Verfahren zur Herstellung von auf Reibung beanspruchten Bauteilen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von auf Reibung beanspruchten Bauteilen.
Es ist bekannt, Lager und andere auf Reibung beanspruchte Bauteile aus Gusseisen herzustellen. Gusseisen ergibt in vielen Fällen ausreichende Gleiteigenschaften und Ver schleissfestigkeit, doch erträgt es nur geringe Lagerbeanspruchung und ist empfindlich gegen Kantenpressung, Aussetzen der Schmie rung und stoss- bezw. schlagartige Beanspru chung. Ferner erfordert es eine reichliche Be messung des Lagerspiels und die Verwen dung von hartem Werkstoff für Wellen und Zapfen.
Es ist ferner bekannt, für Lager und ähn liche Bauteile legiertes Gusseisen sowie ther misch behandeltes Gusseisen zu verwenden, welches gegenüber gewöhnlichem Gusseisen etwas günstigere Eigenschaften aufweist.
Von Gusseisen kennt man seit langem die Erscheinung des "Wachsems". Das ist eine Volumenvergrösserung, die nach längerer Er wärmung auf Temperaturen ab etwa 350 C aufwärts entsteht. Von Einfluss auf dieses Wachsen ist unter anderem die Zusammen setzung des Gusseisens, die Temperatur und die Glühatmosphäre. So wird beispielsweise das Wachsen durch hohen Kohlenstoffgehalt und hohen Siliziumgehalt begünstigt. Von Wichtigkeit scheint auch die Form des Koh lenstoffgehaltes zu sein, in der er im Gefüge auftritt.
Die bleibende Volumenzunahme kann durch den Zerfall des gebundenen Koh lenstoffes einen Höchstbetrag von zirka 3 ergeben, der grösste Teil der Volumenzunahme erfolgt jedoch dadurch, dass der Werkstoff entlang den Graphitlamellen auseinanderge- trieben wird. Diese letztgenannte Erschei nung bezeichnet man auch als "Verrottung". Im allgemeinen hält man nun das Wachsen des Gusseisens, insbesondere aber seine Ver rottung für durchaus schädlich und ist des halb bemüht, diese Erscheinung durch die Wahl der Zusammensetzung und durch die Wärmebehandlung zu verhindern.
Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, dass Gusseisen, welches zu einem Wachsen und zu teilweiser Verrottung gebracht wurde, sich ausgezeichnet für Lager und ähnliche Bauteile, die auf Reibung beansprucht sind, eignet. Das Verfahren gemäss der Erfindung besteht deshalb darin, dass diese Bauteile aus einer Eisen-Kohlenstofflegierung mit 1-4, ö freiem Kohlenstoff erzeugt und einer Wärme behandlung unterzogen werden, die zu einem Wachsen des Werkstoffes mit teilweiser Verrottung führt.
Die Härte der so leerge stellten Bauteile ist im Vergleich zum ge wöhnlichen Gusseisen sehr niedrig und der verrottete Werkstoff hat die Fähigkeit, er hebliche Schmiermittelmengen aufzunehmen und den Bauteilen gute Notlaufeigenschaften zu verleihen. Gemäss der Erfindung herge stellte Teile eignen sich daher ausgezeichnet für Lager, denn sie vertragen hohe Lager- beanspruchungen, weisen guten Verschleiss widerstand auf und eignen sich auch für die Lagerung von Wellen und Zapfen, die aus weichem Werkstoff hergestellt sind.
Um eine geeignete Ausscheidung und feine Verteilung, des freien Kohlenstoffes bei den Bauteilen zu erreichen, können verschie dene Massnahmen angewendet werden. Bei spielsweise kann die Legierung vor dem Ver giessen überhitzt, also auf eine Temperatur gebracht werden, die wesentlich höher liegt als die Schmelztemperatur der Legierung. Weiterhin können die gegossenen Teile rasch abgekühlt werden.
Die Wärmebehandlung zur Erzielung des Wachsens und der teilweisen Verrottung kann in neutraler Atmosphäre vorgenom men werden. Zwar wurde früher die Ansicht vertreten, dass das Wachsen auf einer Oxyda- tion von Legierungsbestandteilen zurückzu führen sei. Doch hat sieh überraschenderweise; gezeigt, dass die Wärmebehandlung gemäss der Erfindung besonders vorteilhaft\ in redu zierender Atmosphäre vorgenommen werden kann, weil dadurch eine grössere Gleich mässigkeit des Werkstoffes über den ganzen Querschnitt erreicht wird.
