金屬環(huán)及其制造方法
【專利摘要】一種帶式無級變速器的傳動帶的金屬環(huán)。具備形成于金屬環(huán)的主面的第1氮化層、以及形成于金屬環(huán)的端面的第2氮化層。第2氮化層的厚度比第1氮化層的厚度小，端面的表面硬度比主面的表面硬度大。這樣，盡管端部的第2氮化層薄，但端面的表面硬度高，因此能夠抑制以端部為起點的疲勞破壞，并且能夠抑制端面的耐磨損性的降低。
【專利說明】
金屬環(huán)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及金屬環(huán)及其制造方法，特別是設(shè)及帶式無級變速器的傳動帶的金屬環(huán) 及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 利用鋼制的傳動帶連接輸入側(cè)帶輪與輸出側(cè)帶輪的鋼帶式無級變速器（CVT: Continuously化riable Transmission)被用于汽車等。該鋼帶式CVT中的傳動帶具有在由 層疊為嵌套狀的多張薄板金屬環(huán)構(gòu)成的金屬環(huán)層疊體無間隙地排列安裝有多個單元組件 (element)的構(gòu)造。借助金屬環(huán)層疊體的張力將單元組件按壓于輸入側(cè)帶輪W及輸出側(cè)帶 輪，將動力從輸入側(cè)帶輪朝輸出側(cè)帶輪傳遞。
[0003] 為了確保單元組件與輸入側(cè)帶輪W及輸出側(cè)帶輪之間的摩擦力，在構(gòu)成金屬環(huán)層 疊體的各金屬環(huán)施加有高張力。因此，金屬環(huán)使用沉淀硬化型的超高強度鋼即馬氏體時效 鋼。另外，在金屬環(huán)還W高張力狀態(tài)反復(fù)施加有彎曲應(yīng)力。因此，出于提高疲勞強度的目的， 實施對金屬環(huán)的表面賦予壓縮殘留應(yīng)力的氮化處理。
[0004] 在此，在通常的氮化處理中，在金屬環(huán)的主面（內(nèi)外周面）W及端面形成均勻的氮 化層?；蛘呤剐纬捎诙嗣娴牡瘜?端部的氮化層）比形成于主面的氮化層(主面部的氮化 層)厚。如果端部的氮化層的厚度變大，則相比端部的氮化層靠內(nèi)部的非氮化部的拉伸殘留 應(yīng)力變大，存在容易引起W端部為起點的疲勞破壞的可能性。
[0005] 為了解決運樣的可能性，在國際公開第2011/135624中公開了如下的金屬環(huán):在氮 化處理前，在端面上形成氮化阻礙膜，由此來減小端部的氮化層的厚度。由于減小了端部的 氮化層的厚度，因此能夠抑制W端部為起點的疲勞破壞。
[0006] 關(guān)于在帶式無級變速器的傳動帶中使用的金屬環(huán)及其制造方法，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了 W 下的課題。由于金屬環(huán)的一方的端面與單元組件接觸，因此要求耐磨損性。在國際公開第 2011/135624所公開的金屬環(huán)中，由于減小了端部的氮化層的厚度，因此端面的表面硬度降 低，結(jié)果，存在端面的耐磨損性降低的可能性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明的一個方式抑制W端部為起點的疲勞破壞，并且抑制端面的耐磨損性的降 低。
[000引本發(fā)明的一個方式所設(shè)及的金屬環(huán)為帶式無級變速器的傳動帶的金屬環(huán)，具備： 形成于上述金屬環(huán)的主面的第1氮化層、W及形成于上述金屬環(huán)的端面的第2氮化層，上述 第2氮化層的厚度比上述第1氮化層的厚度小，上述金屬環(huán)的上述端面的表面硬度比上述金 屬環(huán)的上述主面的表面硬度大。
[0009]在本發(fā)明的一個方式所設(shè)及的金屬環(huán)中，由于第2氮化層的厚度比第1氮化層的厚 度小，因此能夠抑制W端部為起點的疲勞破壞。另外，端面的表面硬度比主面的表面硬度 大。即，盡管端部的第2氮化層薄，但端面的表面硬度高。因此，能夠抑制W端部為起點的疲 勞破壞，并且能夠抑制端面的耐磨損性的降低。
[0010] 上述金屬環(huán)可W含有馬氏體時效鋼，該馬氏體時效鋼含有在時效處理時不析出的 親氮性金屬。另外，作為上述親氮性金屬可W含有化。能夠簡單且廉價地制造金屬環(huán)。
