein Sinterkörper erhalten.Die Gesamtzusammensetzung in dem Sinterkörper ist in Tabelle 1 angegeben.Der erhaltene Sinterkörperwurde zerschnitten und es wurden Proben für Zugversuche sowie Drehbiegungs-Dauerfestigkeitsversuchenach Ono zubereitet. Proben gemäß den Beispielenwurden in einem Maschenbandsiebofen und einem Gefäßofen in Dampfbei 530°Cbehandelt. An jeder Probe wurde die Härte nach Vickers, die Zugfestigkeit,die Dehnung, die Drehbiegungs-Dauerfestigkeit und das Dauerfestigkeitsverhältnis (Drehbiegungs-Dauerfestigkeit ÷ Zugfestigkeit)gemessen. Die Metalltextur jeder Probe wurde 400fach vergrößert unddie Aufnahmen wurden mittels einer Bildanalyse-Software (Handelsname:Win ROOF, hergestellt von Mitani Inc.) untersucht, wobei die Fläche derPoren und die Umfangslängeder Poren gemessen und die Rundheit bestimmt wurden. Die Ergebnisse sindin Tabelle 1 gezeigt.
    [0049] Zusätzlich wurdezum Vergleich mit der vorliegenden Erfindung ein Mischpulver eingestelltdurch Zugeben von 0,75 % Zinkstearatpulver zu einem Ausgangsmaterialpulverfür dieHerstellung einer mechanischen Sicherung, die bereits in der JP2002-168267 A von den Anmeldern vorgeschlagen worden war, und eswurden mit dem Mischpulver Proben aus üblichem Material unter dengleichen Bedingungen wie die vorstehenden hergestellt und die vorstehendenPrüfungendurchgeführt.Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
    [0050] 2 zeigt die Beziehung zwischendem P-Gehalt und der Härtein Proben Nrn. 1 bis 6, und 3 zeigtdie Beziehung zwischen dem P-Gehalt und dem Dauerfestigkeitsverhältnis inProben Nrn. 1 bis 6. Wie in 2 gezeigt,war in den Proben mit einem P-Gehalt von 0,15 bis 1,5 Massen-% dieHärte höher alsdiejenige von üblichenMaterialien, und darüberhinaus war die Dehnung der meisten Proben minimal. Deshalb wirdvermutet, dass in mechanischen Sicherungen, die P mit 0,15 bis 1,5Massen-% enthalten, die Dauerfestigkeit wenig variiert und das Dauerfestigkeitsverhältnis stabilist. Des weiteren war, wie in 3 gezeigt,bei den Proben mit einem P-Gehalt von 0,15 bis 1,5 Massen-% dasDauerfestigkeitsverhältnishöher alsdasjenige von üblichenMaterialien.
    [0051] Für einigeProben, die aus den Proben Nrn. 7 bis 19 mit zugegebenem Si ausgewählt waren,zeigt 4 die Beziehungzwischen dem Si-Gehalt und der Härte,und 5 zeigt die Beziehungzwischen dem Si-Gehalt und dem Dauerfestigkeitsverhältnis. Wiein 4 gezeigt, war beiden Proben mit einem Si-Gehalt von 0,4 bis 2,0 Massen-% die Härte dermeisten Proben höherals diejenige von üblichenMaterialien, und darüberhinaus war die Dehnung gering. Deshalb wird vermutet, dass in einermechanischen Sicherung, die Si mit 0,4 bis 2,0 Massen-% enthält, dieDauerfestigkeit wenig variiert und das Dauerfestigkeitsverhältnis stabilist.
    [0052] Desweiteren war, wie in 5 gezeigt,bei den Proben mit einem Si-Gehalt von 0,4 bis 2,0 Massen-% dasDauerfestigkeitsverhältnishöher alsdasjenige von üblichenMaterialien.
