MX2013015262A - Metodo de fabricacion para un componente de anillo de banda de transmision. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para fabricar un anillo de metal sin fin (32) para una banda de transmisión adecuada para la transmisión de potencia en una transmisión variable continua que incluye al menos una etapa del proceso (IX) de nitruración o cementación del anillo (32) en una cámara del horno (50) que contiene una atmósfera de proceso que se suministra tanto con el gas de amoníaco y con el gas de hidrógeno. De preferencia, al menos el contenido de volumen relativo del gas de hidrógeno presente en la cámara del horno (50) se controla activamente en un valor deseado.

Description

MÉTODO DE FABRICACIÓN PARA UN COMPONENTE DE ANILLO DE BANDA DE TRANSMISIÓN La presente invención se relaciona con un método de fabricación de una banda de metal delgada y flexible sin fin, cuya banda típicamente se incorpora en una banda de transmisión para la transmisión de potencia entre dos poleas ajustables de la transmisión variable continua bien conocida o CVT aplicada en vehículos motores.

Al menos en relación con esta aplicación en la banda de transmisión tal banda también se denomina como el componente de anillo de la banda de transmisión. Tal banda de transmisión y su componente de anillo son generalmente conocidos, por ejemplo, de EP-A-1 403 551. En este tipo de banda de transmisión conocido, que usualmente se denomina como banda de empuje, se incorpora un número de componentes de anillo en al menos uno, pero típicamente dos laminados, es decir, conjuntos dispuestos mutuamente de modo concéntrico de los mismos. La banda de empuje conocida además comprende un número de elementos metálicos transversos que se montan de modo deslizante en el conjunto o conjuntos de anillos. En la aplicación de la banda de empuje del mismo, los componentes de anillo se producen típicamente de acero martensítico y en la fabricación se encuentran, al menos, sujetos a los tratamientos de calor de envejecimiento y nitruración para proporcionar a éstos con una extraordinaria resistencia a la fatiga y propiedades de resistencia al desgaste. Más en particular, una capa de superficie de los componentes de anillo se fortalece por nitruración de gas suave, por lo que los átomos de nitrógeno (intersticiales) se introducen en las capas exteriores de la red atómica del acero martensitico por difusión. El proceso de nitruración de gas suave implica mantener los componentes de anillo a una alta temperatura en una cámara de horno que contiene un gas amoniaco. En la nitruración de gas suave, el gas amoniaco se disocia en la superficie del componente de anillo en gas hidrógeno y átomos de nitrógeno que ingresan a la red metálica de los anillos por difusión.

Las etapas del proceso del método de fabricación general para tales bandas de transmisión y del componente de anillo de la misma en particular, tal como se aplica durante diversas décadas ahora, se vuelven mientras tanto bien conocidas en la técnica y son, por ejemplo, descritas en la solicitud de patente Europea EP-A-1 055 738.

Un deseo general en el proceso de nitruración de gas suave bien conocido es reducir la intensidad de la misma en términos de, al menos, la concentración de amoniaco en la atmósfera de proceso, tanto como sea posible. Obviamente, al hacerlo, el uso (y costo) de gas amoníaco, como parte de la mezcla de gas del proceso con nitrógeno, puede reducirse favorablemente, pero también la formación de compuestos residuales de hierro-nitruros, tal como Fe4N, en la capa de superficie de los componentes de anillo puede evitarse más efectivamente de este modo. Esta llamada capa de compuesto usualmente hace los componentes de anillo demasiado frágiles para conducir la aplicación de banda de transmisión pretendida de la misma. Por otra parte, disminuir la intensidad de la nitruración de gas suave incrementa sustancialmente el riesgo de que fluctuaciones sustanciales aparezcan en el espesor de las capas de superficie nitruradas formadas en la presente, debido a la comparativamente baja concentración de amoniaco en la atmósfera general del proceso, que fluctúa más fácil y más sustancialmente. Más aún, disminuir la intensidad típicamente incrementará de modo desventajoso el tiempo de proceso requerido para reconocer un grosor dado de capa de superficie nitrurada.