[0011] 上述金屬環(huán)的主面可W包括上述金屬環(huán)的外周面W及上述金屬環(huán)的內(nèi)周面。
[0012] 上述第2氮化層和上述第1氮化層之間具有表面彎曲的4個倒角部，上述第2氮化層 的厚度在上述倒角部隨著接近上述第1氮化層而變大。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠抑制表面硬度的急 劇變化，能夠抑制W端部為起點的疲勞破壞。
[0013] 上述倒角部的表面的曲率半徑比上述第1氮化層的厚度大。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠抑制 表面硬度的急劇變化，能夠抑制W端部為起點的疲勞破壞。
[0014] 本發(fā)明的一個方式所設(shè)及的金屬環(huán)的制造方法，是帶式無級變速器的傳動帶的金 屬環(huán)的制造方法，具備:在上述金屬環(huán)的巧料的主面形成親氮性金屬濃化了的濃化層;除去 上述濃化層，在上述主面中使上述親氮性金屬貧乏的貧乏層露出；在形成上述濃化層后，在 上述金屬環(huán)的端面中使主體層露出；W及對在上述主面露出有上述貧乏層、且在上述端面 露出有上述主體層的上述金屬環(huán)進(jìn)行氮化。另外，關(guān)于"除去上述濃化層，在上述主面中使 上述親氮性金屬貧乏的貧乏層露出"的工序、和"在形成上述濃化層后，在上述金屬環(huán)的端 面中使主體層露出"的工序，其順序并無限定。
[0015] 在本發(fā)明的一個方式所設(shè)及的金屬環(huán)的制造方法中，在氮化處理前，端面上的親 氮性金屬的濃度比主面上的親氮性金屬的濃度高。通過氮化處理，由于在端面上親氮性金 屬的濃度高，因此更多的氮原子被捕獲，能夠得到雖然薄卻硬的第2氮化層。因而，能夠抑制 W端部為起點的疲勞破壞，并且能夠抑制端面的耐磨損性的降低。
[0016] 可W形成為：還具備：在進(jìn)行氮化之前，對在上述主面露出有上述貧乏層、且在上 述端面露出有上述主體層的上述金屬環(huán)進(jìn)行時效處理，上述金屬環(huán)含有馬氏體時效鋼，該 馬氏體時效鋼含有在時效處理時不析出的親氮性金屬。另外，作為上述親氮性金屬可W含 有化。能夠簡單且廉價地制造金屬環(huán)。
[0017] 上述主面可W包括金屬環(huán)的上述外周面W及上述金屬環(huán)的內(nèi)周面。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一個方式，能夠抑制W端部為起點的疲勞破壞，并且能夠抑制端面 的耐磨損性的降低。
[0019] W下將參照附圖對本發(fā)明的典型實施方式的特征、優(yōu)點W及技術(shù)和工業(yè)意義進(jìn)行 說明，其中，相同的標(biāo)號表示相同的部分。
【附圖說明】
[0020] 圖1為第1實施方式所設(shè)及的金屬環(huán)的剖視圖。
[0021] 圖2為應(yīng)用第1實施方式所設(shè)及的金屬環(huán)的帶式無級變速器的剖視圖。
[0022] 圖3為應(yīng)用第1實施方式所設(shè)及的金屬環(huán)的帶式無級變速器的側(cè)視圖。
[0023] 圖4為示出第1實施方式所設(shè)及的金屬環(huán)的制造方法的流程圖。
[0024] 圖5為示出第1實施方式所設(shè)及的金屬環(huán)的制造方法的立體圖。
[0025] 圖6為示意性示出在氣氛爐內(nèi)將管狀巧料退火的情形的立體圖。
[0026] 圖7為示出在形成有親氮性金屬即Cr的濃化層的樣本中利用輝光放電發(fā)光分析裝 置進(jìn)行的Cr的深度方向分析的結(jié)果的曲線圖。
[0027] 圖8為示出在時效處理后的樣本中利用輝光放電發(fā)光分析裝置進(jìn)行的氮的深度方 向分析的結(jié)果的曲線圖。
[0028] 圖9為示出端面的表面硬度相對于端面的氮化層厚度的變化的曲線圖。
[0029] 圖10為示出端面的氮化層厚度相對于氮化量的變化的曲線圖。
【具體實施方式】
