DE69126472T2 - Verfahren zur Herstellung von Gleiskettenbuchsen für Raupenkettenfahrzeuge - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Gleiskettenbuchsen für RaupenkettenfahrzeugeInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine Buchse, wie sie bei einer auf Fahrzeugen montierten Raupenkette verwendet wird.
- Eine Struktureinheit einer Raupenkette für Fahrzeuge (beispielsweise ein Bulldozer) umfaßt, wie in Fig. 1 gezeigt, einen Schuh 2, Schuhverbindungsschrauben 3, Schuhverbindungsmuttern 4, Verbindungsglieder 5 und 6, Buchsen 7, Staubdichtungen 8 und Bolzen 9.
- Die für eine Raupenkette verwendete Buchse 7 ist in Fig. 2 in vergrößerter Darstellung gezeigt. Es ist notwendig, daß die Raupenkettenbuchse an einer Innenfläche 7a, einer Außenfläche 7b und an die Oberflächen 7a und 7b angrenzenden Wandabschnitten 7c Verschleißfestigkeit und an einem Kernabschnitt 7b der Wand Zähigkeit und Festigkeit aufweist, um eine auf die Buchse ausgeübte Belastung auszuhalten.
- Um diesen Anforderungen zu entsprechen, sind die folgenden Herstellungsverfahren für eine Raupenkettenbuchse vorgeschlagen worden:
- (a) Ein Herstellungsverfahren, wie in der japanischen Patentveröffentlichung SHO 52- 34806 vorgeschlagen, worin als Buchsenmaterial Einsatzstahl (JIS (Japanische lndustrienorm): SCM415) ausgewählt ist, bei dem es sich um einen kohlenstoffarmen Stahl handelt. Das Buchsenmaterial wird an Abschnitten nahe seiner Oberflächen aufgekohlt und im Ofen abgekühlt. Dann wird das Buchsenmaterial durch Öl erhitzt und abgeschreckt und anschließend angel assen. Die erforderliche Verschleißfestigkeit an der Oberfläche wird durch das Aufkohlen erzielt, und die erforderliche Zähigkeit und Festigkeit am Kernabschnitt wird durch das Abschrecken und Anlassen erzielt. Dieses Verfahren wird nachstehend als erster Stand der Technik bezeichnet.
- (b) Ein Herstellungsverfahren, wie in der am 16. Oktober 1989 veröffentlichten japanischen Patentveröffentlichung HEI 1-259129 (Japanische Patentanmeldung SHO 63-87338) vorgeschlagen und in Fig. 3 gezeigt. Bei diesem Verfahren wird ein Buchsenmaterial 10 aus mittelgekohltem Stahl aufgekohlt, und dann das Buchsenmaterial auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Danach wird das Buchsenmaterial von einer Außenfläche 10b aus über eine aufgekohlte Außenschicht hinaus induktionsgehärtet, während das Buchsenmaterial 10 um eine Achse 10a gedreht wird, wodurch eine gehärtete Außenschicht mit einer Härte über einer spezifizierten tatsächlichen Härte gebildet wird. Dann wird das Buchsenmaterial von einer Innenfläche 10c aus über eine innere aufgekohlte Schicht hinaus induktionsgehärtet, während das Buchsenmaterial 10 um die Achse 10a gedreht und die Außenfläche mit einem Kühlmittel gekühlt wird, wodurch eine gehärtete Innenschicht mit einer größeren Härte als der spezifizierten tatsächlichen Härte gebildet wird und zwischen der gehärteten innen- und Außenschicht eine angelassene Schicht mit einer geringeren Härte als der spezifizierten tatsächlichen Härte gebildet wird. Schließlich wird die Buchse bei niedrigen Temperaturen angelassen. Dieses Verfahren wird in der Folge als zweiter Stand der Technik bezeichnet.
