DE1101898B - Verfahren zum Erhoehen der Dauerfestigkeit von Federn aus Stahl - Google Patents

Description

• Verfahren zum Erhöhen der Dauerfestigkeit von Federn aus Stahl Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhöhen der Dauerfestigkeit von sehr stark, d. h. bis in die Nähe der Dauerbruchgrenze, dynamisch beanspruchten Federn aus Stahl. Es sind schon zahlreiche Verfahren bekannt, die diesem Zwecke dienen; beispielsweise wird bei einer Art dieser Verfahren auf den Federn eine harte Oberflächenschicht hervorgerufen, etwa durch Brennhärten oder durch Nitrieren, während die Verfahren einer zweiten Art in einem Kaltverformen einer oberflächlichen Schicht, beispielsweise durch Kugelstrahlen, bestehen. Mit diesen Verfahren kann die Festigkeit der behandelten Oberflächenschicht erhöht werden, oder es können darin nützliche Druckeigenspannungen hervorgerufen werden, und j e nach dem Verfahren trägt die Steigerung der Festigkeit oder das System der Eigenspannungen in der Oberfläche mehr oder weniger zur Steigerung der Dauerfestigkeit bei. Beides hat in manchen Fällen zu befriedigenden Erfolgen geführt, doch reicht die erlangte Steigerung der Dauerfestigkeit bei höheren Beanspruchungen in der Regel nicht aus.
• Es sind auch zwei weitere Verfahren bekannt, bei denen zum Herstellen oberflächlich gehärteter bzw. härtbarer Teile von oberflächlich gehärteten oder oberflächlich härtbaren Halbzeugen, z. B. Blechen oder Bändern, ausgegangen wird, die im Kern zähweich und zurückgefeint sind bzw. durch eine den ganzen Materialquerschnitt erfassende Verformung, etwa durch Kaltwalzen oder Kaltziehen, und anschließendes Glühen zurückgefeint werden.
• Solche Teile sind aber schon wegen ihres nähweichen Kerns nicht als Federn brauchbar, ganz abgesehen davon, daß, wenn überhaupt, in beiden Fällen keine über Bekanntes hinausgehenden Veränderungen der Oberflächenschicht entstehen. Endlich sind Verfahrensschritte der eingangs erwähnten Arten schon in einem ganz anderen Zusammenhang angewendet worden, nämlich zum Verbessern der Schmierölhaftung an den Laufflächen von stählernen Zylinderbüchsen von Brennkraftmaschinen. Dabei wurde auf diesen Laufflächen zuerst eine harte Oberflächenschicht, beispielsweise durch Nitrieren, aufgebracht und diese dann durch Sand- oder Kugelstrahlen aufgerauht. Da aber bekanntlich Zylinderbüchsen in der Haupsache auf Verschleiß und thermisch, nicht aber wie Federn dynamisch bis an die Dauerbruchgrenze beansprucht sind, so mußten nach diesem Verfahren allenfalls nebenher erzielte Verbesserungen der Dauerfestigkeit unbemerkt bleiben; keinesfalls war das Verfahren nach der Erfindung weder seiner Aufgabe nach noch nach seinen nachfolgend beschriebenen einzelnen Schritten aus dem bekannten Verfahren herleitbar.
• Das Verfahren nach der Erfindung beruht darauf, daß überraschenderweise durch eine bestimmte Vereinigung der beiden eingangs erwähnten Verfahrensarten eine nochmalige, sehr wesentliche Steigerung der Dauerfestigkeit erreicht werden kann, und es besteht darin, daß auf den Federn zunächst in an sich bekannter Weise, unter Beibehaltung bzw. Wiederherstellung eines zähharten, feinkörnigen Zustandes des Ausgangswerkstoffes im Kern, eine harte, oberflächliche Diffusionsschicht erzeugt und diese Oberflächenschicht hierauf noch einer Kaltverformung unterworfen wird.
• Zum Herstellen der harten oberflächlichen Diffusionsschicht kann eines der bekannten Verfahren verwendet werden, beispielsweise Aufkohlen mit anschließendem Härten, Nitrieren oder Carbonitrieren; dabei sind wegen der Bedingung, daß ein nähharter, feinkörniger Zustand des Ausgangswerkstoffes im Kern beibehalten bzw. wiederhergestellt werden soll, im Falle des Einsatzhärtens entweder von vornherein sogenannte Feinkornstähle zu verwenden, oder es ist, falls übliche Federstähle verwendet werden, das Einsatzhärten. als sogenanntes Doppelhärten mit Kernrückfeinen auszuführen.
• Das Kaltverformen kann in gleichfalls bekannter Weise, z. B. durch Kugelstrahlen, Oberflächendrücken oder Rollieren, erfolgen.
• Es kann des weiteren vorteilhaft sein, die Bauteile nach dem Kugelstrahlen durch eine vZ'ärmebehandlung zu entspannen. Die Temperatur für das Entspannen soll unterhalb 300° C liegen, vorzugsweise zwischen 200 und 300° C.
• Die Wirksamkeit des Verfahrens nach der Erfindung im Vergleich mit den bekannten Verfahren zeigt das folgende Beispiel. Ertragbare Torsionsschwellbeanspruchung bei einer Druckfeder bei 107 Lastwechseln:

  Vergütete, kugelgestrählte

  Feder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 bis 70. kg/mm2

  Nitrierte Feder . . . . . .-. . . : . . etwa 60 kg/mm2

  Nitrierte, kugelgestrählte

  Feder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 bis 95 kg/mm2

  Aufgekohlte und gehärtete,

  kugelgestrählte Feder .... 90 bis 95 kg/mm2

  Das Verfahren gemäß der Erfindung ergibt demnach im vorliegenden Beispiel (dritter und vierter Fall) eine Steigerung der Wechselfestigkeit um mindestens 25 bis 30°/o.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Erhöhen der Dauerfestigkeit von sehr stark, d. h. bis in die Nähe der Dauerbruchgrenze, dynamisch beanspruchten Federn. aus Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß auf diesen zunächst in an sich bekannter Weise, unter Beibehaltung bzw. Wiederherstellung eines zähharten, feinkörnigen Zustandes des Ausgangswerkstoffes im Kern, eine harte, - oberflächliche Diffusionsschicht erzeugt und diese Oberflächenschicht hieraufnoch einer Kaltverformung unterworfen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die harte, oberflächliche Diffusionsschicht durch Bekohlen und anschließendes Härten, durch Nitrieren oder durch Carbonitrieren hervorgerufen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Kaltverformung der Oberfläche durch Kugelstrahlen, Oberflächendrücken oder Rollieren hervorgerufen wird.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, -daß der Bauteil nach dem Kaltverfahren unterhalb. 300° C, vorzugsweise zwischen 200 und 300° C, entspannt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 421435; britische Patentschrift Nr. 573 118.