[0030] W下，參照附圖對應(yīng)用了本發(fā)明的具體的實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。其中，本發(fā)明并 不限定于W下的實施方式。另外，為了明確說明，W下的記載W及附圖適當(dāng)?shù)睾喕?br>[00川（第1實施方式）
[0032] 首先，參照圖1~圖3對第1實施方式所設(shè)及的金屬環(huán)進(jìn)行說明。圖1為第1實施方式 所設(shè)及的金屬環(huán)的剖視圖。圖2為應(yīng)用第1實施方式所設(shè)及的金屬環(huán)的帶式無級變速器的剖 視圖。圖3為應(yīng)用第1實施方式所設(shè)及的金屬環(huán)的帶式無級變速器的側(cè)視圖。
[0033] <金屬環(huán)的結(jié)構(gòu)>
[0034] 首先，對本實施方式所設(shè)及的金屬環(huán)11進(jìn)行說明。本實施方式所設(shè)及的金屬環(huán)11 為由金屬薄板構(gòu)成的帶狀部件。如圖1上側(cè)所示，金屬環(huán)11在其截面中的表面即外周面11a、 內(nèi)周面UbW及雙方的端面11c具有氮化層12。換言之，主體(bulk)層即非氮化部lid的外緣 整體由氮化層12包圍。此外，金屬環(huán)11W寬度方向中央部相比寬度方向兩端部朝外周面11a 側(cè)略微突出的方式平緩地彎曲。
[0035] 如圖1下側(cè)的局部放大圖所示，氮化層12由形成于金屬環(huán)11的外周面llaW及內(nèi)周 面nb的第1氮化層12a、12b、形成于金屬環(huán)11的兩端面11c的第2氮化層12c構(gòu)成。
[0036] 在此，在本實施方式所設(shè)及的金屬環(huán)11中，第2氮化層12c的厚度化比第1氮化層 12a、l化的厚度化、饑小。運樣，端部的第2氮化層12c薄，因此能夠抑制比第2氮化層12c靠內(nèi) 部的非氮化部lid的拉伸殘留應(yīng)力的增大，能夠抑制W端部為起點的疲勞破壞。氮化層的厚 度化~化例如可W通過硝酸蝕刻后的顯微組織觀察來測定。
[0037] 進(jìn)而，在本實施方式所設(shè)及的金屬環(huán)11中，形成有第2氮化層12c的端面11c的表面 硬度比形成有第1氮化層12a、12b的主面(外周面llaW及內(nèi)周面Ub)的表面硬度大。運樣， 由于端面11c的表面硬度大，因此能夠抑制端面11c的耐磨損性的降低。表面硬度例如能夠 通過顯微威式硬度試驗來測定。此外，盡管第2氮化層12c的厚度化比第1氮化層12a、12b的 厚度化、PM、，端面11c的表面硬度卻比外周面llaW及內(nèi)周面1化的表面硬度大的理由將在 后面敘述。
[0038] 運樣，在本實施方式所設(shè)及的金屬環(huán)11中，第2氮化層12c的厚度化比第1氮化層 12a、l化的厚度化、饑小，并且端面11c的表面硬度比外周面llaW及內(nèi)周面Ub的表面硬度 大。即，盡管端部的第2氮化層12c薄，但端面11c的表面硬度大，因此能夠抑制W端部為起點 的疲勞破壞，并且能夠抑制端面11c的耐磨損性的降低。
[0039] 另外，氮化層12在第2氮化層12c與第1氮化層12a、12b之間具有表面彎曲的4個倒 角部，第2氮化層12c的厚度化在倒角部隨著接近第1氮化層12a、12b而變大。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能 夠抑制表面硬度的急劇變化，能夠抑制W端部為起點的疲勞破壞。另外，金屬環(huán)11的各倒角 部的表面的曲率半徑比氮化層的厚度化~化大。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠抑制表面硬度的急劇變 化，能夠抑制W端部為起點的疲勞破壞。
[0040] 金屬環(huán)11例如由馬氏體時效鋼構(gòu)成。馬氏體時效鋼為碳濃度在0.03質(zhì)量％ W下， 且添加有Ni(儀）、Co(鉆）、Mo(鋼）、Ti(鐵）、A1(侶)等的沉淀硬化型的超高強度鋼，可通過時 效處理得到高強度W及初性。馬氏體時效鋼的組分并無特殊限定，作為一例，含有18質(zhì)量％ 左右的Ni、10質(zhì)量％左右的Co、5質(zhì)量％左右的Mo、合計1質(zhì)量％左右的TiW及A1。