- (c) Ein Herstellungsverfahren, wie in der japanischen Patentanmeldung SHO 63-320420 (japanische Patentveröffentlichung HEI 2-169375) geoffenbart, worin ein Buchsenmaterial aus mitteigekohltem Stahl aufgekohit und dann auf Umgebungstemperatur abgekühlt wird. Dann wird das Buchsenmaterial nur von einer Außenfläche desselben aus induktionserhitzt, sodaß ein gesamter Querschnitt einer Wand des Buchsenmaterials erwärmt wird, und dann durch Abkühlen abgeschreckt. Schließlich wird das Buchsenmaterial angelassen. Dieses Verfahren wird in der Folge als dritter Stand der Technik bezeichnet.
- Der erste Stand der Technik ist jedoch relativ teuer, da es lange dauert, das Buchsenmaterial aufzukohlen, weil es sich beim Einsatzstahl um einen kohlenstoffarmen Stahl handelt. Das Problem beim zweiten Stand der Technik besteht darin, daß beim Induktionshärten zwei Schritte erforderlich sind, weil das Buchsenmaterial zuerst von seiner Außenfläche und dann von seiner Innenfläche aus induktionsgehärtet wird. Daher dauert die Härtung lange. Das Problem beim dritten Stand der Technik besteht darin, daß dieses Verfahren relativ teuer ist und die Wärmebehandlung relativ lange dauert, weil Aufkohlen erforderlich ist.
- Die EP-0339152 offenbart ein Wärmebehandlungsverfahren, bei dem eine Buchse aus mittelgekohltem Stahl induktionserhitzt, abgekühlt und angelassen wird.
- Das Ziel der Erfindung besteht darin, die oben angeführten Nachteile zu überwinden oder zu verringern.
- Durch die Erfindung ist es möglich, ein Herstellungsverfahren für eine Raupenkettenbuchse bereitzustellen, bei dem Aufkohlen im Vergleich zum ersten bis dritten Stand der Technik weggelassen werden kann und ein Induktionshärtungsschritt im Vergleich zum zweiten Stand der Technik verringert wird, und worin trotz der Weglassung des Aufkohlens und der Reduktion des Induktionshärtungsschritts Verschleißfestigkeit an den Oberflächen und Zähigkeit und Festigkeit an einem Kernabschnitt in gleichem Ausmaß beibehalten werden, wie beim ersten bis dritten Stand der Technik.
- Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für eine Buchse einer Fahrzeugraupenkette bereitgestellt, wie in Anspruch 1 beschrieben. Die Innenfläche des Buchsenmaterials wird vorzugsweise im Bereich innerhalb von 50ºC von der Transformationstemperatur erwärmt.
- Mit der vorliegenden Erfindung werden die Probleme der bekannten Verfahren überwunden. Da bei der vorliegenden Erfindung als Material der Buchse hochgekohlten Stahl (C: 0,5-1,0 Cew.-%) verwendet wird, ist kein Aufkohlen erforderlich. Im spezielleren war bei den herkömmlichen Verfahren unter Verwendung von kohlenstoffarmem oder mittelgekohltem Stahl als Material für die Buchse Aufkohlen notwendig, um den Kohlenstoffgehalt an den Oberflächen der Buchsenmaterialien von 0,1-0,4 Gew.-% auf etwa 0,8 Gew.-% zu erhöhen. Bei der vorliegenden Erfindung jedoch kann, da bereits das Material selbst den Kohlenstoffgehalt aufweist, der an der Oberfläche des Buchsenmaterials erforderlich ist, das Aufkohlen weggelassen werden. Folglich können die Kosten und der Zeitaufwand für die Wärmebehandlung verringert werden. Weiters wird, da der gesamte Querschnitt der Wand des Buchsenmatenals nur von außen induktionserhitzt und abgekühlt wird, der Induktionshärtungsschritt auf die Hälfte des zweiten Standes der Technik verringert, bei dem das Buchsenmaterial zunächst von der Außenfläche und dann von seiner Innenfläche induktionsgehärtet wird.