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] Mechanische Sicherung aus einer Sinterlegierungauf Fe-Basis, diemindestens eines der Elemente P mit 0,15 bis 1,5 Massen-%, Si mit0,4 bis 2,0 Massen-% und Mn mit 1,0 bis 4,0 Massen-% umfasst, wobeider Rest aus Fe und nicht vermeidbaren Verunreinigungen besteht,und in der eine Eisenoxidschicht an den Poreninnenwänden gebildetist und die Rundheit der Poren mindestens 0,004 beträgt,
    [2] Mechanische Sicherung nach Anspruch 1, bei der eineBehandlung zur Erteilung einer restlichen Druckspannung durchgeführt wordenist.
    [3] Mechanische Sicherung nach Anpruch 1, bei der eineWeichnitrierbehandlung durchgeführtworden ist.
    [4] Mechanische Sicherung nach Anspruch 1, auf derenOberflächeein Zinkchromatfilm gebildet worden ist,
    [5] Mechanische Sicherung nach Anspruch 1, bei der diemechanische Sicherung zwischen zwei Kraftübertragungswellen eingesetztist und einen an einer der Kraftübertragungswellenbefestigten inneren Rand, einen an der anderen Kraftübertragungswellebefestigten äußeren Randund mehrere Arme umfasst, die den inneren Rand mit dem äußeren Randverbinden und mit diesen einstückigausgebildet sind.
    [6] Verfahren zur Herstellung einer mechanischen Sicherung,umfassend: einen Komprimierschritt zum Komprimieren und Formeneines Mischpulvers zu vorbestimmter Form, in dem ein Formschmiermittelmit mindestens einem Pulver vermischt ist, das ausgewählt istaus der Gruppe bestehend aus Eisenpulver, Si-Pulver, Fe-P-Legierungspulver,Fe-Si-Legierungspulver und Fe-Mn-Legierungspulver; einenSinterschritt zum Sintern des in dem Komprimierschritt erhaltenenGrünlingsin einer nicht oxidierenden Atmosphäre; und einen Dampfbehandlungsschrittzum Behandeln des in dem Sinterprozess erhaltenen Sinterkörpers inDampf, so dass eine Gesamtzusammensetzung erhalten wird, die mindestenseines der Elemente P mit 0,15 bis 1,5 Massen-%, Si mit 0,4 bis 2,0Massen-% und Mn mit 1,0 bis 4,0 Massen-% enthält, wobei der Rest aus Fe und nichtvermeidbaren Verunreinigungen besteht.
    [7] Verfahren zur Herstellung einer mechanischen Sicherungnach Anspruch 6, bei dem das Fe-P-Legierungspulver P mit 2,8 bis22,0 Massen-% umfasst, wobei der Rest aus Fe und nicht vermeidbarenVerunreinigungen besteht, und bei dem das Pulver in einem Temperaturbereichzur Herstellung einer flüssigenPhase gesintert wird.
    [8] Verfahren zur Herstellung einer mechanischen Sicherungnach Anspruch 6, welches nach dem Sinterschritt oder dem Dampfbehandlungsschritteinen Weichnitrierschritt umfasst.
    [9] Verfahren zur Herstellung einer mechanischen Sicherungnach Anspruch 6, welches einen Schritt zum Vorsehen einer restlichenDruckspannung zusätzlichzu oder nach dem Sinterschritt, dem Dampfbehandlungsschritt oderdem Weichnitrierschritt umfasst.
    [10] Verfahren zur Herstellung einer mechanischen Sicherungnach Anspruch 6, das zusätzlicheinen Schritt zur Bildung eines Films aus flockenartigen Teilcheneiner Zink oder Zink-Eisen-Legierungauf der Oberflächedurch mechanisches Plattieren, ein Eintauchen in eine wässrige Dispersionslösung, diemetallische Zinkflocken, Chromsäureanhydridund Glykol enthält,und ein Erwärmenzum Überziehender Oberflächemit einem Zinkchromatfilm umfasst.
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    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2011-04-21| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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