[0041] 構(gòu)成本實施方式所設(shè)及的金屬環(huán)11的馬氏體時效鋼優(yōu)選還含有在時效處理時不 析出的親氮性金屬。親氮性金屬是指與氮之間的化學(xué)親和力比與化(鐵)之間的化學(xué)親和力 大的金屬元素。作為親氮性金屬，可舉出Ti、Al、Cr(銘)等。其中，Ti、Al在時效處理時析出， &在時效處理時不析出。因而，本實施方式所設(shè)及的金屬環(huán)11優(yōu)選由含有Cr的馬氏體時效 鋼構(gòu)成?；瘽舛葍?yōu)選為0.5~1.5質(zhì)量％。
[0042] 在時效處理時不析出的親氮性金屬在后工序即氮化處理時作為氮原子的陷阱點 (trap site)發(fā)揮功能。在本實施方式所設(shè)及的金屬環(huán)11中，端面11c的表層中的運樣的親 氮性金屬的濃度比主面即外周面11a、內(nèi)周面Ub的表層中的親氮性金屬的濃度高。即，在端 面11c的表層親氮性金屬的濃度高，因此大量的氮原子被捕獲，得到薄且硬的第2氮化層 12c。同時，在外周面11a、內(nèi)周面11b的表層，親氮性金屬的濃度低，因此氮原子容易侵入內(nèi) 部，得到比第2氮化層12c厚且硬度更小的第1氮化層12a、12b。
[0043] 結(jié)果，在本實施方式所設(shè)及的金屬環(huán)11中，能夠使第2氮化層12c的厚度化比第1氮 化層12a、12b的厚度化、饑小，且能夠使端面11c的表面硬度比外周面llaW及內(nèi)周面Ub的 表面硬度大。即，盡管端部的第2氮化層12c薄，但能夠增大端面11c的表面硬度，因此能夠抑 制W端部為起點的疲勞破壞，并且能夠抑制端面11c的耐磨損性的降低。
[0044] <應(yīng)用了金屬環(huán)的帶式無級變速器的結(jié)構(gòu)>
[0045] 接下來，參照圖2W及圖3,對應(yīng)用了本實施方式所設(shè)及的金屬環(huán)11的帶式無級變 速器1進(jìn)行說明。如圖2W及圖3所示，通過將周長略有不同的多張(例如10張左右）的金屬環(huán) 11層疊為嵌套狀，構(gòu)成左右一對金屬環(huán)層疊體10L、10R。如圖3所示，通過在運一對金屬環(huán)層 疊體10L、10R無間隙地排列安裝多個(例如400個左右)單元組件15,構(gòu)成傳動帶2。在此，單 元組件15的板厚方向與金屬環(huán)層疊體10U10R的周方向一致。
[0046] 如圖2中放大圖所示，單元組件15由軀體部15d、頭部15fW及將軀體部15d和頭部 15f在寬度方向中央部連結(jié)的頸部15g構(gòu)成。軀體部15d具有與輸入側(cè)帶輪4、輸出側(cè)帶輪5接 合的端面部15a、l加W及鎖止邊緣部15c。在頭部15f形成有相互在層疊方向形成凹凸而接 合的凹凸接合部15e。進(jìn)而，在頸部15g的兩側(cè)，在軀體部15dW及頭部15f之間插入一對金屬 環(huán)層疊體10L、10R。
[0047] 如圖3所示，由金屬環(huán)層疊體10LU0RW及多個單元組件15構(gòu)成的傳動帶2被卷掛 于輸入側(cè)帶輪4W及輸出側(cè)帶輪5。在傳動帶2的2個彎曲區(qū)間，借助金屬環(huán)層疊體10L、10R的 張力，單元組件15被按壓于輸入側(cè)帶輪4W及輸出側(cè)帶輪5。因此，能夠從輸入側(cè)帶輪4朝輸 出側(cè)帶輪5傳遞動力。
[0048] 在此，如圖3所示，帶式無級變速器1具備:連結(jié)于輸入軸3的輸入側(cè)帶輪4、連結(jié)于 輸出軸6的輸出側(cè)帶輪5、W及卷掛于輸入側(cè)帶輪4與輸出側(cè)帶輪5之間的動力傳遞用的傳動 帶2。在該帶式無級變速器1中，從未圖示的車輛的發(fā)動機(jī)經(jīng)由離合器、變矩器向輸入軸3輸 入動力。另一方面，從輸出軸6經(jīng)由未圖示的減速齒輪機(jī)構(gòu)、差動齒輪裝置向左右的驅(qū)動輪 輸出動力。