Es un objeto de la presente invención mejorar el proceso de nitruración de gas suave conocido como se aplica en la fabricación de los componentes de anillo de la banda de transmisión. Más en particular, está dirigido para mejorar la homogeneidad y/o consistencia de la capa de superficie nitrurada a una concentración de amoniaco comparativamente baja. Se considera que subyacente a la presente invención es el deseo para controlar de modo preciso y consistente la composición de la atmósfera de proceso en la nitruración de gas suave como mejor sea posible .

De acuerdo con la invención, el objetivo anterior puede realizarse al controlar de modo activo la reacción química que ocurre en la atmósfera de proceso del proceso de nitruración de gas suave, es decir: 2NH3 <=> N2 + 3H2 en la fase gaseosa (1) o 2NH3 2N + 3¾ en la superficie del componente de anillo en donde NH3 es la fórmula química del amoníaco N es el símbolo químico del nitrógeno H es el símbolo químico del hidrógeno Este control activo de estas reacciones químicas se realiza al suministrar no sólo gas de amoníaco a la atmósfera de proceso en la cámara del horno, sino también gas de hidrógeno. Se encontró que, como resultado, la reacción de nitruración y por lo tanto, también la concentración de amoníaco en la superficie del componente de anillo permanece de modo favorable mucho más estable, es decir fluctúa mucho menos a través de todo el proceso y/o la atmósfera de proceso. Más aún, al controlar de modo activo la reacción de nitruración, ésta puede controlarse precisa y rápidamente hacia un estado de equilibrio diferente de la misma, como puede desearse cuando diferentes composiciones de material tienen que tratarse, cuando diferentes grosores de capa de nitruro se requieren, etc. en otras palabras, el proceso de nitruración se vuelve mucho más flexible, ya que se ha convertido mucho mejor adaptable para hacer variar las circunstancias (externas) .

En particular, el control activo se basa en la constante de equilibrio KN de la reacción de nitruración mencionada en lo anterior en la fase gaseosa (1) : KN = (?[??3])/(?[?2]?1·5) (2) en donde p[X] representa la presión parcial en la atmósfera de proceso del compuesto X y conlleva efectivamente a mantener tal constante de equilibrio KN en un valor prescrito deseado seleccionado desde dentro del margen entre 0.5 y 50 bares"½ en dependencia de la temperatura del proceso en la cual se efectúa la nitruración de gas suave. En efecto, se ha observado que, cuando la temperatura del proceso incrementa, la capa residual del compuesto se forma cada vez más fácilmente, es decir, una constante de equilibrio KN más baja se requiere para evitar que tal capa de compuesto se forme .

Debido a que un rápido índice de difusión de los átomos de nitrógeno en el componente de anillo y por lo tanto, un proceso económico de nitruración de gas suave se realiza de este modo, de preferencia se considera generalmente una alta temperatura del proceso, en relación con la presente invención, la temperatura del proceso de entre 465 y 515 grados Centígrados combinados con la constante de equilibrio KN se establece entre 1 y 11 a 465 grados Centígrados y entre 1 y 3 a 515 grados Centígrados se considera el proceso óptimo ajustado del proceso de nitruración de gas suave de acuerdo con la presente invención, al menos para un material base de acero martensítico específico (véase figura 7 para ajustes adecuados de la constante de equilibrio KN en-entre estos dos valores extremos) . Más específicamente, en combinación con el valor preferido de alrededor de 10 volumen-% de gas de hidrógeno, la atmósfera de proceso de preferencia se compone además de alrededor de 5 a 25 volumen-% de gas de amoníaco con un resto de gas de nitrógeno.

Finalmente, es una característica preferida del proceso de nitruración de gas suave de acuerdo con la invención que el gas de hidrógeno suministrado a la atmósfera de proceso se obtenga a partir de amoniaco, en particular al disociar o craquear el gas de amoniaco a una temperatura elevada en un craqueador de amoniaco para producir gas de hidrógeno y gas de nitrógeno de acuerdo con la reacción de nitruración (1) anterior. Obviamente, tal característica permite al proceso de nitruración de gas suave conducirse con sólo una simple fuente para el gas de proceso, es decir, gas de amoníaco puro o, más prácticamente, una mezcla de los mismos con gas de nitrógeno .

