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Verwendung einer Chromstahllegierung als Werkstoff für Sägekettenglieder
und Verfahren zu deren Herstellung Es ist bekannt Schneid- -und Fräswerkzeuge aus
einer Stahllegierung herzustellen, welche 0;1 bis Q,2 °/o C und $ bis 14
% Cr sowie 0,5 bis 2,0 °/o Ni enthält. Ein solches Schneid- und Fräswerkzeug
wird als Ganzes gleichmäßig erhitzt und dann abgelöscht. Die so hergestellten Werkzeuge
sind für Metallbearbeitung bestimmt.
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Ferner gehört die Herstellung von SEhneidgliedern für Sägeketten aus
urilegierten oder niedriglegierten Stählen zum Stand der Technik. Aus solchen Stählen
hergestellte Glieder und aus solchen Gliedern hergestellte Sägeketten haben verschiedene
Nachteile.
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Es war bisher nicht möglich, die Lebensdauer von Gliedern aus den
erwähnten Stahlarten durch Verbesserung der Qualität und/oder der Behandlung des
Stahls im wesentlichen Maße zu verbessern.
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Insbesondere war es bisher ein Problem, Risse, Sprünge u. dgl. bei
der Verformung der Schneidzahnteile der Glieder, z. B. durch Biegen im Gesenk, zu
vermeiden. Es besteht daher das Bedürfnis nach einem Material, das eine bessere
Verformbarkeit bei der Herstellung der Glieder, insbesondere der Schneidglieder
hat.
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Sägeketten mit Gliedern, die aus urilegierten oder niedriglegierten
Stählen hergestellt sind, weisen auch weitere Nachteile auf. Bewegt sich die Kette
sehr rasch. in der Führungsschiene, dann greifen die Schneidglieder so in das Holz
ein, daß sie beträchtlichen Druckkräften, insbesondere gegen die Führungsflächen
und Schlagwirkungen ausgesetzt sind. Hierdurch wird eine Reibung zwischen den verschiedenen
Teilen der Kettenglieder und der Stütz- und Führungsfläche hervorgerufen, wodurch
an den Kanten der Glieder Risse auftreten und die Glieder brechen.
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Die Erfindung befaßt sich nicht mit Metallbearbeitungswerkaeugen,
sondern sie betrifft Kettensägen, insbesondere die Schneidglieder der Sägeketten,
die zur Bearbeitung von Holz bestimmt sind. Auch besteht ein Unterschied in der
Beanspruchung von Kettensägen beim Schneiden von Holz und von Schneid- und Fräswerkzeugen
bei der spanabhebenden Bearbeitung von Metall.
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Kettensägen werden oft unter ungünstigsten Witterungsbedingungen benutzt.
Für Schmierung und Wartnng der.Sägen und ihrer Sägeketten sind solche Arbeitsbedingungen
äußerst ungünstig. Bei nicht sorgfältiger Schmierung und Wartung der bekannten Sägen
erhitzen sich die Sägeketten infolge der durch schlechte Schmierung anwachsenden
Reibung. Dabei können Temperaturen entstehen, die oberhalb der Umwandlungstemperatur
des Stahls liegen. Durch Überhitzung werden die Schneidglieder spröde und brüchig,
so daß ein Versagen der Kettensägen die Folge ist. Die vorgenannte Wirkung kann
man als Reibungshärtung bezeichnen.
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Hingegen ist mit Reibungshärtung beiden bekannten Schneid- und Fräswerkzeügen
für Metallbearbeitung nicht zu rechnen. Diese Werkzeuge sollen nach Erhitzung des
ganzen Werkzeuges und Abschrecken desselben eine glasharte Schneide erhalten, an
die sich Schichten geringerer Härte anschließen. Deshalb enthält -der nicht zementierte
Teil des bekannten Werkzeuges nur 0,1 bis 0,2°/o C.
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Würde man Sägekettenglieder mit glasharter Schneide ausrüsten, .dann'
würden sie an der Schneidkante abbrechen. Um mindestens die Teile des Schneidkettengliedes,
welche an der Führungsschiene reiben, zäh zu erhalten, enthält die neue Legierung
0,20 bis 0,35 C, praktisch am besten 0,359/, C.
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Die erfindungsgemäße Legierung erzielt daher bei größerer Abnutzungsfestigkeit
eine größere Widerstandsfestigkeit gegen Reibungshärtung und hat daher eine längere
Lebensdauer der Sägekette zur Folge. Durch Versuche konnte festgestellt werden,
daß mit denn neuen Material die gleiche Rockwellhärte wie bisher; aber ein Schneidkantenverscbleiß
von nur 33 bzw. 44 Q/o gegenüber dem bisher üblichen Material erreicht wurde.