[0049] 如圖2所示，輸出側(cè)帶輪5具有：固定于輸出軸6的固定側(cè)滑輪部件5a、W及由輸出 軸6支承為能夠沿軸向移位的活動側(cè)滑輪部件5b。在固定側(cè)滑輪部件5a與活動側(cè)滑輪部件 化之間形成有大致V字形的槽，能夠變更槽寬度W。在輸出側(cè)帶輪5附設(shè)有壓縮螺旋彈黃7W 及液壓致動器8。壓縮螺旋彈黃7朝使輸出側(cè)帶輪5的槽寬度W縮小的降檔(down shift)方向 對活動側(cè)滑輪部件化施力。液壓致動器8對活動側(cè)滑輪部件化的背面?zhèn)茸饔靡簤?，使活動?cè) 滑輪部件化沿軸向移位。根據(jù)運樣的結(jié)構(gòu)，能夠使傳動帶2相對于輸出側(cè)帶輪5的卷繞半徑r 在最小半徑rmin至最大半徑max的范圍內(nèi)變化。
[0050] 此外，除了不具有壓縮螺旋彈黃7運樣的施力部件W外，輸入側(cè)帶輪4具有與輸出 側(cè)帶輪5大致相同的結(jié)構(gòu)。詳情情況雖未圖示，但輸入側(cè)帶輪4具有：固定于輸入軸3的固定 側(cè)滑輪部件、W及在與該固定側(cè)滑輪部件之間形成大致V字形的槽且由輸入軸3支承為能夠 沿軸向移位的活動側(cè)滑輪部件。進(jìn)而，輸入側(cè)帶輪4具有能夠?qū)⒒顒觽?cè)滑輪部件朝升檔(up shift)方向施力的液壓致動器。
[0051 ] <金屬環(huán)的制造方法>
[0052] 接下來，參照圖4、圖5對第1實施方式所設(shè)及的金屬環(huán)的制造方法進(jìn)行說明。圖4為 示出第1實施方式所設(shè)及的金屬環(huán)的制造方法的流程圖。圖5為示出第1實施方式所設(shè)及的 金屬環(huán)的制造方法的立體圖。
[0053] 首先，如圖4所示，在金屬環(huán)的巧料即管狀巧料的主面(外周面W及內(nèi)周面)形成親 氮性金屬的濃度比主體層高的濃化層(步驟ST1)。具體地說，在減壓氣氛或氮氣、氣氣等惰 性氣體氣氛等的非氧化氣氛中，W820~900°C左右的溫度進(jìn)行60分鐘左右的退火，由此形 成親氮性金屬的濃化層。后面即將敘述，濃化層會被除去，因此優(yōu)選形成為2WI1左右W下。
[0054] 在此，親氮性金屬也是親氧性金屬。因此，通過在非氧化氣氛中退火，管狀巧料的 內(nèi)部的親氮性金屬朝吸附有氧的表面擴(kuò)散。因此，能夠在管狀巧料的主面(外周面W及內(nèi)周 面)形成親氮性金屬的濃化層。同時，伴隨著濃化層的形成，在濃化層的內(nèi)側(cè)形成有親氮性 金屬的濃度比主體層低的貧乏層。
[0055] 當(dāng)在氧化氣氛中退火的情況下，氧并不留在管狀巧料的表面而向內(nèi)部高速擴(kuò)散， 因此并不在表面附近形成親氮性金屬的濃化層。另一方面，即便在非氧化氣氛中，當(dāng)氣氛中 氧過少的情況下，也無法形成親氮性金屬的濃化層。因而，優(yōu)選為在把握形成所希望的濃化 層的氧分壓、露點的基礎(chǔ)上，管理退火的氣氛。作為一例，優(yōu)選在氮氣中加入有1~3體積％ 左右的氧氣、且露點為一10~〇°C左右的氣氛中退火。
[0056] 如圖5的上側(cè)所示，管狀巧料能夠通過將片狀巧料的端面彼此焊接而容易地制造。 步驟ST1中的退火兼有使焊接部均質(zhì)化的效果。當(dāng)然，管狀巧料并不限定于運樣的焊接管， 也可W是無縫管。
[0057] 另外，圖6為示意性示出在氣氛爐內(nèi)對管狀巧料進(jìn)行退火的情形的立體圖。如圖6 所示，優(yōu)選將管狀巧料W立起的狀態(tài)大致等間隔地排列于托盤上，并在氣氛爐內(nèi)進(jìn)行退火。
[0058] 圖7為示出在形成了親氮性金屬即Cr的濃化層的樣本中，利用輝光放電發(fā)光分析 裝置進(jìn)行的Cr的深度方向分析的結(jié)果的曲線圖。樣本為作為親氮性金屬添加了 1質(zhì)量％的 Cr的馬氏體時效鋼。在氮氣中加入有2體積％的氧氣、且露點為一5°C的氣氛中，W880°C進(jìn) 行60分鐘的退火。通過在露點一40°C的氮氣中混合露點+10°C的氮氣，將露點調(diào)整至一5°C。 如圖7所示，形成有1~2皿的深度(厚度）的濃化層。進(jìn)而，在濃化層的內(nèi)側(cè)形成有10皿左右 的深度(厚度)的貧乏層。