El principio básico de la invención ahora se elucidará a manera de ejemplo, junto con un dibujo en el cual : La Figura 1 proporciona una vista en perspectiva esquemática de una transmisión continuamente variable con una banda de transmisión que corre sobre dos poleas.

La Figura 2 es una ilustración esquemática de una parte de la banda de transmisión conocida mostrada en perspectiva, que en parte incluye dos conjuntos de anillo, cada uno incluye un número de componentes de anillo de metal dispuestos concéntricamente, así como una pluralidad de miembros transversos.

La Figura 3 presenta en modo de diagrama una visión general de una parte del método de fabricación de la banda de transmisión conocida, incluyendo una etapa del proceso de nitruración de gas suave del componente de anillo de la banda de transmisión.

La Figura 4 muestra en más detalle la etapa de proceso conocida de la nitruración de gas suave.

La Figura 5 representa a modo de diagrama una etapa modificada novedosa del proceso de nitruración de gas suave que ilustra el concepto básico de la invención.

La Figura 6 representa a modo de diagrama una elaboración adicional de la etapa del proceso de nitruración de gas suave de acuerdo con la invención.

La Figura 7 es una gráfica de la posible formación de hierro-nitruro en dependencia del proceso de nitruración de gas suave.

La Figura 1 muestra esquemáticamente las partes centrales de una transmisión continuamente variable o CVT que se aplica comúnmente en la linea de accionamiento de los vehículos de motor entre el motor y las ruedas de tracción del mismo. La transmisión comprende dos poleas 1, 2, cada una provista con dos discos cónicos de polea 4, 5, donde entre una muesca de polea predominantemente en forma de V se define y de la cual un disco 4 es axialmente móvil a lo largo de un eje de polea 6, 7 sobre el cual se coloca. Una banda de transmisión 3 se enrolla alrededor de las poleas 1, 2, mientras que se mantiene por fricción, es decir, sujeta entre los discos de polea 4, 5 de la misma, para transmitir una torsión T y un movimiento giratorio ? acompañante desde una polea 1, 2 a la otra 2, 1. Al mismo tiempo, el radio de funcionamiento R de la banda de transmisión 3 entre los discos 4, 5 de las poleas 1, 2 respectivas determina la (velocidad) relación "i" del CVT, es decir, la relación entre las velocidades rotacionales de las poleas 1, 2 respectivas. Este CVT y su operación principal se conocen per se.

Un ejemplo de una banda de transmisión 3 conocida se muestra en más detalle en la figura 2 en una sección de la misma, cuya banda 3 se muestra para incorporar dos portadores sin fin 31, o conjuntos de anillo 31, que se compone cada uno de un número dispuesto concéntricamente, es decir, componentes de anillo 32 individuales mutuamente anidados. La banda de transmisión 3 además comprende una pluralidad de miembros transversos 30 similares a placa que se encuentran en contacto con y se mantienen juntos por los conjuntos de anillo 31. Los miembros transversos 30 asimilan la fuerza de sujeción ejercida entre los discos 4, 5 de cada polea, 1,2 mediante las superficies de contacto de la polea 33 que se proporcionan en cada lado lateral de las mismas. Estas superficies de contacto de polea 33 divergen mutuamente en dirección radial hacia fuera para hacer coincidir esencialmente el ángulo en V definido entre los discos de polea 4, 5 cónicamente formados, es decir, de la muesca de polea en forma de V de las poleas 1, 2. Un llamado borde oscilante 34 de cada miembro transverso 30 representa la transición entre una parte radialmente exterior del grosor constante y una parte interior radial cónica del mismo. Este borde oscilante 34 y la forma cónica de los miembros transversos 30 es el que permite que la banda de transmisión 3 siga una trayectoria suavemente curvada.

Durante la operación en el CVT, la banda de transmisión 3 y en particular sus componentes de anillo 32 se someten a una tracción que varia cíclicamente y esfuerzos de flexión, es decir, una carga de fatiga. Típicamente, la resistencia contra la fatiga o resistencia a la fatiga del componente de anillo 32 por lo tanto, determina el tiempo de vida funcional de la banda de transmisión 3 a una torsión T dada para transmitirse de este modo. Por lo tanto, ha sido desde hace mucho tiempo el objetivo general en el desarrollo del método de fabricación de la banda de transmisión realizar un anillo requerido de resistencia a la fatiga en un material combinado y costo de procesamiento mínimo.

