DE-112019001924-B4 - MASCHINENBAUTEIL

Abstract

Maschinenbauteil, das umfasst: einen Kern, der aus einem Stahl für den Maschinenbau besteht; sowie eine Schicht mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und eine Schicht mit hohem Kohlenstoffgehalt, die aus dem Stahl für den Maschinenbau ausgebildet sind, wobei die Schicht mit mittlerem Kohlenstoffgehalt den Kern bedeckt, die Schicht mit hohem Kohlenstoffgehalt die Schicht mit mittlerem Kohlenstoffgehalt bedeckt und eine Kohlenstoffkonzentration von 0,8 - 1,5 % hat; wobei der Stahl für den Maschinenbau in Masse-% 0,13 - 0,30 % C, 0,15 - 0,80 % Si, 0,20 - 0,90 % Mn, 0,90 - 2,00 % Cr, 0,020 - 0,050 % Al und 0,002 - 0,025 % N enthält, als Verunreinigungen auch 0,030 % oder weniger P sowie 0,030 % oder weniger S enthält, des Weiteren wahlweise selektiv als eine erste Gruppe optionaler Bestandteile ein oder mehrere Element/e enthält, das/die aus 0,10 - 2,00 % Ni, 0,05 - 0,50 % Mo, 0,01 - 0,10 % Nb und 0,01 - 0,20 % V ausgewählt wird/werden, und wahlweise selektiv als eine zweite Gruppe optionaler Bestandteile zusätzlich zu oder anstelle der ersten Gruppe optionaler Bestandteile 0,01 - 0,05 % Ti sowie 0,0010 - 0,0050 % B enthält, wobei der Rest aus Fe sowie unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, und die Schicht mit hohem Kohlenstoffgehalt aus einem Martensit-Gefüge mit darin dispergierten Karbiden sowie einem Restaustenit-Gefüge besteht, eingeformte Karbide mit einem Seitenverhältnis von 1,5 oder weniger 90 % oder mehr einer Gesamtzahl der Karbide bilden und die Anzahl eingeformter Karbide an ehemaligen Austenit-Korngrenzen 40 % oder weniger der Gesamtzahl der Karbide ausmacht.

Inventors

• Kensuke Sato
• Koji Yamamoto
• Yusuke Hiratsuka
• Kazuya Hashimoto

Assignees

• KOMATSU LTD.

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20190510

Priority Date

20180618

Claims (4)

1. Maschinenbauteil, das umfasst: einen Kern, der aus einem Stahl für den Maschinenbau besteht; sowie eine Schicht mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und eine Schicht mit hohem Kohlenstoffgehalt, die aus dem Stahl für den Maschinenbau ausgebildet sind, wobei die Schicht mit mittlerem Kohlenstoffgehalt den Kern bedeckt, die Schicht mit hohem Kohlenstoffgehalt die Schicht mit mittlerem Kohlenstoffgehalt bedeckt und eine Kohlenstoffkonzentration von 0,8 - 1,5 % hat; wobei der Stahl für den Maschinenbau in Masse-% 0,13 - 0,30 % C, 0,15 - 0,80 % Si, 0,20 - 0,90 % Mn, 0,90 - 2,00 % Cr, 0,020 - 0,050 % Al und 0,002 - 0,025 % N enthält, als Verunreinigungen auch 0,030 % oder weniger P sowie 0,030 % oder weniger S enthält, des Weiteren wahlweise selektiv als eine erste Gruppe optionaler Bestandteile ein oder mehrere Element/e enthält, das/die aus 0,10 - 2,00 % Ni, 0,05 - 0,50 % Mo, 0,01 - 0,10 % Nb und 0,01 - 0,20 % V ausgewählt wird/werden, und wahlweise selektiv als eine zweite Gruppe optionaler Bestandteile zusätzlich zu oder anstelle der ersten Gruppe optionaler Bestandteile 0,01 - 0,05 % Ti sowie 0,0010 - 0,0050 % B enthält, wobei der Rest aus Fe sowie unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, und die Schicht mit hohem Kohlenstoffgehalt aus einem Martensit-Gefüge mit darin dispergierten Karbiden sowie einem Restaustenit-Gefüge besteht, eingeformte Karbide mit einem Seitenverhältnis von 1,5 oder weniger 90 % oder mehr einer Gesamtzahl der Karbide bilden und die Anzahl eingeformter Karbide an ehemaligen Austenit-Korngrenzen 40 % oder weniger der Gesamtzahl der Karbide ausmacht.
2. Maschinenbauteil nach Anspruch 1 , wobei 90 % oder mehr der eingeformten Karbide an den ehemaligen Austenit-Korngrenzen eine Teilchengröße von 1 µm oder weniger haben.
3. Maschinenbauteil nach Anspruch 1 oder 2 , wobei die ehemaligen Austenit-Korngrenzen eine Korngröße von 15 µm oder weniger ergeben.
4. Maschinenbauteil nach Anspruch 1 , wobei die Schicht mit hohem Kohlenstoffgehalt wenigstens von einer Oberfläche bis in 0,3 mm Tiefe des Maschinenbauteils ausgebildet ist.