[0059] 接下來，如圖4所示，從管狀巧料切出金屬環(huán)11，形成端面11c(步驟ST2)。由此，在 端面11c處主體層露出。圖5的下側(cè)示出該情形。在此，在金屬環(huán)11的主面即外周面11a、內(nèi)周 面11b的表面附近通過步驟ST1形成有濃化層。另一方面，在通過步驟ST1之后的步驟ST2得 到的端面11c，主體層露出，在端面11c的表面附近未形成濃化層及濃化層內(nèi)部的貧乏層。此 夕h在步驟ST2中，可W并不通過切斷而在端面使主體層露出。例如，可W在由帶狀的片狀巧 料形成的金屬環(huán)11的表面(外周面11a、內(nèi)周面11b、端面11c)形成濃化層后(步驟ST1)，對端 面11C進(jìn)行研磨等，從而在端面11C使主體層露出。
[0060] 接下來，如圖4所示，除去在金屬環(huán)11的主面即外周面11a、內(nèi)周面Ub形成的親氮 性金屬的濃化層，使親氮性金屬的貧乏層露出（步驟ST3)。結(jié)果，主體層露出的端面11c的表 層附近的親氮性金屬的濃度比主面即外周面11a、內(nèi)周面Ub的表層附近的親氮性金屬的濃 度高。
[0061] 具體地說，能夠通過滾磨除去濃化層。通過滾磨還能夠除去步驟ST2的切斷所形成 的飛邊。另外，通過滾磨還形成四角的倒角部。此外，除去濃化層的方法并不限于滾磨，可W 是磨石研磨或磨刷研磨等。另外，除去濃化層的方法并不限定于研磨等機(jī)械式的除去方法， 可W是蝕刻等化學(xué)除去方法。另外，步驟ST3與步驟ST2的順序可W更換。
[0062] 在圖7所示的例子中，通過滾磨將濃化層從表面起削去約化m。由此能夠使貧乏層 露出。
[0063] 最后，如圖4所示，在對金屬環(huán)11進(jìn)行時效處理后，進(jìn)行氮化處理(步驟ST4)。結(jié)果， 在金屬環(huán)11的外周面llaW及內(nèi)周面Ub形成第1氮化層12a、12b，在兩端面11c形成第2氮化 層 12c。
[0064] 如上所述，通過步驟ST3,端面11c的表層的親氮性金屬的濃度比主面即外周面 11a、內(nèi)周面Ub的表層的親氮性金屬的濃度高。因此，在步驟ST4的氮化處理中，在端面11c 的表層附近，更多的氮原子被親氮性金屬捕獲，能夠得到薄且硬的第2氮化層12c。同時，在 夕F周面11曰、內(nèi)周面11b的表層附近，氮原子容易侵入內(nèi)部，能夠得到比第2氮化層12c厚且硬 度小的束1頸化層12a、12b。
[0065] 結(jié)果，在本實施方式所設(shè)及的金屬環(huán)11中，能夠使第2氮化層12c的厚度化比第1氮 化層12a、12b的厚度化、饑小，并使端面11c的表面硬度比外周面llaW及內(nèi)周面Ub的表面 硬度大。
[0066] 時效處理例如優(yōu)選在氮氣氣氛或還原性氣氛中W450~500°C左右的溫度進(jìn)行90 ~180分鐘左右。氮化處理例如優(yōu)選在5~15體積％的氨氣、1~3體積％的氨氣、其余為氮氣 的氣氛中，W400~450°C左右的溫度進(jìn)行40~120分鐘左右。此外，氣氛中的氨氣是通過氨 氣的熱分解產(chǎn)生的。
[0067] 另外，在步驟ST3后、步驟ST4之前，優(yōu)選進(jìn)行W下的處理。在步驟ST3后，為了將金 屬環(huán)11減薄至規(guī)定的厚度并延長至規(guī)定的周長，優(yōu)選進(jìn)行壓延。隨后，為了除去變形，優(yōu)選 在氮氣氣氛或還原性氣氛中，W800~900°C左右的溫度進(jìn)行5~30分鐘左右的退火。進(jìn)而， 優(yōu)選在對退火后的金屬環(huán)11施加張力而高精度地調(diào)整至規(guī)定的周長后，進(jìn)行步驟ST4的時 效處理。
[0068] 針對進(jìn)行了運樣的一系列的優(yōu)選處理的氮化處理后的樣本的外周面11a，利用輝 光放電發(fā)光分析裝置進(jìn)行氮的深度方向分析。圖8為示出在時效處理后的樣本的外周面11a 中，利用輝光放電發(fā)光分析裝置進(jìn)行氮的深度方向分析的結(jié)果的曲線圖。圖8中的實施樣本 為作為上述的親氮性金屬添加了 1質(zhì)量％的吐的馬氏體時效鋼。另一方面，圖8中的比較樣 本為不含Cr的馬氏體時效鋼。其他條件相同。