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Erfindungsgemäß wird daher eine Chromstahllegierung verwendet mit
0,2 bis 0,350/, Kohlenstoff,
12 bis 16 % Chrom, höchstens
0,4 % Silizium, höchstens 0,35 °/o Nickel und höchstens 20/, Mangan, Rest
Eisen und Verunreinigungen und großer Widerstandsfähigkeit gegen Reibungshärtung
für Sägekettenglieder von Holzsägen. Sie kann auch 0,10 bis 0,35°/o Silizium, höchstens
0;3 % Nickel, höchstens 1 %
Mangan und höchstens 0,03 °/o Phosphor
und höchstens 0,03 °/o Schwefel enthalten. Vorteilhaft ist auch eine Chromstahllegierung
mit 0,25 bis 0,30 °/o Kohlenstoff, 13,5 bis 14,50/, Chrom, 0,15 bis 0,35 °/o Silizium,
höchstens 0,2°/o Nickel und 0,15 bis 0,35°/o Mangan. Es können auch eines oder mehrere
der folgenden Elemente darin enthalten sein: Vanadium bis 0,5°/o, Molybdän und/oder
Wolfram bis 10/" Titan, Niob und/oder Tantal bis 10/" Bor bis 0,1 °/o, Kobalt bis
0,4°/o und Aluminium bis 0,1 °/o, wobei der Gesamtanteil aller dieser Elemente 2
°/o nicht übersteigt.
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Die Sägekettenglieder werden aus den genannten Chromstahllegierungen
erfindungsgemäß dadurch hergestellt, daß in an sich bekannter Weise die Glieder
oder mindestens Teile derselben aus einem kaltgewalzten Band oder Blech ausgestanzt,
gehärtet und anschließend angelassen werden. Vorzugsweise werden die Schneidzähne
durch Biegen vor dem Härten geformt. Vor dem Ausstanzen der Glieder werden das kaltgewalzte
Blech oder die ausgestanzten Glieder vor dem Formen ihrer Schneidzähne bei einer
Temperatur zwischen 750 und 850°C geglüht. Dann werden die Glieder bei einer Temperatur
zwischen 950 und 1100° C gehärtet. Sie können dann bei einer Temperatur zwischen
150 und 425°C, vorzugsweise zwischen 180 und 300°C, angelassen werden. Schließlich
werden die Schneidkanten der Glieder in an sich bekannter Weise nach ihrem Härten
und Anlassen geschärft.
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Ein Ausführungsbeispiel der neuen Schneidglieder an einer Sägekette
ist in der folgenden Beschreibung und Zeichnung erläutert: F i g. 1 zeigt eine Längsansicht
eines Teiles einer Sägekette, F i g. 2 eine Seitenansicht auf ein Schneidglied der
Kette.
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F i g. 1 zeigt beispielsweise eine Kettensäge mit einer Sägekette
2, welche längs der Umfangsführungskanten 8 eine; Führungsschiene
19 zum Schneiden beispielsweise eines Holzklotzes oder Baumes angetrieben
wird. Die Sägekette 2 besteht aus Schneidgliedern 11, Antriebs- und Führungsgliedern
3, Verbindungsgliedern 4 und Nieten 5, welche die Glieder miteinander verbinden.
In die Randnuten 8 ragen die Führungsteile der Antriebs- und Führungsglieder 3 hinein,
während die anderen Glieder 11 und 4 auf den Führungsflächen 6 an
den Seiten der Nut aufruhen. Wie F i g. 2 zeigt, ist jedes der Schneidglieder 11
mit einem mittleren Plattenteil 12, einem mit diesem aus einem Stück bestehenden
Tiefenbegrenzungsteil 22 und einem ebenfalls mit diesem aus einem Stückbestehenden
Schneidzahn 21 ausgebildet. Der Schneidzahn 21 weist einen Schaftte;114 auf, der
von der Mittelebene der Sägekette absteht, und einen Fußteil 15, welcher vom Schaftteil
zurück zur Mittelebene absteht. Der Fußteil 15 kann in einem spitzen Winkel
oder rechten Winkel zu der Mittelebene sich erstrecken. Die Sägekette ist sowohl
mit nach rechts als auch mit nach links gerichteten Schneidgliedern 11 ausgerüstet
und kann auch andere Formen von Schneid- oder Spaltzahngliedern aufweisen.