La Figura 3 ilustra una parte relevante del método de fabricación conocido para el conjunto de anillo 31 de la banda de transmisión 3, y se practica desde los primeros años de producción de la banda de transmisión, en particular, de aplicación automotriz. En la figura 3, las etapas del proceso por separado se indican a modo de números romanos .

En una primera etapa del proceso I una lámina delgada o placa 11 de un material base de acero martensitico que tiene un grosor de alrededor de 0.4 mm se flexiona en una forma cilindrica y los extremos de placa 12 de reunión se sueldan juntos en una segunda etapa II del proceso para formar un cilindro hueco o tubo 13. En una tercera etapa III del proceso, el tubo 13 se recuece. Después de eso, en una cuarta etapa IV del proceso, el tubo 13 se corta en un número de aros anulares 14, que son de modo subsiguiente-la quinta etapa V del proceso- laminados para reducir el grosor a los mismos, típicamente, 0.2 mm, mientras que se alarga. Después del laminado, los aros 14 usualmente se denominan como un componente de anillo de la banda de transmisión 32.

El componente de anillo 32 se somete a una más, es decir, una etapa de proceso de recocido de anillo VI para eliminar el efecto de endurecimiento por deformación de la etapa de proceso de laminación previa por recuperación y recristalización del material de anillo a una temperatura considerablemente arriba de 600 grados Centígrados, por ejemplo, alrededor de 800 grados Centígrados. Después de eso, en una séptima etapa de proceso VII, el componente de anillo 32 se calibra al montarlo alrededor de dos rodillos giratorios y extenderlo a una longitud de circunferencia predefinida al forzar los rodillos por separado. En esta séptima etapa del proceso VII, también se imponen tensiones internas en el componente de anillo 32.

Después de eso, el componente de anillo 32 se trata térmicamente en dos etapas de proceso por separado, es decir, una octava etapa del proceso VIII de envejecimiento o endurecimiento por precipitación mayor y una novena etapa de proceso IX de nitruración o cementación. Más en particular, los tratamientos térmicos implican calentar el componente de anillo 32 en una cámara del horno 50 que contiene una atmósfera de gas controlada, es decir, la atmósfera de proceso respectiva. En caso de envejecimiento, tal atmósfera de proceso típicamente se compone del nitrógeno y algunos, por ejemplo hasta 5 volumen-% de hidrógeno. En el caso de la nitruración, tal atmósfera de proceso también contiene gas de amoníaco que descompone en la superficie del componente de anillo en el gas de hidrógeno y átomos de nitrógeno. Estos átomos de nitrógeno ingresan, es decir, se difunden dentro de la red metálica del componente de anillo que proporciona tales con resistencia al desgaste y una capa de superficie nitrurada endurecida.

Ambos tratamientos térmicos típicamente ocurren dentro del margen de temperatura de 400 grados Centígrados a 500 grados Centígrados y cada uno puede perder de alrededor de 45 hasta durante 120 minutos en dependencia sobre la base de material (composición de aleación de acero martensítico) para el componente de anillo 32, así como sobre las propiedades mecánicas deseadas del mismo. En este último respecto se señala que, típicamente, está dirigido a un valor de dureza de núcleo de anillo de 520 HV1.0 o más, un valor de dureza de superficie de anillo de 875 HVO .1 o más y un grosor de la capa de superficie nitrurada, alternativamente denotada como zona de difusión de nitrógeno, en el margen de 25 a 35 mieras.

Se observa que se conoce en la técnica que se realizan ambos tratamientos térmicos simultáneamente.