[0069] 此外，W焊接部的均質(zhì)化為目的，對于比較樣本，也進(jìn)行與用于形成上述的化的濃 化層的退火相同條件的退火。由于比較樣本不含Cr，因此當(dāng)然在比較樣本中未形成Cr的濃 化層。
[0070] 如圖8所示，在實施樣本中，與比較樣本相比，表面附近的氮濃度低。進(jìn)而，在實施 樣本中，與比較樣本相比，氮原子侵入至內(nèi)部，氮化層變厚。伴隨于此，實施樣本的外周面 11a的表面硬度低于比較樣本的外周面11a的表面硬度。
[0071] 「車 n
[0072]
[0073] 在表1中，針對比較樣本、實施樣本，匯總示出外周面11a的表面硬度W及氮化層厚 度、端面11c的表面硬度W及氮化層厚度。表面硬度通過顯微威式硬度試驗測定。氮化深度 通過硝酸蝕刻后的顯微組織觀察測定。
[0074] 在比較樣本中，端面11c的第2氮化層12c的厚度比外周面11a的第1氮化層12a的厚 度大。因此，端面11c的表面硬度比外周面11a的表面硬度大。
[0075] 與此相對，在實施樣本中，端面11c的第2氮化層12c的厚度比外周面11a的第1氮化 層12a的厚度小。盡管如此，端面11c的表面硬度卻比外周面11a的表面硬度大，維持與比較 樣本同等的硬度。
[0076] 另外，在實施樣本中，與比較樣本相比，外周面11a的第1氮化層12a的厚度變厚，另 一方面，實施樣本的外周面11a的表面硬度低于比較樣本的外周面11a的表面硬度。然而，根 據(jù)運樣的結(jié)構(gòu)，外周面11a對于在制造工序中不可避免的微細(xì)傷痕、夾入物變得不敏感，反 而是優(yōu)選的。
[0077] 如上所述，在實施樣本中，端面11c的表層的Cr濃度比外周面11a的表層的Cr濃度 高。因此，在氮化處理中，在端面11c的表層附近，更多的氮原子被Cr原子捕獲，能夠得到薄 且硬的第2氮化層12c。同時，在外周面11a的表層附近，Cr原子貧乏，因此氮原子容易侵入內(nèi) 部，能夠得到比第2氮化層12c厚且硬度小的第1氮化層12a。結(jié)果，能夠抑制W端部為起點的 疲勞破壞，并且能夠抑制端面11c的耐磨損性的降低。在實施樣本中，與比較樣本相比，疲勞 耐久壽命提高至1.6倍。
[007引 < 相對于比較例的優(yōu)越性>
[0079]接下來，參照圖9、圖10對本發(fā)明的本實施方式相對于國際公開第2011/135624所 示的比較例的優(yōu)越性進(jìn)行說明。圖9為示出端面的表面硬度相對于端面的氮化層厚度的變 化的曲線圖。圖10為示出端面的氮化層厚度相對于氮化量的變化的曲線圖。如圖9所示，氮 化層厚度與表面硬度大致成比例關(guān)系。如圖10所示，形成為隨著氮化量增加而氮化層厚度 逐漸趨于飽和的曲線。
[0080] 對于比較例所設(shè)及的金屬環(huán)，在氮化處理前在端面上形成氮化阻礙膜，由此使形 成于端面的氮化層的厚度小于形成于主面的氮化層的厚度。即，通過減少從端面侵入的氮 原子的數(shù)目來減小氮化層的厚度。
[0081] 與此相對，本發(fā)明的本實施方式所設(shè)及的金屬環(huán)含有捕獲氮原子的Cr等親氮性金 屬。即，在本發(fā)明的本實施方式中，利用親氮性金屬捕獲氮原子，抑制氮原子朝內(nèi)部的侵入， 由此來減小氮化層的厚度。
[0082] 因此，如圖9中虛線所示，在W相同的氮化層厚度進(jìn)行比較的情況下，與比較例相 比，本發(fā)明的本實施方式含有更多的氮原子，能夠增大表面硬度。即，在本發(fā)明的本實施方 式中，盡管端部的第2氮化層薄，卻能夠提高端面的表面硬度。
[0083] 另外，如圖10所示，在W相同的氮化量(反應(yīng)的氮的量)比較的情況下，與本發(fā)明的 本實施方式相比，比較例的氮化層厚度大。因此，在W相同的氮化層厚度比較的情況下，與 比較例相比，本發(fā)明的本實施方式中的氮化層厚度相對于氮化量的變化的斜率小。即，與比 較例相比，本發(fā)明的本實施方式能夠穩(wěn)定地得到所希望的氮化層厚度W及表面硬度。
[0084] <其他實施方式>
