用于无级变速器的传动带的金属环构件的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及环状且柔性的金属带，该带通常被合并在全金属传动带中，以便在应用于机动车辆中的已知的无级变速器或CVT的两个可调节式带轮之间进行动力传送。这种环状带至少在其在传动带的应用中也被称为传动带的金属环构件。本公开也涉及这种金属环的制造方法。
【背景技术】
[0002]在特定类型的传动带(其也被称为推带)中，多个这样的金属环被合并在至少一个(但通常是两个)层叠的(即互相径向嵌套的)金属环组中。已知的推带还包括多个可滑动地安装在这种环组上的横向金属元件。现有技术的金属环在其推带应用中由马氏体钢制造，该类型的钢除了其他方面之外还具备相对较有利的可能性来将材料进行焊接和塑性变形，并至少在对材料进行适当的热处理后使之具有大的抗张强度和对磨损和弯曲和/或张拉应力疲劳的高抗性。
[0003]已知的金属环具备适当硬度的芯材，以实现结合了对金属疲劳的高抗性的好的张拉、屈曲和弯曲强度的特性。该环芯材被包裹在金属环的大体更硬的且因此抗损耗的外表面层中。所述硬的外表面层通常通过在环的金属晶格中引入填隙氮原子(即通过氮化处理)来获得，并设有最大厚度来限制内部环应力和使金属环具有充分的弹性，以便能够纵向弯曲以及抵抗疲劳断裂。尤其地，本领域中一致地认可，氮化层的厚度值的范围应为金属环在径向上的总厚度的10%-20%。该已知的范围在日本申请JP 2000-337453-A中公开。当然，在金属环的传动带应用中，由于在其使用寿命期间它所承受的大量负载和弯曲过程，因此所有这些材料特征都很重要。
[0004]环材料的最相关的特征中的另一个是除了其氮化层之外的芯材的硬度。如果芯材太硬，金属环就将太脆，如果芯材太软，金属环就不能抵抗在变速器的操作过程中施加的张拉应力。关于这种环芯部硬度，较低界限的硬度值550HV1.0 (即在施加Ikg重力时测量的韦氏硬度值)或更大值主要应用于现有技术中。由于金属环由马氏体钢制成，因此，该环芯部硬度值通过马氏体钢环材料的时效处理(aging)(即通过沉淀硬化)来获得。另外，关于环芯部硬度方面，欧洲专利申请EP2281128-A1教导了，在结合了特定范围的马氏体钢合金的情况下，较低的值实际上可应用于环芯部硬度。在EP2281128-A1的特定背景中，范围在400-500HV1.0且优选大约475HV1.0的芯部硬度值被教导成适合于传动带金属环构件。这种相对较低的芯部硬度值的益处是:在给定的加工温度下，时效处理加工要求较少的加工时间和/或必须被包括到马氏体钢合金中的沉淀物形成和/或催化元素较少。
【发明内容】
[0005]本公开试图拓宽EP-2281128-A1的教导，且由此使相对较低的芯部硬度值的所述益处在本领域中可更广泛地利用。根据本公开，这种目标在下文中通过一种根据权利要求1的传动带金属环构件来实现。因此，这种新的金属环的特征不仅在于环芯部的相对较低的硬度值为小于550HV1.0、优选小于500HV1.0、更优选为大约475HV1.0，而且还在于氮化层的厚度。尤其地，根据本公开，应用了相对较厚的氮化层，该相对较厚的氮化层为金属环在金属环径向上的所述总厚度的22% _30%，优选为金属环厚度的24% _28%，更优选为金属环厚度的大约25%。在该后一方面，应当注意，通常，在目前考虑的金属环的传动带应用中金属环的厚度为0.185mm。然而，这种环厚度的适用范围为0.15-0.20mm。