Finalmente, el conjunto de anillos 31 por lo tanto se forma al apilar radialmente, es decir, un número concéntricamente anidado de componentes de anillo 32 formado y procesado, como se indica además en la figura 3 en la décima etapa del proceso X y final representada en la presente. Puesto que solo una pequeña eliminación positiva o negativa se permite entre los componentes de anillo 32 vecinos, cada componente de anillo 32 del conjunto de anillo 31 se requiere para dimensionarse de modo adecuado en relación con los otros componentes de anillo 32 del mismo. Para este fin, sin embargo, los componentes de anillo 32 individuales del conjunto de anillo 31 se seleccionan de una existencia de componentes de anillo 32 de diferentes longitudes de circunferencia conocidos de forma precisa.

En la figura 4 la novena etapa del proceso IX de nitruración de gas suave se ilustra un tanto en mayor detalle. La cámara del horno 50 se muestra para suministrarse con el gas de proceso compuesto de una mezcla de nitrógeno y gas de amoniaco mediante la linea de suministro 51 y válvula (reguladora) 52. Este suministro del gas de proceso resulta en una descarga correspondiente de la atmósfera de proceso en la cámara del horno 50 mediante una linea de descarga 53. Típicamente, cualquier atmósfera de proceso que se expulse de la cámara del horno 50 se quema fuera. Será claro que debido a dicho suministro de gas de proceso "fresco" y tal descarga de atmósfera de proceso "utilizada", la composición de la atmósfera de proceso no será homogénea a través de la cámara del horno 50. Más aún, la abertura y cierre de las puertas 54 para la carga y descarga de los componentes de anillo 32 alteran la atmósfera de proceso también.

Por lo tanto, debido a que la atmósfera de proceso no es típicamente homogénea, la capa de superficie nitrurada resultante del componente de anillo 32 no se puede formar uniformemente, cuya deficiencia del proceso de nitruración de gas suave conocido se agrava cuando la concentración de amoniaco global en la atmósfera de proceso se vuelve más pequeña. aún, una baja concentración de amoníaco debe favorecerse desde una perspectiva de eficiencia del proceso.

De acuerdo con la invención, la homogeneidad y/o consistencia de la capa de superficie nitrurada del componente de anillo puede de modo favorable y sustancialmente mejorarse, especialmente a una relativamente baja concentración de amoníaco en la atmósfera de proceso, si la cámara del horno 50 no sólo se suministra con gas de amoníaco, sino también con gas de hidrógeno. Esta configuración novedosa de la novena etapa del proceso IX de nitruración de gas suave en el método de fabricación del conjunto de anillo 31 se ilustra en la figura 5 e incluye una línea de suministro 55 adicional y la válvula (regulador) 56 asociada para el suministro controlado del gas de hidrógeno, es decir, además del suministro controlado delgas de amoníaco mediante la línea de suministro 51 y la válvula (regulador) 52 asociada.

Además, se observa que también es favorable mantener la atmósfera de proceso global a una pequeña sobrepresión relativa a la presión atmosférica, para evitar, o al menos minimizar, la interferencia de la atmósfera circundante con la composición de la atmósfera de proceso.

De preferencia, la cantidad del gas de hidrógeno gue se suministra a la atmósfera de proceso se controla basada en el contenido de hidrógeno medido en la atmósfera de proceso a un valor deseado que se selecciona dentro del margen entre 5 y 15 volumen-%, por ejemplo, 10 volumen-%.

De acuerdo con la invención, la efectividad del proceso de nitruración de gas suave novedoso puede mejorarse al obtener el gas hidrógeno del proceso de la disociación del gas de amoniaco del proceso, como se ilustra esquemáticamente en la figura 6. En la figura 6, el proceso que contiene amoniaco se suministra no sólo directamente a la cámara del horno 50, sino también a un craqueador de amoniaco 57 para producir gas de hidrógeno.

De acuerdo con la invención, la efectividad del proceso de nitruración de gas suave novedoso puede mejorarse al aplicar una alta temperatura en la cámara del horno 50. Sin embargo, se ha encontrado que el hierro-nitruros se forma más fácilmente, es decir, a un valor cada vez más pequeño de la constante de equilibrio KN de la reacción de nitruración (1), de modo que incrementa la temperatura del proceso. Estos hierro-nitruros son per udiciales cuando inhiben el progreso del proceso de nitruración y también pueden formar una capa de superficie frágil del componente de anillo 32 que disminuye la resistencia a la fatiga de la misma .