[0085] 如上所述，作為親氮性金屬，優(yōu)選添加不會因時效處理而析出的Cr等。然而，也可 W使用馬氏體時效鋼原本含有的Al、Ti作為上述的親氮性金屬。在運種情況下，通過不進(jìn)行 時效處理、或在時效處理中對Al、Ti進(jìn)行亞時效處理，利用未析出的Al、Ti作為氮化處理時 的氮的陷阱點。另一方面，在不進(jìn)行時效處理的情況或進(jìn)行亞時效處理的情況下，硬度降 低。為了彌補硬度降低，優(yōu)選預(yù)先增加Mo、Co的添加量。不過，由于Mo、Co的價格昂貴，因此出 于運樣的觀點，優(yōu)選添加Cr并進(jìn)行充分的時效處理。
[0086] 此外，本發(fā)明并不限于上述實施方式，可W在不脫離主旨的范圍適當(dāng)變更。
【主權(quán)項】
1. 一種金屬環(huán)，是帶式無級變速器的傳動帶的金屬環(huán)，其特征在于，具備： 形成于所述金屬環(huán)的主面的第1氮化層；以及 形成于所述金屬環(huán)的端面的第2氮化層， 其中，所述第2氮化層的厚度比所述第1氮化層的厚度小，所述金屬環(huán)的所述端面的表 面硬度比所述金屬環(huán)的所述主面的表面硬度大。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬環(huán)，其中， 所述金屬環(huán)含有馬氏體時效鋼，該馬氏體時效鋼含有在時效處理時不析出的親氮性金 屬。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬環(huán)，其中， 作為所述親氮性金屬含有Cr。4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項所述的金屬環(huán)，其中， 所述金屬環(huán)的主面包括所述金屬環(huán)的外周面以及所述金屬環(huán)的內(nèi)周面。5. 根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項所述的金屬環(huán)，其中， 所述第2氮化層和所述第1氮化層之間具有表面彎曲的4個倒角部，所述第2氮化層的厚 度在所述倒角部隨著接近所述第1氮化層而變大。6. 根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項所述的金屬環(huán)，其中， 所述倒角部的表面的曲率半徑比所述第1氮化層的厚度大。7. -種金屬環(huán)的制造方法，是帶式無級變速器的傳動帶的金屬環(huán)的制造方法，其特征 在于，具備： 在所述金屬環(huán)的坯料的主面形成親氮性金屬濃化了的濃化層； 除去所述濃化層，在所述主面中使所述親氮性金屬貧乏的貧乏層露出； 在形成所述濃化層后，在所述金屬環(huán)的端面中使主體層露出；以及對在所述主面露出 有所述貧乏層、且在所述端面露出有所述主體層的所述金屬環(huán)進(jìn)行氮化。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬環(huán)的制造方法，其中，還具備： 在進(jìn)行氮化之前，對在所述主面露出有所述貧乏層、且在所述端面露出有所述主體層 的所述金屬環(huán)進(jìn)行時效處理，其中， 所述金屬環(huán)含有馬氏體時效鋼，該馬氏體時效鋼含有在所述時效處理時不析出的所述 親氮性金屬。9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的金屬環(huán)的制造方法，其中，作為所述親氮性金屬含有Cr。10. 根據(jù)權(quán)利要求7~9中任一項所述的金屬環(huán)的制造方法，其中，所述主面包括所述金 屬環(huán)的外周面以及所述金屬環(huán)的內(nèi)周面。
【文檔編號】C23C8/24GK106051046SQ201610203262
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月1日 公開號201610203262.7, CN 106051046 A, CN 106051046A, CN 201610203262, CN-A-106051046, CN106051046 A, CN106051046A, CN201610203262, CN201610203262.7
【發(fā)明人】芹澤和實, 西田幸司
【申請人】豐田自動車株式會社