烧结构件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种烧结构件、特别是环形的烧结构件，所述烧结构件具有齿部，其中，所述齿部具有带有齿根和齿面的齿。此外，本发明涉及一种用于制造烧结构件、特别是环形的烧结构件的方法，所述烧结构件具有齿部，所述齿部具有带有齿根和齿面的齿，所述方法以近终形或终形品质地包括以下步骤:压粉、烧结和硬化。
【背景技术】
[0002]现今，对高强度的烧结齿轮进行表面硬化或碳氨共渗，以达到希望的强度。在此，碳或者碳和氮渗透到表面中，形成硬的马氏体并且出现张力。这些此外还导致变形并且在大多数应用场合需要事后的硬精细加工、特别是齿部的硬精细加工。这种硬精细加工特别是对于空心齿轮会导致附加的成本。
【发明内容】
[0003]本发明的任务在于，经济地制造前面所述的烧结构件。
[0004]本发明的该任务在前面所述的烧结构件中这样来解决，S卩，齿部的全部齿和齿根具有等离子渗氮的或等离子氮碳共渗的层，其中，齿根具有按照DIN(德国工业标准)3990至少200MPa的齿根疲劳强度0F，lim。此外，本发明的任务利用前面所述的方法得以解决，在所述方法中，硬化通过等离子渗氮或等离子氮碳共渗实现，其中，齿根以按照DIN 3990至少200MPa的齿根疲劳强度σ F，lim制造。
[0005]在此有利的是，烧结构件利用所述方法能够以近终形或者特别是以终形品质来制造。通过等离子渗氮或者等离子氮碳共渗来硬化烧结构件能够避免工艺引起的如在表面硬化时出现的变形(Verzug)。与已知的气体渗氮不同，在等离子处理时氮和必要时碳不是通过烧结构件的空隙，而是通过其金属成分进行运输(Abtransport)，由此可以避免在硬化烧结构件期间发生变形。利用按照DIN 3990至少200MPa的齿根疲劳强度oF，lim实现了，除了构成在烧结构件表面上的硬的边缘区域之外，也改善烧结齿轮的动态承载能力，并且因此所述动态承载能力至少处于表面硬化的烧结构件的齿根疲劳强度范围内。出人意料的是，在按照本发明的烧结构件中可以达到高的齿根强度，即使齿根的区域事先未被致密化。此夕卜，烧结构件能够含有较少的碳。由此可以实现，必要时在等离子处理之前进行的用于调整构件几何结构的校准步骤可以在烧结之后更为简单地实施。
[0006]按照烧结构件的一种实施变型方案设定，齿面具有渗氮的或氮碳共渗的层，所述层具有按照DIN 3990至少500MPa的齿面承载能力σ H,lim。以此可以提供这样的烧结构件，其齿部不仅具有改善的动态特性，而且在另一齿元件的齿部相啮合地接合期间具有改善的齿面承载能力。
[0007]此外可以设定，齿根和/或齿面的渗氮的或氮碳共渗的层具有固有压应力的最大值，所述最大值选自200MPa至1500Mpa的范围。以此达到烧结构件的疲劳强度的进一步改善，其方式为，能够更好地抵抗齿部的弯曲应力和扭应力和由此造成的拉应力负荷。由此可以降低在齿的区域中、特别是在齿根的区域中出现裂纹的危险。但由于1500MPa之上的固有压应力加剧了这样的危险，即，在等离子渗氮期间出现构件变形，由此本方法的优点、即、烧结构件在硬化之后不是强制地要进行硬精细加工至少部分地消失。而以200MPa之下的固有压应力则又提高了在负荷时特别是在齿根区域内齿断裂的危险。
[0008]按照另一种实施变型方案设定，齿部优选具有在0.3mm至3mm范围内的模数。艮P，在完成本发明的过程中已发现，等离子渗氮或者等离子氮碳共渗的上面描述的有益效果出人意料地在对应于该范围内的模数的齿尺寸时特别明显地出现。