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Erfindungsgemäß werden die Sägekettenglieder, vorzugsweise die Schneidglieder
oder mindestens Teile der Glieder aus einer Chromstahllegierung hergestellt, die
folgende Bestandteile enthält, 0,2 bis 0,350/, Kohlenstoff, 12 bis
160/, Chrom, höchstens 0,4 °/o Silizium, nicht mehr als 0,35 % Nickel,
höchstens 2 % Mangan, Rest Eisen und normalerweise auftretenden Verunreinigungen
und großer Widerstandsfähigkeit gegen Reibungshärtung. In der Regel soll solches
Gliedermaterial folgende Bestandteile haben: 0,1 bis 0,35 % Silizium, nicht
mehr als 0,3 % Nickel, nicht mehr als 1 % Mangan, vorzugsweise nicht
mehr als 0,5 % Mangan, nicht mehr als 0,03 °/o Phosphor und nicht mehr als
0,03 % Schwefel.
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Beispielsweise können die Glieder, insbesondere die Schneidglieder
11, aus einem Stahl mit den folgenden Bestandteilen hergestellt werden: 0,25
bis 0,3 °/o, vorzugsweise 0,3 % Kohlenstoff, 13,5 bis 14,5 °/o, vorzugsweise
etwa 140/0 Chrom, 0,15 bis 0,350/"
vorzugsweise etwa 0,30/0 Silizium,
nicht mehr als 0,2°/o Nickel, 0,15 bis 0,35°/0, vorzugsweise etwa 0,3 °/o Mangan,
nicht mehr als 0,03 °/o Phosphor, nicht mehr als 0,03 °% Schwefel, Rest Eisen und
Verunreinigungen. Als weiteres Beispiel können die Glieder aus einem Stahl mit einem
Chromgehalt von etwa 16°/o hergestellt werden. Dieser Stahl kann enthalten: 0,3
% Kohlenstoff, 0,35 % Silizium und 0,15 °/o Nickel.
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Bei der Herstellung eines Sägekettengliedes, z. B. eines Schneidgliedes
11 aus einem solchen Stahl der vorangehend angegebenen Art werden der Rohling oder
mindestens Teile desselben aus kaltgewalztem Band oder Blech ausgestanzt und der
Schneidzahnteil 21 dann in Gesenken oder in anderer Weise in die gewünschte Form
gebracht. Vor dem Formen muß der Stahl geglüht werden, um gute Formbarkeit zu erzielen.
Das Glühen soll in der Regel bei einer Temperatur zwischen 750 und 850°C und vorzugsweise
zwischen 800 und 825°C durchgeführt werden. Es ist für die Verformbarkeit wichtig,
daß das Kühlen von der Glühtemperatur auf mindestens 500 oder 600°C herunter sehr
langsam erfolgt. Das Abkühlen auf Raumtemperatur kann schneller, beispielsweise
durch Kühlen in Luft geschehen. Das Glühen kann entweder vor dem Ausstanzen der
Rohlinge oder mit den ausgestanzten Rohlingen vor ihrer Verformung in Gesenken durchgeführt
werden.
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Um gute Verformbarkeit zu erzielen, soll der Nickelgehalt unter
0,350/" vorzugsweise unter 0,211/0, und der Siliziumgehalt unter 0,4 °/o,
vorzugsweise unter 0,350/" gehalten werden, ferner der Kohlenstoffgehalt mindestens
0,20/0 betragen. Der Mangangehalt des Stahls scheint die für die Zwecke der Erfindung
wichtigen Eigenschaften des Stahls nicht zu beeinflussen. Es kann daher ein Mangangehalt
von mindestens 1 % vorhanden sein. Der Stahl soll möglichst keine überschüssigen
Anteile anderer Elemente, wie Titan, Niob, Wolfram und Vanadin, enthalten, da diese
Elemente die Neigung haben, die Formbarkeit oder die Dehnbarkeit während der Verformung
z. B. der Schneidzahnteile der Schneidglieder zu beeinträchtigen. Die Legierung
kann jedoch die folgenden Elemente bis zu folgenden Prozentsätzen, deren Gesamtanteil
nicht mehr als 2°/o betragen soll, enthalten: Vanadium bis 0,5 °/a, Molybdän und/oder
Wolfram bis 1,00/0, Titan, Niob und/oder Tantal bis 1,00/" Bor bis 0,10/", Kobalt
bis 0,4°/o und Aluminium bis 0,10/,. Wie erwähnt, werden zumindest die Schneidglieder
11 der Kette 2 aus dem gekennzeichneten Hochchromstahl hergestellt. Die Kettenglieder
3, 4 und 5 können aus einem gleichartigen Stahl hergestellt werden,
während
die Niete 5 aus unlegiertem oder niedriglegiertem Stahl bestehen können.
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Wenn die Rohlinge gestanzt und geformt sind, werden die Glieder bei
einer Temperatur zwischen 950 und 1100'C, vorzugsweise bei etwa 1050'C,
gehärtet
und dann bei einer Temperatur zwischen 150 und 425°C, vorzugsweise zwischen 180
und 300°C, angelassen. Die Anlaßtemperatur kann zweckmäßig bei etwa 200°C liegen.