- Die obigen und andere wahlweise Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aufgrund der folgenden Beschreibung der bevorzugten exemplarischen Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen klar und leichter verstanden werden, in denen:
- Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Raupenkette und ihrer Bestandteile ist;
- Fig. 2 eine Längsschnittansicht einer nach dem ersten oder zweiten Stand der Technik wärmebehandelten Buchse ist;
- Fig. 3 eine Längsschnittansicht einer gemäß vorliegender Erfindung oder dem ersten bis dritten Stand der Technik wärmebehandelten Buchse ist, worin das Buchsenmaterial mit verschiedenen Abmessungsverweisen bezeichnet ist, um die Konfiguration des Buchsenmaterials zu definieren;
- Fig. 4 ein Craph ist, der Verteilungen der Kohlenstoffmenge in Wänden aus den gemäß vorliegender Erfindung und dem ersten bis dritten Stand der Technik hergestellten Buchsenmaterialien darstellt;
- Fig. 5 ein Graph ist, der eine Härteverteilung in einer Wand einer nach dem ersten Stand der Technik wärmebehandelten Buchse veranschaulicht;
- Fig. 6 ein Graph ist, der eine Härteverteilung in einer Wand einer nach dem zweiten Stand der Technik wärmebehandelten Buchse veranschaulicht;
- Fig. 7 ein Graph ist, der eine Härteverteilung in einer Wand einer nach dem dritten Stand der Technik wärmebehandelten Buchse veranschaulicht;
- Fig. 8 ein Graph ist, der eine Härteverteilung in einer Wand einer gemäß vorliegender Erfindung wärmebehandelten Buchse darstellt;
- Fig. 9A eine Aufrißansicht von vorne einer Stauchversuchsanordnung ist; und
- Fig. 9B ein seitlicher Aufriß der Versuchsanordnung von Fig. 9A ist.
- Nun wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erklärt.
- Fig. 3 veranschaulicht ein Buchsenmaterial 10, auf das das Herstellungsverfahren gemäß vorliegender Erfindung angewandt wird. Das Buchsenmaterial 10 hat eine Länge L von 158 mm, einen Außendurchmesser D1 von 66,7 mm, einen Innendurchmesser D2 von 44,8 mm, eine Außenflächenendfase θ von 80º, wobei eine Fasenecke einen Radius R1, R2 von 2 mm aufweist, und eine Innenfächenendanfasung K von 2 mm.
- Das beim Herstellungsverfahren gemäß vorliegender Erfindung verwendete Buchsenmaterial sollte niedriglegierten, hochgekohlten Stahl mit 0,5-1,0 Gew.-% Kohlenstoff umfassen. Der hochgekohlte Stahl enthält 1,0-2,0 Gew.-% Mangan, 0,1-1,2 Gew.-% Chrom, weniger als 0,35 Gew.-% Molybdän und 0,0005-0,0030 Gew.-% Bor. Der oben definierte Gehalt an Mangan, Chrom und Molybdän ist so festgelegt, daß Härtbarkeit gewährleistet ist, und der oben definierte Borgehalt ist so festgelegt, daß Verschleißfestigkeit erzielt wird. Der niedriglegierte, hochgekohlte Stahl sollte Bor und zumindest eines aus Mangan, Chrom und Molybdän umfassen. Tabelle 1 zeigt die chemische Zusammensetzung des niedriglegierten, hochgekohlten Stahls, der sich zur Verwendung beim Verfahren gemäß vorliegender Erfindung eignet. Zur Bezugnahme zeigt Tabelle 1 auch die chemische Zusammensetzungen von JIS SCM415, der als erster Stand der Technik verwendet wurde, und von beim zweiten und dritten Stand der Technik verwendetem Stahl, der nach der Norm der Japanischen Automobilindustrievereinigung (Japanese Automobile Industry Association Standard) als ASCB40H definiert ist Tabelle 1