[0009]此外优选的是，烧结构件由如下烧结粉末制造，所述烧结粉末由按重量0.1%至按重量5%的络、按重量0.1 %至按重量0.8%的碳、按重量O %至按重量2%的钼、按重量O %至按重量2%的镍，并且其余为铁。这种组成使得氮和必要时还有碳在等离子渗氮期间能更好地扩散到烧结构件中，从而上面提到的效果能够被改善。此外，通过铬的所述含量，特别是当该含量被选择为接近按重量5%的上限时，则使烧结构件具有较高的强度、特别是较高的硬度。由于碳含量低，如上面已经说明过的那样，又能改善烧结构件在等离子硬化之前在必要时要实施校准步骤期间的可成形性。
[0010]此外在所实施的测试中已经证实，对于根据上述实施方式形成的齿根疲劳强度有利的是，齿根在烧结之后未被致密化。据猜测，在致密化时通常产生的在烧结构件的组织结构中的变形(Verzerrung)会抑制齿根疲劳强度和特别是固有压应力的产生。也就是在一些试验烧结构件中确定，在等离子渗氮或等离子氮碳共渗之前对齿根区域的致密化可能导致烧结构件上面给出的机械特性值变差。
[0011]此外可以设定，齿面(和必要时齿顶)被致密化、特别是冷致密化，以便以此改善齿的齿面承载能力。
[0012]对于在等离子渗氮或者等离子氮碳共渗之前致密化整个齿部或者至少致密化齿面和齿根的情况下，由于上述原因有利的是，齿面比齿根程度更高地致密化。
[0013]当齿部具有按照DIN 50190-3选自0.03mm至0.6mm的范围的渗氮硬化层深度，则可以实现对齿部、特别是在齿根的区域中的动态负荷能力进一步改善。
[0014]此外有利的是，齿部的全部齿和齿根具有由一种或多种氮化铁或者碳氮化铁组成的连续的化合物层和/或至少在30°切线切点范围内连续的扩散区。通过在烧结构件表面上的连续的化合物层在整个齿部(至少沿径向观察)上获得表面的陶瓷特性，由此可以改善齿部的至少整个径向的表面、特别是整个表面的耐磨性。此外可以通过连续的化合物层来改善耐腐蚀形。通过至少在30°切线切点的区域内(即在关键的齿根横截面区域内)的连续的扩散区也可以改善齿部的疲劳强度、特别是对于弯曲应力的稳定性，因为扩散区具有比化合物层更高的固有压应力。通过扩散层，由化合物层出发向烧结构件的芯中的基础材料可以得到或建立硬度梯度。此外，扩散层具有对于化合物层的支撑作用。
[0015]就这点而言要指出，化合物层在本发明的范围是指，存在氮化铁和/或碳氮化铁的层。这些连接通过铁与氮和/或碳的反应而产生。表述“化合物层”因此涉及所述化合物，而不是一定涉及建立与另一层的连接的层。但当在等离子渗氮或等离子氮碳共渗之后有另一个层沉积到齿部的表面上时，也可以是指后面的层。
[0016]如果烧结构件还具有其他元素，如上面提到的元素、特别是铬和钼，则这些元素同样可以形成氮化物，所述氮化物存在于扩散层中。
[0017]扩散层在本发明的范围内是指特别是在化合物层之下构成的层。扩散层通过氮和必要时碳在等离子渗氮或等离子氮碳共渗期间渗入到烧结构件中而形成。扩散层因此是如下的层、在所述层中，氮和必要时碳通过间隙和/或以氮化物沉积的形式嵌入到基质中。
[0018]此外有利的是，在齿面区域中的化合物层的层厚度和扩散区的层厚度以及渗氮硬化层深度大于或等于在齿根区域中的连接区的层厚度和扩散区的层厚度和渗氮硬化层深度。以此可以实现这样的齿部，所述齿部不仅在齿根区域中具有改善的动态特性，而且在齿面区域中具有改善的承载能力。
[0019]按照另一种实施变型方案可以设定，齿面和齿根的最外层是氧化层，由此可以在等离子渗氮用氧化的方式之后处理齿部。以此一方面可以提高烧结构件的耐腐蚀形，并且另一方面可以降低齿部的摩擦系数。
[0020]优选地，齿部具有按照EN ISO 4498选自500HV至1300HV的范围的维氏表面硬度。特别是利用在该范围内的硬化可以实现烧结构件的机械稳定性增加。
[0021]另一方面也有利的是，烧结构件具有按照EN ISO 4498选自100HV至500HV的范围的维氏芯硬度。由于烧结构件的较低的芯硬度，所述烧结构件的芯韧性较高并且由此可以更好地承受动态负载。
[0022]此外可以设定，在化合物层中，γ’-氮化物(Fe4N)的