Este último aspecto del proceso de nitruración de gas suave, es decir, si ocurre o no la formación de hierro-nitruro en la presente, se ilustra en la gráfica de la figura 7 en dependencia de la temperatura del proceso y el valor de la constante de equilibrio KN. a partir de esta figura 7 parece que se ajusta la alta temperatura del proceso, se reduce la constante de equilibrio KN más pequeña de la reacción de nitruración (1) que debe ajustarse para evitar la formación de hierro-nitruro . Basado en esta figura 7, las configuraciones del proceso actualmente preferidas de una temperatura del proceso de alrededor de 500 grados C y una constante de equilibrio KN de alrededor de 4 se indican por lineas discontinuas.

Se observa que, incluso si las configuraciones anteriores del proceso de nitruración de gas suave se ajustan de tal modo que se forman hierro-nitruros , la intensidad o velocidad de tal formación de hierro-nitruro aún depende de la magnitud actual de la misma. Tal intensidad de formación de hierro-nitruro se representa esquemáticamente en la figura 7 por el gradiente de color blanco a negro. Por consiguiente, aunque sea preferible aplicar las configuraciones del proceso en el lado inferior de la linea sólida en la figura 7, una transgresión más pequeña hacia el lado superior de la misma puede ser aceptable.

La invención se definirá ahora además a lo largo de un conjunto de reivindicaciones y, aparte de la descripción precedente, también se relacionan con todos los detalles en la presente, y para todos los detalles y aspectos en los dibujos discutidos que son directos y sin ambigüedades derivables desde allí por el experto en la técnica .

Claims (10)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención como antecede, se considera como novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo descrito en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un método para la nitruración de un anillo de metal para una banda de empuje para una transmisión continuamente variable, en donde el anillo se coloca en una cámara del horno que se suministra con gas de amoniaco, caracterizado porque, la cámara del horno además se suministra con gas de hidrógeno.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque, una cantidad del gas de hidrógeno que se encuentra presente en la cámara del horno se mide y se controla hacia una cantidad deseada del gas de hidrógeno al regular el suministro del gas de hidrógeno a la cámara del horno.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, se caracteriza porque, la cantidad deseada del gas de hidrógeno tiene un valor entre 5 y 15 volumen-% y de preferencia se encuentra alrededor de 10 volumen-%.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, 2 ó 3, se caracteriza porque, al regular el suministro del gas de hidrógeno y el suministro del gas de amoníaco a la cámara del horno, el valor de la constante de equilibrio KN de la reacción de nitruración en la fase gaseosa en la cámara del horno, es decir: 2NH3 O N2 + 3H2 En donde NH3 es la fórmula química del amoníaco N es el símbolo químico del nitrógeno H es el símbolo químico del hidrógeno cuya constante de equilibrio KN satisface la ecuación: KN = (p[NH3] ) /(p[NH2] )?1·5) en donde: p[NH3] representa la presión parcial del gas de amoníaco p[H2] representa la presión parcial del gas de hidrógeno que se controla hacia un valor deseado de la constante de equilibrio KN.

5. El método de conformidad con la reivindicación 4, se caracteriza porque, el valor deseado de la constante de equilibrio KN asciende entre 4 y 11.

6. El método de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, se caracteriza porque, el anillo de metal es nitruro a una temperatura entre 465 y 515 grados Centígrados.

7. El método de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, se caracteriza porque, el valor deseado de la constante de equilibrio KN es alrededor de 4 y en que el anillo de metal es nitruro a una temperatura de alrededor de 500 grados Centígrados.

8. El método de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, se caracteriza porque, una cantidad del gas de amoníaco que se encuentra presente en la cámara del horno tiene un valor entre 5 y 25 volumen-%.

9. El método de conformidad con una de las reivindicaciones precedentes, se caracteriza porque, la presión total de gas en la cámara del horno se encuentra por debajo de la presión atmosférica ambiente.

10. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, se caracteriza porque, el gas de hidrógeno que se suministra a la cámara del horno se obtiene a partir del gas de amoníaco por craqueo.