Die Schneidglieder werden dann zur Bildung der Schneidkanten geschärft, worauf die
Kette aus den Schneidgliedern und den anderen Gliedern, wie Verbindungs- oder Seitengliedern
und Antriebs- oder Führungsgliedern, zusammengebaut wird. Dabei sind zumindest die
Schneidglieder aus den gekennzeichneten Legierungen hergestellt. Es können natürlich
auch noch die anderen Glieder oder bestimmte dieser Glieder aus dem gleichen Stahl
hergestellt und gehärtet sowie angelassen werden.
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Durch Härten und Anlassen erhalten die Schneidglieder eine 'sehr hohe
Verschleißfestigkeit sowie eine ausgezeichnete Dehnbarkeit oder Zähigkeit, wodurch
in Verbindung mit einer hohen Ermüdungsfestigkeit eine beträchtliche Erhöhung ihrer
Lebensdauer im Vergleich zu den bisher besten Gliedern aus unlegierten oder niedriglegierten
Stählen ermöglicht wird. Infolge der außerordentlich hohen Verschleißfestigkeit
bleibt die Schneidschärfe viel länger aufrechterhalten, als es bisher möglich war,
selbst wenn die bisherigen Schneidglieder mit einer dünnen Chromauflage an der Außenseite
des Schneidzahns bestückt waren. Eine solche Hartmetallauflage und die Kosten hierfür
werden durch das erfindungsgemäße Material der Schneidglieder vermieden. Der Zeitraum
zwischen den notwendigen Schärfungen der Schneidglieder kann beträchtlich verlängert
werden, was natürlich ebenfalls von Bedeutung ist.
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Die verbesserte Verschleißfestigkeit ergibt sich aus folgenden Versuchen,
die an Kiefern vorgenommen wurden: Die Tabelle gibt den Schneidenverschleiß an geschärften
Schneidzahnkanten an:
| Analyse Kantenverschleiß Härte in HRc |
| °/o C I °/a Cr i °/o Ni |
| in ,u Mittelwerte (Rockwell C) |
| A 0,75 0,15 0,50 113 52,3 bis 52,5 |
| B 0,75 0,15 0,50 76 51,7bis52,8 |
| C 0,30 14,0 0,10 34 52,3 bis 52,8 |
A und B beziehen sich auf Schneidglieder aus einem niedriglegierten Stahl der bisher
verwendeten Art. Der Schneidzahn B war mit einer dünnen Chromauflage bestückt. C
ist ein erfindungsgemäßes Schneidglied, das bei einer Temperatur von 1050°C gehärtet
und dann bei 200°C etwa 30 Minuten lang angelassen wurde. Der Kantenverschleiß am
Glied C betrug, wie ersichtlich, etwa ein Drittel desjenigen des Gliedes A und weniger
als die Hälfte desjenigen des Gliedes B.
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Es wurden mit Prüfstücken Kerbschlagversuche für die unter A und C
im obigen Beispiel erwähnten Legierungen vorgenommen. Die Legierung A war bainitgehärtet,
d. h. nach dem für die bisher besten Glieder angewendeten Härtungsverfahren gehärtet,
während die Legierung C bei 1050°C gehärtet und dann bei 200°C angelassen wurde.
Im Vergleich zur Legierung A zeigte die Legierung C eine Zunahme von 1000/,
beim Schlagversuch. Ferner wurden Biegeversuche mit den gleichen in der erwähnten
Weise behandelten Legierungen vorgenommen. Die Legierung C zeigte im Vergleich zur
Legierung A eine Verbesserung von etwa 5001,
Die Glieder sollen in der für
den Zusammenbau fertigen Form eine Härte haben so hoch wie möglich, ohne daß dadurch
die Dehnbarkeit oder Zähigkeit ungünstig beeinflußt wird. Die Härte soll daher
50 HRC (Rockwell C) übersteigen und gewöhnlich 52 bis 54 HRC betragen.
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Die Schneidglieder 11 können verschiedene aus verschiedenen
Stählen hergestellte Teile haben, um jedem Teil die optimalen Eigenschaften zu geben.
Beispielsweise können bei den Schneidgliedern 11 die Schneidzähne oder nur die Fußteile
aus einer Stahllegierung bestehen, während der Mittelplattentei112 aus einer anderen
hergestellt ist. Auf Grund des Chromgehalts von etwa 12 bis 16 °/o haben die erfindungsgemäß
hergestellten Glieder und die aus ihnen gebildeten Sägeketten den zusätzlichen Vorteil,
daß sie gegen Rost und Korrosion beständig sind.