- Das Buchsenmaterial mit der oben beschriebenen Zusammensetzung wird nach den in Tabelle 2 angeführten Wärmebehandlungsvorschriften wärmebehandelt Tabelle 2 zeigt zum Vergleich die Wärmebehandlungsvorschriften des ersten bis dritten Standes der Technik. Tabelle 2
- Die Spezifikationen der Hochfrequenzinduktionshärtung von Tabelle 2 sind in Tabelle 3 detaillierter gezeigt. Tabelle 3 zeigt zum Vergleich auch den zweiten und den dritten Stand der Techhik. Tabelle 3
- Das Wärmebehandlungsverfahren gemäß vorliegender Erfindung umfaßt ein Verfahren, worin der ASCB4OH-Stahl durch niedriglegierten, hochgekohlten Stahl mit 0,5-1,0 Gew.-% Kohlenstoff ersetzt wird und der Aufkohlungsvorgang aus der Wärmebehandlung nach dem dritten Stand der Technik weggelassen wird. Die Wärmebehandlung gemäß vorliegender Erfindung umfaßt die Wirbeistromerwärmung des Buchsenmaterials nur von der Außenfläche, sodaß die Innenfläche auf eine Temperatur über und nahe der Ac&sub3;-Transformationstemperatur oder auf eine Temperatur über und nahe der Ac&sub1;-Transformationstemperatur erwärmt wird, und Abschrecken eines gesamten Querschnitts der Wand des Buchsenmaterials durch Abkühlung nur von der Außenfläche und anschließendes Anlassen des Buchsenmaterials.
- Die Buchsenmaterialien mit den in Tabelle 1 gezeigten chemischen Zusammensetzungen wurden nach den in Tabelle 2 und Tabelle 3 gezeigten Angaben wärmebehandelt. Das Buchsenmaterial, das wärmebehandelt worden ist, wird nachstehend als Buchse bezeichnet.
- Die Wärmebehandlungsergebnisse, d.h. die Querschnittshärte der nach den obengenannten Angaben wärmebehandelten Buchsen werden nachstehend im Detail erklärt.
- Fig. 4 veranschaulicht die Kohlenstoffmenge, die in der aufgekohlten Schicht der Buchsen enthalten ist, die nach den Aufkohlungsverfahren des ersten bis dritten Standes der Technik wärmebehandelt wurden, und mit einem Röntgenstrahl-Mikroanalysator gemessen wurde, sowie die im Buchsenmaterial gemäß vorliegender Erfindung enthaltene Kohlenstoffmenge. Wie in Fig. 4 zu sehen, weist die tatsächliche aufgekohlte Schicht der nach dem ersten Stand der Technik hergestellten Buchse eine Tiefe von 2,2 mm und die tatsächliche aufgekohlte Schicht der nach dem zweiten und dem dritten Stand der Technik hergestellte Buchse eine Tiefe von 2,4 mm auf, wenn definiert ist, daß eine in einer tatsächlichen aufgekohlten Schicht enthaltene Kohlenstoffmenge zumindest 0,4 Gew.-% beträgt. Im Gegensatz dazu beträgt der Kohlenstoffgehalt bei vorliegender Erfindung über die gesamte Dicke der Wand der Buchse mehr als 0,5 Gew.-%. Daher wird die gesamte Dicke als aufgekohlt betrachtet.
- Die Fig. 5-8 veranschaulichen die Härteverteilungen in den Wänden der nach dem ersten bis dritten Stand der Technik bzw. gemäß vorliegender Erfindung hergestellten Buchsen.
- Wie in Fig. 5 zu sehen, beträgt die Tiefe der tatsächlichen Härteschicht der nach dem Verfahren des ersten Standes der Technik wärmebehandelten Buchse 2,3-2,4 mm, wenn eine tatsächliche Härteschicht nach der JIS (Japanischen Industrienorm) als Schicht mit einer Härte von mehr als 52,3 auf die Rockwellhärte-C-Skala (Vickershärte 550) definiert ist. Die Tiefe der tatsächlichen Härteschicht ist im wesentlichen gleich der 2,2 mm Tiefe der aufgekohlten Schicht mit zumindest 0,4 Gew.-% Kohlenstoff.