Die Wärmebe handlung wird in der Regel so durchgeführt, dass der Werkstoff so hoch erwärmt- wird, dass das übereutektoide Eisenkarbid zum Zer fall gebracht wird. An diese Behandlung schliesst sieh die weitere Behandlung an, in- dein der Werkstoff einer derartigen Tempe ratur unterworfen wird, dass in der Nähe des Ac1-Punktes auch das eutektoide Karbid zum Zerfall gebracht wird. Bei der ersten Behand lung liegen die Temperaturen erheblich über denn Ac1 Punkte, während die Temperaturen bei der zweiten Behandlung niedriger liegen, und zwar in der Nähe des Acl-Punktes. Hier auf wird zweckmässig langsam abgekühlt.
Die so wärmebehandelten Teile können vor ihrer Verwendung spanabhebend auf Fertigmass bearbeitet werden. Schliesslich kön nen sie noch. mit geeigneten Schmiermitteln getränkt werden, was zweckmässig im Va kuum geschieht.
Die Eisen-Kohlenstofflegierung kann noch Zusätze enthalten. die ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften verbessern. Silizium kann in Mengen von 0,5-3,5% zu gegen sein. Es begünstigt die Abscheidung des freien Kohlenstoffes als Graphit, verhin dert also die Bildung von weissem Eisen. Die Verrottung kann unter Anwendung von hohem Kohlenstoff- und Siliziumgehalt sehr günstig durchgeführt werden. Weiterhin kann Mangan in Mengen von 0,1-1,5 % zugegen sein. Zwar wirkt das Mangan dem Silizium entgegen, da es karbidbildend wirkt.
Es ver bessert aber die Verschleissfestigkeit. Schliess lich können nach Zusätze in der Legierung enthalten sein, welche von der Grundmasse unter Nisehkristallbildung aufgenommen werden und die Festigkeit der Grundmasse steigern. hin solcher Zusatz ist beispielsweise Nickel in Gehalten von 0,1-5%.
Im folgenden sind zwei Zusammensetzun- ( In von Legierungen genannt, die für das Verfahren gemäss der Erfindung verwendet werden können.
EMI0002.0047
<I>Beispiel <SEP> 1:</I>
<tb> Kohlenstoff <SEP> "-(:,samt <SEP> = <SEP> 3,4()%
<tb> Kohlenstoff <SEP> gebunden <SEP> = <SEP> 0,20
<tb> Graphit <SEP> = <SEP> 3,20
<tb> Silizium <SEP> = <SEP> 1,60%
<tb> Nanban <SEP> = <SEP> 0,50%
<tb> Phosphor <SEP> = <SEP> 0,15
<tb> Schwefel <SEP> = <SEP> <B>0,09%</B> Wärmebehandlung: 15 Stunden bei 950 C reduzierend glühen. Abkühlung langsam im Ofen.
EMI0003.0001
<I>Beispiel <SEP> 2:</I>
<tb> Kohlenstoff <SEP> gesamt <SEP> = <SEP> 3,60
<tb> Kohlenstoff <SEP> gebunden <SEP> = <SEP> 0,10%
<tb> Graphit <SEP> = <SEP> 3,50
<tb> Silizium <SEP> = <SEP> 1,00
<tb> Mangan <SEP> = <SEP> 0,20
<tb> Phosphor <SEP> = <SEP> 0,08
<tb> Schwefel <SEP> = <SEP> 0,09
<tb> Nickel <SEP> = <SEP> 1,50
<tb> Chrom <SEP> = <SEP> <B>0,25%</B> Thermische Behandlung: 15 Stunden bei 975 C reduzierend glühen. Langsam im Ofen abkühlen lassen auf zirka 700 C. Weitere 5 Stunden auf dieser Temperatur halten und anschliessend im Ofen langsam vollständig er kalten lassen.
Process for the production of components subject to friction. The invention relates to a method for producing components subject to friction.
It is known to manufacture bearings and other frictionally stressed components from cast iron. In many cases, cast iron provides sufficient sliding properties and wear resistance, but it only tolerates low bearing loads and is sensitive to edge pressure, exposure to lubrication and impact or. sudden stress. It also requires ample measurement of the bearing play and the use of hard material for shafts and journals.
It is also known to use alloyed cast iron as well as ther mixed cast iron for bearings and similar Liche components, which has somewhat more favorable properties than ordinary cast iron.
The appearance of "wax" has long been known from cast iron. This is an increase in volume that occurs after prolonged warming to temperatures from around 350 C. The composition of the cast iron, the temperature and the annealing atmosphere have an influence on this growth. For example, growth is favored by a high carbon content and a high silicon content. The form of the carbon content in which it occurs in the structure also seems to be important.
