DD277283A1 - Verfahren zur herstellung von oberflaechenschutzschichten fuer zylinderrohre aus stahl, insbesondere fuer fluidische linearantriebe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Oberflaechenschutzschichten fuer Zylinderrohre aus Stahl, insbesondere fuer fluidische Linearantriebe. Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung von Schutzschichten auf Stahlrohre aus kohlenstoffarmen Stahl, die insbesondere in Arbeitszylindern der Pneumatik und Hydraulik zur Anwendung gelangen. Hierbei wird in einer ersten Verfahrensstufe die Rohrinnenflaeche nach bekannten Aufkohlverfahren und unter bekannten Bedingungen solange zementiert, bis der Kohlenstoffgehalt 0,9% betraegt. In einer nachgeschalteten zweiten Phase wird dann eine Inchromierung des Zylinders nach bekannten Inchromierverfahren und unter bekannten -bedingungen durchgefuehrt. Als Ergebnis entsteht auf der kohlenstoffreichen Innenflaeche eine bestaendige und verschleissfeste Chromkarbidschicht und auf der Aussenseite eine haltbare und korrosionsbestaendige Legierungsschicht aus Eisen-Chrom-Mischkristallen.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist als Verfahren zur Herstellung von Oberflächenschutzschichten für Stahlzylinder der Fluidtechnik, aber auch für Stahlrohreim Rohrleitungsbau anwendbar. Sie ist besonders gut dort einsetzbar, wo es darum geht, einen geringen Verschleiß, eine geringe Korrosion, eine lange Lebensdauer und eine hohe Zuverlässigkeit von Zylindern und Ventilen zu erreichen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bisher werden Arbeitszylinder und Ventilgehäuse in der Fluidtechnik in der Mehrzahl aus Aluminiumlegierungen, die aus Gründen des Korrosions- und Verschleißschutzes galvanisch eloxiert sind, gefertigt. Diese Aluminiumzylinder können durch die Eloxierung nach den Verfahren gemäß DDR-Wirtschaftspatent Nr.221761 und 246323 eine Oberflächenhärte von 450HV 0,02 erreichen. Untersuchungen und praktische Erfahrungen zeigen jedoch, daß die Lebensdauer dieser harten Schicht zeitlich begrenzt ist. Außerdem sind Tendenzen erkennbar, daß Aluminium zur Herstellung von Zylindern und Ventilgehäusen nicht in ausreichendem Maße als Werkstoff zur Verfügung stehen wird. Neben den bekannten, jedoch auch nur begrenzt einsetzbaren und verfügbaren Gußeisenzylindern ist die Herstellung von Zylindern und Gehäusen aus Stahl möglich. Die bekannten Oberflächenveredlungsverfahren für gußeiserne Zylinder, wie z. B. das Auftragen einer mit 2 bis 3% Graphit versehenen Kuststoffschicht nach DDR-Wirtschaftspatent Nr. 227 765 (IPK F16 J 10/04) oder das Auftragen einer epoxidharzgetränkten Oxidkeramikschicht nach EP-Patentschrift Nr.0054625 (IPK F 04 B 39/12) sind entweder nur speziell für gußeiserne Zylinder anwendbar oder ihre Herstellung ist aufgrund mangelnder Verfügbarkeit ihrer Ausgangsstoffe ökonomisch nicht vertretbar. Es gibt auch Sonderzylinder aus Stahl, wie z. B. die Teleskopzylinder der Fa. Miele (BRD), die jedoch aus teurem Stahl, der hartverchromt wurde, gefertigt sind.

Die zum Oberflächenveredeln von Stahlzylindern z. Z. angewandten Verfahren, wie Gasnitrieren, Vernickeln u. ä., Schaffen zwar einen günstigen Verschleiß- als auch einen begrenzten Korrosionsschutz, jedoch ist wegen der ungleichmäßigen Schichtausbildung ein ungleichmäßiger Verschleiß zu erwarten. Aus der Literatur (z. B. in H. Knauscher: „Oberflächenveredeln und Plattieren von Metallen", Leipzig, 1978) und aus Patentschriften ist bekannt, daß das Verfahren des Inchromierens sehr korrosionsträge Oberflächenschichten schafft und bei Stählen mit hohen Kohlenstoffanteilen (C > 0,9%) sich durch das Chrom eine sehr harte und verschleißfeste Chromkarbidschicht ausbildet. Außerdem wird bei der Inchromierung ein umwandlungsfreies Gefüge erreicht. Verfahren zur Herstellung von Verschleißschutzschichten durch Inchromieren werden z. B. in der DDR-Patentschrift Nr.66345 und in der US-Patentschrift Nr.4518624 (IPK C 23 C11/04) beschrieben. Ein Zylinder der Fluidtechnik verlangt eine verschleißfeste innere Lauffläche und eine korrosionsträge Außenfläche. Da beim Inchromieren in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt des Stahls sehr verschleißfeste (bei C > 0,9%) und bei niedrigem Kohlenstoffgehalt sehr korrosionsstabile Schichten entstehen, ist es mit den üblichen Verfahren nicht möglich, daß gleichzeitig mit der Ausbildung einer korrosionsstabilen Schicht auch eine sehr gute verschleißfeste Schutzschicht aufgebaut wird und umgekehrt.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat die Aufgabe, die bekannten Mängel zu beseitigen. Es soll ein relativ preisgünstiges Oberflächenveredlungsverfahren für Zylinderrohre aus unlegiertem Baustahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (C < 0,2%), also unlegiertem üblichen Rohrstahl, mit dem Ziel entwickelt werden, im Inneren eine verschleißfeste und auf der Außenfläche eine korrosionsträge Schutzschicht zu schaffen.