- Wie in Fig. 6 zu sehen, beträgt die Tiefe der tatsächlichen Härteschicht der nach dem Verfahren des zweiten Standes der Technik wärmebehandelten Buchse an ihrem lnnenflächenabschnitt 2,2 mm und an ihrem Außenflächenabschnitt 2,8 mm. Die Tiefe der tatsächlichen Härteschicht am Außenflächenabschnitt ist etwas größer als die 2,4 mm Dicke der aufgekohlten Schicht mit zumindest 0,4 Gew.-% Kohlenstoff. Das bedeutet, daß sich die Härtungswirkung aufgrund der Erwärmung über die aufgekohlte Schicht hinaus erstreckt, die beim Aufkohlen einer Buchse aus mittelgekohltem Stahl erahlten wird. Diese Wirkung ist in Fig. 6 zu erkennen.
- Wie in Fig. 7 zu sehen, ist der gesamte Querschnitt der Wand der nach dem dritten Stand der Technik wärmebehandelten Buchse auf eine Härte über HRC 52,3 gehärtet, obwohl die aufgekohlte Schicht der nach dem Verfahren des dritten Standes der Technik wärmebehandelten Buchse im wesentlichen die gleiche Größenordnung hat wie jene der nach dem Verfahren des zweiten Standes der Technik wärmebehandelten Buchse.
- Wie in Fig. 8 zu sehen, weist der gesamte Querschnitt der Wand der gemäß vorliegender Erfindung wärmebehandelten Buchse eine konstante Härte von etwa HRC 60 auf. Die vorliegende Erfindung ist dem dritten Stand der Technik insofern ähnlich, als die gesamte Wand auf eine Härte über HRC 52,3 gehärtet wird, die vorliegende Erfindung unterscheidet sich jedoch insofern vom dritten Stand der Technik, als bei vorliegender Erfindung der Kernabschnitt im wesentlichen die gleiche Härte wie der Oberflächenabschnitt hat, während beim dritten Stand der Technik der Kernabschnitt eine (um HRC 6-7) geringere Härte aufweist als der Oberflächenabschnitt. Als Ergebnis weist die nach dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung hergestellte Buchse im Vergleich zum dritten Stand der Technik eine weiter verbesserte Verschleißfestigkeit auf.
- Beim Vergleich der Härte des Oberflächenabschnitts der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Buchse mit jener der nach dem zweiten und dem dritten Stand der Technik hergestellten Buchsen gibt es keinen großen Unterschied zwischen ihnen, was die Härte betrifft. Die Härte der Kernabschnitte der Buchsen des ersten und des zweiten Standes der Technik ist jedoch viel geringer als die Härte der Oberflächenabschnitte, während die Härte des Kernabschnitts der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Buchse im wesentlichen gleich jener des Oberflächenabschnitts ist. Daher ist die Verschleißfestigkeit der gemäß vorliegender Erfindung hergestellten Buchse viel größer als jene der nach dem ersten und dem zweiten Stand der Technik hergestellten Buchse.
- Fig. 9 veranschaulicht eine Stauchversuchsanordnung. Für den Stauchversuch wurde das Teststück 12 hergestellt, indem die Buchse mit der in Fig. 3 gezeigten Konfiguration auf eine Länge L von 30 mm geschnitten wurde. Die Länge des Teststücks wurde aufgrund der Leistungsfähigkeit der Stauchanordnung bestimmt und hatte keinerlei andere technische Bedeutung. Die durch die Bezugszahlen 11 und 13 bezeichneten Elemente sind Druckstücke, um das Teststück 12 dazwischen zusammenzupressen. Element 13 ist stationär, während Element 11 in eine durch Pfeil B gezeigte Richtung drückt. Die Druckstücke 11 und 13 werden auf einem Druckaufbringgerät montiert, und Druck wurde in Richtung B ausgeübt, um im Teststück an den Positionen 15 einen Riß zu bewirken. Eine Stauch last wurde als Maximal last vor dem Entstehen des Risses definiert. Eine Stauchverformung wurde als Verformung des Teststücks zum Zeitpunkt des Aufbringens der Maximal last definiert. Tabelle 4 veranschaulicht die Testergebnisse. Tabelle 4
- Wie in Tabelle 4 zu sehen, weist die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wärmebehandelte Buchse im wesentlichen die gleiche Stauchlast und Verformung auf wie die nach dem Verfahren des ersten Standes der Technik wärmebehandelte Buchse, die Stauchlast und Verformung sind jedoch geringer als jene der nach den Verfahren des zweiten und des dritten Standes der Technik wärmebehandelten Buchsen. Da der erste Stand der Technik tatsächlich in praktischer Anwendung verwendet worden ist und vom Standpunkt der Stauchlast und Verformung keinerlei Probleme verursacht hat, kann davon ausgegangen werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren vom Standpunkt der Stauchfestigkeit keinerlei Probleme verursacht.
- Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können mehrere Vorteile erzielt werden.
- Zunächst kann, da niedriglegierter, hochgekohlter Stahl (0,5-1,0 Gew.-% Kohlenstoff) als Buchsenmaterial ausgewählt wird, ein Aufkohlungsvorgang weggelassen werden, das der notwendige Kohlenstoffgehalt an den Oberflächen der Buchse gewährleistet ist.
- Als zweites wird, da die Induktionshärtung nur von einer Außenfläche eines Buchsenmaterials durchgeführt wird, der Induktionshärtungsschritt auf die Hälfte desjenigen des zweiten Standes der Technik verringert.
- Drittens werden trotz des Weglassens des Aufkohlungsvorgangs und der Reduktion des Induktionshärtungsschrittes Zähigkeit und Festigkeit der Buchse im wesentlichen gleich hoch gehalten wie bei den nach den Verfahren des ersten bis dritten Standes der Technik wärmebehandelten Buchsen.
- Viertens beträgt die Härte der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wärmebehandelten Buchse über die gesamte Wanddicke einschließlich des Kernabschnitts etwa HRC 60, während die Härte der Kernabschnitte der nach den Verfahren des ersten bis dritten Standes der Technik wärmebehandelten Buchsen geringer ist als die Härte der Oberflächenabschnitte (etwa HRC 60). Als Ergebnis wird die Verschleißfestigkeit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Buchse im Vergleich zu den nach den Verfahren des ersten bis dritten Standes der Technik hergestellten Buchsen beträchtlich verbessert.
Claims (7)
1. Herstellungsverfahren für eine Buchse einer Fahrzeugraupen kette, folgende Schritte
umfassend:
das Herstellung eines Buchsenmaterials aus niedriglegiertem, hochgekohltem Stahl, der
0,5-1,0 Gew.-% Kohlenstoff enthält;
Wirbeistromerwärmung des Buchsenmaterials nur von einer Außenfläche des
Buchsenmaterials aus, sodaß eine Innenfläche des Buchsenmaterials auf eine
Temperatur über und nahe einer Umwandlungstemperatur des niedriglegierten,
hochgekohltem Strahl erwärmt wird;
Abkühlen des Buchsenmaterials nur von einer Außenfläche des Buchsenmaterials,
sodaß ein gesamter Querschnitt einer Wand des Buchsenmaterials durch Abschrecken
gehärtet wird; und
Anlassen des Buchsenmaterials;
worin die gesamte Wand des Buchsenmaterials auf eine Härte von etwa HRC 60
gehärtetwird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der niedriglegierte hochgekohlte Stahl 1,0-2,0
Gew.-% Mangan enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin der niedriglegierte, hochgekohlte Stahl 0,1-
1,2 Gew.-% Chrom enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der niedriglegierte, hochgekohlte
Stahl weniger als 0,35 Gew.-% Molybdän enthält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin der niedriglegierte, hochgekohlte
Stahl 0,0005-0,0030 Gew.-% Bor enthält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Wirbeistromerwärmung ohne
Voraufkohlung des Buchsenmaterials vor der Wirbelstromerwärmung durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das Anlassen bei 150 - 250ºC
durchgeführt wird.
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