[发明专利]用于无级变速器的传动带的环构件

说明书

本发明涉及一种用在用于无级变速器的传动带(3)中的柔性金属带(41)，所述柔性金属带(41)具有氮化表面层，并且由马氏体时效钢合金制成，所述钢合金包含：15至20质量％的镍，10至14质量％的钴，4至6质量％的钼，高达2.5质量％的铬和高达2.0质量％的铝，其中钴(Co)含量和铝(Al)含量满足条件：19质量％(Co+6*Al)21质量％。

技术领域

本发明涉及一种环形柔性金属带，其用作传动带中的环构件，所述传动带用于在机动车辆中应用的众所周知的无级变速器或的两个可调带轮之间进行动力传递。在传动带中，多个这种环形件并入其至少一个但通常是两个层合的、即彼此径向嵌装的组中。已知的传动带还包括多个横向段，这些横向段可滑动地安装在这种环组上，并且通常也由金属制成。

背景技术

马氏体时效钢通常用作用于环形件的基础材料，因为至少在其经过适当的热处理(包括沉淀硬化、即时效和氮化、特别是所谓的气体软氮化)之后，这种材料具有很高的对磨损以及弯曲和/或拉伸应力疲劳的抵抗性。马氏体时效钢的基本合金元素是铁、镍、钴和钼，并且可在广泛的范围内变化，然而，具体地对于当前考虑的环形件的传动带应用，国际专利申请公开WO 2018/122397A1目前公开了马氏体时效钢的基本合金范围：

-15至20质量％的镍(Ni)，

-4至18质量％的钴(Co)，

-至少4质量％的钼(Mo)，

-一共至少7质量％的钼(Mo)、钴(Cr)和/或铝(Al)，以及

-余量的铁(Fe)。

在环形件的传动带应用中，不仅环形件的屈服强度，而且其表面硬度和表面残余压应力都是重要的产品特性，它们对传动带的承载能力和寿命有显著影响。特别地，后面的这些产品特性在很大程度上决定了环形件的疲劳强度和耐磨性。实际上，环形件表面的这些产品特性不仅取决于马氏体时效钢的组分、尤其取决于其中的形成沉淀的合金元素的丰度，还取决于其氮化热处理的工艺参数。

在氮化的热处理中，通过从环形件表面的晶格扩散将氮原子引入到微结构中。在环形件的表面层中，这些氮原子与可用的钼、铝和/或铬反应形成(Mo、Al、Cr)型氮化物，氮化物的形成由于钴的存在而增强，钴的存在降低了其他合金元素在铁镍基体中的溶解度。通过氮化表面层中的这些氮化物，实现了所述表面残余压应力，该表面压应力产生了环形件的芯部中的残余拉应力并与其平衡。该芯部残余拉应力进而有效地限制了环形件在传动带运行期间可承受而不会超过其屈服强度的(附加)张力。因此，即使增大其氮化表面层的厚度通常可以支撑环形件的疲劳强度和耐磨性，但也会降低其屈服强度。因此，实践中，在环形件氮化中，在氮化表面层的厚度、尤其是在环形件的芯部的剩余厚度与可达到的表面硬度和表面残余压应力之间保持平衡。

发明内容

基于上述见解，本发明旨在对于所述氮化热处理中获得的给定氮化层厚度，使环形件中的表面残余压应力最大化，即，使环形件中靠近环形件表面的氮化物浓度最大化。在WO 2018/122397A1的教导中，氮化物浓度的这种增加将要求马氏体时效钢组分中的钼、铬和铝的量增加至明显高于7质量％，同时钴的量取向所公开的钴范围的顶端。然而，该已知解决方案不仅增加了马氏体时效钢的成本，而且还发现不利地增大了氮化表面层的厚度。然而，根据本发明，可获得最大化表面压应力的更有利的选择。

根据本发明，令人惊讶地发现，通过使马氏体时效钢合金中的铝的量和钴的量相互关联，可以明显增强氮化物的形成，特别是同时不会实质上增大氮化表面层厚度。因此，可以在环形件中以相对较低的钴含量实现高的表面压应力。特别地，根据本发明，通过马氏体时效钢的基本组分实现了这种有利的结果，所述马氏体时效钢的基本组分包括9.0至14质量％的钴并满足以下条件：

19质量％(Co+6*Al)21质量％ (1)