DE1133612B - Verfahren zur Herstellung von gleitend beanspruchten Lagerteilen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von gleitend beanspruchten Lagerteilen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gleitend beanspruchten Lagerteilen.
• Das wesentliche Kennzeichen des Verfahrens be, steht darin, daß die Lagerteile aus Zirkoniummetall hergestellt und ihre Gleitflächen so lange oxydiert werden, bis diese Flächen eine blauschwarze Färbung zeigen.
• Die Lagerteile werden zuerst durch Formung eines Stückes Zirkoniummetall, das vorzugsweise frei von Hafnium ist, in die erforderliche Form gebracht.
• Der geformte Lagerteil wird dann Oxydationsbedingungen unterworfen, so daß das an der Oberfläche befindliche Metall oxydiert, um auf dem Metallstück eine aus Zirkoniumoxyd bestehende Schicht zu bilden. Es ist sehr wichtig, daß die Oxydation nur bis zu einem Punkt getrieben wird, bei welchem das gebildete Zirkoniumdioxyd eine besondere kristalline Struktur aufweist. Zirkoniumdioxyd tritt in verschiedenen kristallinen Modifikationen auf, nämlich monoklin, tetragonal, kubisch und hexagonal. Für die Zwecke der Erfindung ist wichtig, daß die Oxydationsschicht am Metallstück fest anhaftet. Es wurde gefunden, däß bei Oxydation des Zirkoniumstückes bis zu dem Punkt, bei welchem ein Zirkoniumdioxyd von auffallend schwarzer oder blauschwarzer Farbe erhalten wird, die sich ergebende Oxydationsschicht am Metallstück fest anhaftet. Diese Oxydationsschicht weist eine sehr ausgeprägte monokline kristalline Struktur auf. Wenn hingegen die Oxydation fortgesetzt wird, bis eine weiße Dioxydschicht von normaler monokliner kristalliner Struktur erhalten wird, zeigt diese Schicht die Neigung, sich abzulösen und abzubröckeln. Wie oben angegeben wurde, hat die Zirkoniumdioxydschicht gemäß der Erfindung eine auffallend schwarze oder blauschwarze Farbe und eine Dichte von ungefähr 5,31 g/cm3.
• Die Oxydation wird auf irgendeine zweckmäßige Weise ausgeführt. Sie kann beispielsweise bewirkt werden, indem das Zirkoniumstück in Luft, Sauerstoff, Dampf oder Heißwasser erhitzt wird. Eine bequeme Weise der Ausführung der Oxydation besteht einfach darin, daß die Metallstücke in einem elektrischen Ofen angeordnet und in einer Luftatmosphäre erhitzt werden. Die Metallstücke können dabei bei Temperaturen von 700 bis 900° C während eines Zeitraumes von 1/2 Stunde bis zu 6 Stunden oder mehr oxydiert werden. Bei den höheren Temperaturen erfolgt die Oxydation sehr rasch, und es muß darauf geachtet werden, daß die Behandlungsdauer geregelt wird, weil eine zu lange Oxydationsperiode eine übermäßige Dimensionsänderung und die Bildung einer weißen Oxydschicht von normaler monokliner kristalliner Struktur ergibt. Wenn eine große Anzahl von Lagerteilen gleichzeitig behandelt wird, kann die Zuführung von Luft in den Ofen erforderlich sein. Die zugeführte Luftmenge soll etwa 28,3 dm3/h für 645 cm:' Oberfläche der behandelten Lagerteile betragen. Es ist wünschenswert, daß bei einem Mindestmaß an Dimensionsänderung eine dicke blauschwarze Oxydschicht hergestellt wird. Die gewünschten Ergebnisse werden im allgemeinen bei einer Temperatur von 800° C und während eines Zeitraumes von 2 Stunden erzielt. Die erzeugte Oxydschicht hat eine Dicke von ungefähr 0,005 bis 0,038 mm, und der Lagerteil weist pro 25,4 mm des Durchmessers eine Zunahme des Durchmessers um etwa 0,038 mm auf.
• Der auf diese Weise hergestellte Lagerteil mit einer aus einem fest anhaftenden Oxydationsprodukt bestehenden Oberfläche ist gegen Korrosion und Abnützung durch Reibung sehr widerstandsfähig, wenn er unter ungewöhnlichen Betriebsbedingungen verwendet wird. Beispielsweise ist der Lagerteil bei einem nur mit Wasserschmierung betriebenen Lager sehr zufriedenstellend. Der beschriebene Lagerteil wirkt nur mit Wasserschmierung zufriedenstellend in Berührung mit verschiedenen Materialien, wie z. B. nichtrostendem Stahl (416) (gehärtet und ungehärtet), nichtrostendem Stahl (304) mit hartem Chromüberzug, nichtrostendem Stahl (304) mit Oberflächenoxydschicht, die durch Erhitzen während 2 Stunden bei 900° C erhalten wird, chromlegiertem Stahl (1020) und einer Legierung mit der Handelsbezeichnung Waukesha 88.
• Die genannten Materialien haben die folgende chemische Zusammensetzung:

  a) nichtrostender Stahl (416)