Description

Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft ein Maschinenbauteil, das ausgezeichnete Zähigkeit aufweist und dabei eine durch Aufkohlung gehärtete Oberflächenschicht hat, und das für ein Bauteil verwendet wird, das einem hohen Oberflächendruck ausgesetzt werden soll. Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität auf Basis der am 18. Juni 2018 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-115349, und der gesamte Inhalt dieser japanischen Patentanmeldung wird hier durch Verweis aufgenommen. Technischer Hintergrund Maschinenbauteile, beispielsweise Bauteile wie Zahnräder und Wellen, die hohen Oberflächendruck aufnehmen, werden hergestellt, indem ein Stahlwerkstoff durch Warmschmieden, Kaltschmieden, Schneiden und dergleichen in die Form des Bauteils gebracht wird und das entstehende Material vor seiner Verwendung Aufkohlungsbearbeitung, beispielsweise Gasaufkohlen oder Vakuumaufkohlen, unterzogen wird. Wenn erforderlich, kann das Material zusätzlich Schleifen, Kugelstrahlen usw. unterzogen werden. Aufkohlungsbearbeitung ist eine Bearbeitung, bei der veranlasst wird, dass Kohlenstoff von der Oberfläche her in ein Stahlbauteil eindringt, nachdem durch Erhitzen des Stahls auf eine hohe Temperatur nicht unter der Austenitisierungstemperatur eine hohe Löslichkeitsgrenze des Kohlenstoffs in dem Stahl in festem Zustand erreicht wurde. Im Allgemeinen dringt durch Aufkohlung 0,7 - 0,8 % Kohlenstoff in die Oberfläche des Stahlbauteils ein. Danach wird das Stahlbauteil abgeschreckt. Das Abschrecken kann direkt von der Aufkohlungstemperatur ausgehend durchgeführt werden, oder es kann nach Abkühlen des Stahlbauteils von der Aufkohlungstemperatur ausgehend auf eine übliche Abschrecktemperatur durchgeführt werden. Als Alternative dazu kann das Stahlbauteil nach der Aufkohlungsbearbeitung einmal abgekühlt und dann wieder erwärmt werden, bevor es abgeschreckt wird. Das Stahlbauteil wird dann angelassen. Durch die gegenwärtig betriebene Verringerung von Größe und Gewicht durch Getriebe in Kraftfahrzeugen verkörperter Antriebsstrang-Einheiten zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs, werden Zahnräder, Wellen und dergleichen in der Regel zunehmend höheren Belastungen ausgesetzt. Insbesondere kann die Lebensdauer der Zahnräder aufgrund des an der Zahnoberfläche auftretenden Lochfraßes oder durch Bruch von Zähnen verkürzt werden. Patentdokument 1 hingegen schlägt einen Stahl mit hoher Härte und ausgezeichneter Zähigkeit vor, der eine große Menge an Kohlenstoff enthält, wobei sein C-Gehalt in Masse-% 0,55 - 1,10 % beträgt, das Gefüge des Stahls nach dem Abschrecken ein Zweiphasen-Gefüge aus Martensit-Gefüge und eingeformtem Karbid ist, wobei der Anteil an kugeligem Zementit an dem gesamten Zementit und der Anteil von Zementit an den ehemaligen Austenit-Korngrenzen gesteuert wird. Bei diesem Stahl wird eine Kohlenstoffkonzentration in einem Stahlbauteil nach innen hin hoch gehalten, so dass die erforderliche Zähigkeit möglicherweise nicht erreicht wird. EP 2 530 178 A1 offenbart einen Einsatzstahl und ein daraus durch Aufkohlen hergestelltes aufgekohltes Stahlmaterial für mechanische Bauteile. Die Schrift lehrt eine Legierungszusammensetzung u. a. mit C (0,10 - 0,35 Masse-%), Cr (0,5 - 2,5 Masse-%), Al (0,04 - 0,10 Masse-%), B und Nb bei zugleich stark begrenztem Ti. Für die Randschicht (bis 0,4 mm) werden C-Gehalte ≥0,70 Masse-% bzw. bei „Super-Aufkohlung“ ≥0,85 Masse-% sowie Karbidgrößen von max. 10 µm und im Mittel ≤4 µm angestrebt, um grobe Karbide zu vermeiden und die Lochfraßermüdungsfestigkeit zu erhöhen. Liste der Anführungen Patentdokumente Patentdokument 1: JP 2017 - 57 479 APatentdokument 2: EP 2 530 178 A1 Zusammenfassung der Erfindung Technisches Problem Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Maschinenbauteil zu schaffen, das oberflächengehärtet ist und dennoch im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren eine verbesserte Zähigkeit aufweist. Lösung des Problems Um die oben genannte Aufgabe zu erfüllen, schafft die vorliegende Erfindung ein Maschinenbauteil, wie es im Folgenden beschrieben ist. Ein Maschinenbauteil enthält einen Kern, der aus einem Stahl für den Maschinenbau besteht, der eine Bauteil-Zusammensetzung hat, die in Masse-% 0,13 - 0,30 % C, 0,15 - 0,80 % Si, 0,20 - 0,90 % Mn, 0,90 - 2,00 % Cr, 0,020 - 0,050 % Al und 0,002 - 0,025 % N enthält, als Verunreinigungen auch 0,030 % oder weniger P sowie 0,030 % oder weniger S enthält, des Weiteren wahlweise selektiv als eine erste Gruppe optionaler Bestandteile ein oder mehrere Element/e enthält, das/die aus 0,10 - 2,00 % Ni, 0,05 - 0,50 % Mo, 0,01 - 0,10 % Nb und 0,01 - 0,20 % V ausgewählt wird/werden, und wahlweise selektiv als eine zweite Gruppe optionaler Bestandteile zusätzlich zu oder anstelle der ersten Gruppe optionaler Bestandteile 0,01 - 0,05 % Ti sowie 0,0010 - 0,0050 % B enthält, wobei der Rest aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht; sowie eine Schicht mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und eine Schicht mit hohe