Die Schichten sollen gleichmäßig dick sein und zu einer Erhöhung der Lebensdauer der Zylinderrohre und zur Verbesserung der Zuverlässigkeit pneumatischer und hydraulischer Anlagen beitragen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es steht die Aufgabe, ein Oberflächenveredlungsverfahren für Zylinderrohre, die aus Rohrhalbzeugen aus unlegiertem kohlenstoffarmen Stahl hergestellt sind, zu schaffen, das einen optimalen Verschleißschutz an der Innen- bzw. Lauffläche des Zylinders garantiert und gleichzeitig an der Außenfläche einen hervorragenden Korrosionsschutz bildet. Dabei sollen die erzeugten Schutzschichten von gleichmäßiger Dicke und hoher Beständigkeit und das Herstellungsverfahren relativ einfach ausführbar sein.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die Rohre aus unlegiertem kohlenstoffarmen (C < 0,2%) Stahl nach einer mechanischen Vorbehandlung und Säuberung von Öl- und Fettschichten, durch Aufkohlen des Rohrinneren mit bekannten Aufkohlrnedien und unter bekannten Aufkühlbedingungen, bis der Kohlenstoffgehalt der Rohrinnenfläche 0,9% beträgt, behandelt werden und nach einer sich anschließenden Säuberung einem bekannten Inchromierregime unter den dafür üblichen Bedingungen ausgesetzt werden. Infolge der kohlenstoffreicheren Innenfläche bilden sich durch das Inchromieren eine beständige und verschleißfeste Chromkarbidschicht und gleichzeitig an der kohlenstoffarmen Außenseite durch die Chromdiffusion in die Stahloberfläche eine fest mit dem Rohrgrundwerkstoff verbundene, im wesentlichen aus Eisen-Chrom-Mischkristallen bestehende, sehr korrosionsbeständige Legierungsschicht aus.

Ausführungsbeispiel

Ein nahtloses Stahlrohr der Stahlqualität St 33 wird nach einer mechanischen Vorbehandlung durch Drehen und Schleifen und einer darauffolgenden Entfettung der Oberfläche innen mit pulverförmigen Aufkohlungsmedien, wie Bariumkarbonat und Holzkohle, gefüllt und anschließend bei der üblichen Aufkohltemperatur von t - 800°C eine Stunde lang zementiert. Dadurch erhöht sich der Kohlenstoffgehalt in der Oberflächenschicht an der Innenseite des Rohres auf etwa 0,9%. Nach erfolgter Säuberung von Schmutzteilchen wird das Rohr bzw. der Zylinder bei einer Temperatur um 1000⁰C mit bekannten Inchromiermedien, z. B. Chrom-Halogeniddampf, unter den allgemein bekannten Bedingungen inchromiert. Nach etwa 5 Stunden, je nach Inchromierverfahren, hat sich eine etwa 15 μ dicke Chromkarbidschicht im Inneren und eine im wesentlichen aus Chrcm-Eisen-Mischkristallen bestehende Legierungsschicht an den übrigen Flächen des Rohres ausgebildet. Diese Legierungsschicht ist sehr korrosionsbeständig, hart und haltbar und gelangt deshalb gerade dort zur Anwendung, wo wegen der Relativbewegung zwischen Kolben und Zylinder eine große Reibung, verbunden mit einem großen zu erwartenden Verschleiß auftritt.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung von Oberflächenschutzschichten für Zylinderrohre aus unlegiertem kohlenstoffarmen Stahl, insbesondere für Zylinder der Fluidtechnik, gekennzeichnet dadurch, daß nach einer mechanischen Vorbearbeitung und einer Säuberung das Zylinderinnere von gasförmigen Aufkohlmedien durchströmt bzw. mit pulverförmigen Aufkohlmitteln gefüllt und unter den bekannten Aufkohlbedingungen und Verfahren solange zementiert wird, bis sich in den obersten Schichten der Zylinderinnenfläche der Kohlenstoffgehalt auf 0,9% erhöht hat, worauf in einerzweiteri Stufe der Zylinder nach einervorangegangenen erneuten Säuberung nach bekannten Inchromierverfahren und unter bekannten Verfahrensbedingungen eine Inchromierung erhält, in deren Ergebnis sich in den kohlenstoffangereicherten Schichten der Innen-Fläche eine Chromkarbidfchicht und an der Außenfläche sich eine Legierungsschicht aus Eisen-Chrom-Mischkristallen ausbildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die erzeugten Schichten mindestens

dick sind.