[0006]实验上已经观察到，在目前考虑的相对较低的芯部硬度值和相对较厚的氮化层的组合的情况下，该新的金属环在其所述传动带应用中有益地呈现优秀的抗疲劳和抗磨损特性，并且该特性完全比得上现有和通常应用的传动带金属环构件所提供的特性。显然，厚的(较厚的)氮化层在金属环的疲劳强度方面补偿了低的(较低的)芯部硬度值的不利效果。因此，本公开有益地扩展了由EP2281128-A1提出的马氏体钢合金的范围，从而适合于提供用于其中所公开的相对较低的芯部硬度。在本公开的背景中，与EP2281128-A1中已知的相比成本效益更好的马氏体钢合金适合于作为用于该新的金属环的基本材料，例如马氏体钢成分的范围包括质量百分比为17% -19%的镲、质量百分比为4% -6%的钼、质量百分比为4% -6%的钴、质量百分比为0.5% -1.5%的铬、质量百分比为0.5% -1.5%的铝和质量百分比小于0.1%的钛、且其余的是铁以及不可避免的污染物(比如氧、氮、磷质、硅等)。该后一范围的马氏体钢成分已被确定为用于该新的金属环合适的且有益的基本材料，因为它结合了相对较便宜(由于相对较低的钴含量)和使金属环具有优秀的疲劳强度(由于(名义上的)不含钛)且可在一个结合的热处理中(即在一个熔炉中和在一个加工环境中)进行氮和时效硬化的优点。
【附图说明】
[0007]根据本公开的上述见解和其在传动带的金属环构件中的应用在下文中参照附图来描述，在附图中:
[0008]图1提供了设有传动带的众所周知的无级变速器的示意性描述的示例，
[0009]图2是以透视图示出的传动带的一部分，
[0010]图3提供了传动带的金属环构件的现有制造方法的目前相关的部分的概略示意图，
[0011]图4是现有传动带金属环构件的示意性剖视图，
[0012]图5提供了现有传动带金属环构件的材料的与相对于其外表面的位置D有关的硬度H，以及
[0013]图6提供了根据本公开的新的传动带金属环构件的材料的与相对于其外表面的位置D有关的硬度H。
【具体实施方式】
[0014]图1示出了通常应用于机动车辆的在其发动机和驱动轮之间的传动系中的现有无级变速器或CVT的中心部分。该变速器包括两个带轮1、2，每个带轮1、2均设有两个圆锥形带轮盘4、5，大致V-形的凹槽限定在所述两个圆锥形带轮盘4、5之间，所述两个圆锥形带轮盘4、5中的一个盘4可沿着相应的带轮轴6、7(该盘4布置在所述带轮轴6、7上)轴向地移动。传动带3围绕带轮1、2，以将旋转运动ω和伴随的扭矩T从一个带轮1、2传递至另一带轮2、I。变速器通常还包括启动装置，所述启动装置在所述至少一个盘4上施加指向相应的另一带轮盘5的轴向定向的夹持力Fax，从而使带3被夹持在盘4、盘5之间。并且，在从动带轮2的转速与驱动带轮I的转速之间的变速器(速度)比由此被确定。
[0015]现有传动带3的一个示例在图2中以其剖视图详细示出，该带3包括两个环组31，所述两个环组31分别包括一组(在该示例中)六个由马氏体钢制成的薄且平的(即带子状的)柔性金属环32。传动带3还包括多个由钢制成的板状的横向元件33，所述横向元件33由分别位于横向元件33的相应的凹部中的所述两个环组31保持在一起。横向元件33承受所述夹持力Fax，从而当输入扭矩Tin施加于所谓的驱动带轮I上时，盘4、5和带3之间的摩擦使得驱动带轮I的旋转经由同样地旋转的传动带3被传递至所谓的从动带轮2。
[0016]在CVT的操作过程中，传动带3以及尤其它的金属环32经受周期性变化的张拉和弯曲应力(即疲劳负载)。通常，金属环32应付这种疲劳负载的能力(即金属环32的疲劳强度)由此确定了传动带3的使用寿命。因此，在传动带制造方法的发展中长期的总体目标是在结合的(基础)材料和加工成本最小的情况下实现期望的环疲劳强度。
[0017]图3示出了现有的总体传动带3制造方法(即传动带3的金属环32构件的制造)的目前相关部分，其中，通过罗马数字表示单独的加工步骤。
[0018]在第一加工步骤I中，厚度范围通常为0.4mm-0.5mm的基础材料的薄片或板被弯曲成圆筒状，且会合的板端部12在第二加工步骤II中被焊接起来以形成敞开的、中空圆筒或管13。在第三加工步骤III中，将管13退火。此后，在第四加工步骤IV中，管13被切成多个环状环圈14，所述环状环圈14随后在第五加工步骤V中被卷制起来，以在被拉长的同时将其厚度降低至0.150mm-0.200mm的值、通常降低至大约185微米。在被卷制后，环圈14通常被称为金属环32。金属环32然后经受另一、即环退火加工步骤VI，以通过在远高于600摄氏度(