The remaining increase in volume can result in a maximum amount of around 3 due to the disintegration of the bonded carbon, but most of the increase in volume occurs because the material is driven apart along the graphite lamellae. This latter phenomenon is also referred to as "rotting". In general, the waxing of the cast iron, but in particular its rotting, is considered to be quite harmful, and efforts are therefore made to prevent this phenomenon through the choice of composition and through the heat treatment.
Surprisingly, it has now been shown that cast iron which has been caused to grow and partially rot is ideally suited for bearings and similar components that are subject to friction. The method according to the invention therefore consists in producing these components from an iron-carbon alloy with 1-4, ö free carbon and subjecting them to a heat treatment which leads to the material growing with partial rotting.
The hardness of the components left empty in this way is very low compared to ordinary cast iron and the rotted material has the ability to absorb substantial quantities of lubricant and to give the components good emergency running properties. According to the invention produced parts are therefore excellent for bearings, because they can withstand high bearing loads, have good wear resistance and are also suitable for the storage of shafts and journals made of soft material.
Various measures can be used to achieve a suitable separation and fine distribution of the free carbon in the components. For example, the alloy can be overheated before casting, ie brought to a temperature that is significantly higher than the melting temperature of the alloy. Furthermore, the molded parts can be cooled quickly.
The heat treatment to achieve growth and partial rotting can be carried out in a neutral atmosphere. In the past the view was taken that the growth was due to the oxidation of alloy components. But it has surprisingly; shown that the heat treatment according to the invention can be carried out particularly advantageously \ in a reducing atmosphere, because a greater uniformity of the material is achieved over the entire cross-section.
The heat treatment is usually carried out in such a way that the material is heated to such an extent that the hypereutectoid iron carbide is brought to decay. This treatment is followed by the further treatment in which the material is subjected to such a temperature that the eutectoid carbide is also brought to disintegration near the Ac1 point. In the first treatment the temperatures are well above the Ac1 point, while the temperatures in the second treatment are lower, in the vicinity of the Acl point. Here it is advisable to cool slowly.
The parts heat-treated in this way can be machined to their finished size before they are used. After all, they still can. be soaked with suitable lubricants, which is conveniently done in the vacuum.
The iron-carbon alloy can also contain additives. which improve their physical and chemical properties. Silicon can be used against in amounts of 0.5-3.5%. It favors the deposition of free carbon as graphite, thus preventing the formation of white iron. The rotting can be carried out very cheaply using a high carbon and silicon content. Manganese can also be present in amounts of 0.1-1.5%. It is true that the manganese counteracts the silicon because it has a carbide-forming effect.
But it improves the wear resistance. Finally, additives may be contained in the alloy, which are absorbed by the base material with the formation of crystals and increase the strength of the base material. such an addition is, for example, nickel in contents of 0.1-5%.
In the following two compositions are mentioned of alloys which can be used for the method according to the invention.
EMI0002.0047
<I> Example <SEP> 1: </I>
<tb> Carbon <SEP> "- (:, including <SEP> = <SEP> 3.4 ()%
<tb> carbon <SEP> bound <SEP> = <SEP> 0.20
<tb> graphite <SEP> = <SEP> 3.20
<tb> silicon <SEP> = <SEP> 1.60%
<tb> Nanban <SEP> = <SEP> 0.50%
<tb> phosphor <SEP> = <SEP> 0.15
<tb> Sulfur <SEP> = <SEP> <B> 0.09% </B> Heat treatment: 15 hours at 950 C reducing annealing. Slowly cool in the oven.
EMI0003.0001
<I> Example <SEP> 2: </I>
<tb> Carbon <SEP> total <SEP> = <SEP> 3.60
<tb> carbon <SEP> bound <SEP> = <SEP> 0.10%
<tb> graphite <SEP> = <SEP> 3.50
<tb> silicon <SEP> = <SEP> 1.00
<tb> Manganese <SEP> = <SEP> 0.20
<tb> phosphor <SEP> = <SEP> 0.08
<tb> sulfur <SEP> = <SEP> 0.09
<tb> Nickel <SEP> = <SEP> 1.50
<tb> Chromium <SEP> = <SEP> <B> 0.25% </B> Thermal treatment: 15 hours at 975 C reducing annealing. Allow to cool slowly in the oven to about 700 C. Hold at this temperature for another 5 hours and then slowly let it cool completely in the oven.