  Kohlenstoff ............... maximal 0,150/0

  Mangan .................. maximal 1,25%

  Phosphor ................. maximal 0,06 0/0

  Schwefel ................. maximal 0,15 %

  Silizium .................. maximal 1,00%

  Chrom ................... 12,00 bis 14,00%

  Eisen .................... Rest

  b) nichtrostender Stahl (304)

  Kohlenstoff ............... maximal 0,08 %

  Mangan .................. maximal 2,00%

  Chrom ................... 18 bis 20 %

  Nickel ................... 8 bis 11%

  Eisen .................... Rest

  c) chromlegierter Stahl (1020)

  Kohlenstoff ............... 0,18 bis 0,23 0/0

  Mangan .................. 0,30 bis 0;60%

  Phosphor .............:... maximal 0,0400/0

  Schwefel ................. maximal 0,050%

  Chrom ................... 0,251/0

  Eisen .................... Rest

  d) Legierung mit der Handesbezeichnung

  Waukesha 88

  Kohlenstoff ............... maximal 0,05%

  Silizium .................. 0,15 bis 0,50%

  Mangan .................. 0,65 bis 1,00%

  Zinn ..................... 3,00 bis 5,00%

  Wismut .................. 3,00 bis 4,50%

  Molybdän ................ 2,50 bis 3,50%

  Chrom ................... 11,00 bis 14,00%

  Eisen .................... 4,00 bis 6,00%

  Nickel ................... Rest

  Die Korrodierungsgeschwindigkeit der beschriebenen Lagerteile ist bei niedrigen Temperaturen gering, und während des Betriebsstillstandes erfolgt keine wesentliche Ansammlung von Korrosionsprodukten. Wie bereits erwähnt, ist der Widerstand gegen Abnützung durch Reibung groß. Es wird angenommen, daß die Oxydschicht teilweise durch die Hitze erneuert wird, die durch die Reibungswirkung der Oberfläche bei geringen Belastungen erzeugt wird. Hafniumfreies Zirkonium hat einen niedrigen Neutronen-Auffangquerschnitt, was seine Verwendung als Lagerteil in den Bereichen mit starker Strömung eines Reaktors ermöglicht.
• In der nachstehenden Tabelle sind die Ergebnisse von Abnützungsversuchen angegeben, die mit einem Lager von 23,85 mm Außendurchmesser, 19,05 mm Innendurchmesser und 19,05 mm Länge sowie einem Lagerzapfen von 19,05 mm Durchmesser und 19,05 mm Länge ausgeführt wurden, die vollständig in Wasser eingetaucht waren. Der Lagerzapfen dreht sich mit einer Geschwindigkeit von 170,67 mm/s, während der Lagerteil unbeweglich gehalten wurde.

  Belastung

  des Gewichsverlust um-

  Material hervor- in mg drehun-

  stehenden gen in

  Bereichs Lager

  Lagerzapfen Lager in kg/cm2 zapfen I Lager Millionen

  Nichtrostender Stahl (416) mit Hafniumfreies Zirkonium mit der 1,89 433 15 8,7

  Rockwelihärte C 45 beschriebenen Oxydschicht

  Nichtrostender Stahl (416) mit Hafniumfreies Zirkonium mit der 1,89 240 4,8 5,2

  Rockwellhärte C 45 beschriebenen Oxydschicht

  Nichtrostender Stahl (304) mit har- Hafniumfreies Zirkonium mit der 2,38 30 3 2,5

  tem Chromüberzug beschriebenen Oxydschicht

  Nichtrostender Stahl (304L) mit Zirkonium mit der beschriebenen 2,66 90 14 8,2

  Oberliächenoxydschicht Oberflächenoxydschicht

  Nichtrostender Stahl (304) Legierung Waukesha 88 2,38 255 285 1,86

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1.
2. Verfahren zur Herstellung von gleitend be-
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, anspruchten Lagerteilen, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerteile mehr daß diese aus Zirkoniummetall hergestellt und als 1/z Stunde bei einer Temperatur von 700 bis ihre Gleitflächen so lange oxydiert werden, bis 900° C oxydiert werden. diese Flächen eine blauschwarze Färbung zeigen.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge-2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Lagerteile ungefähr 2 Stunkennzeichnet, daß die Lagerteile zur Oxydation den bei einer Temperatur von etwa 800° C oxyin Luftatmosphäre erhitzt werden. diert werden.