DE19744512A1 - Basisblatt oder Basismaterial für ein Stammblatt, Kreissägeblatt, Trennsägeblatt, Kreismesser, Maschinenmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Basisblatt oder Basismateri­ al gemäß Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Ein gattungsgemäßes Basismaterial für die Herstellung von Stammblättern für Kreissägen, Trennscheiben, Gatter­ sägen sowie Schneid- und Schabvorrichtungen ist aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 751 234 her bekannt.

Bei dem bekannten Basisblatt wird anstelle eines Stah­ les, dessen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,25 und 1 Pro­ zent liegt, ein kohlenstoffarmer Basisstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,1 bis 0,2 Prozent verwendet. Auf diesen Stahl wird dann Kohlenstoff aufgekohlt, so daß von seinen Außenwandbereichen zum inneren Kern hin ein aufgekohlter Bereich mit einem vom äußeren Rand der Außenwand zum nicht aufgekohlten Kern abfallender Koh­ lenstoffgehalt vorhanden ist. Die Tiefe des aufgekohl­ ten Bereiches soll so ausgewählt werden, daß nach dem Härten und Anlassen ein Drittel der Gesamtdicke des Basisstahls weich und zwei Drittel hart bleiben. Das beidseitige Aufkohlen dient dazu, ein sandwichartiges Rohmaterial für die Sägenindustrie zu schaffen. Es soll eine höhere Härte an der Oberfläche bei gleicher Be­ triebs- bzw. Bruchsicherheit erzielt werden und die Schallemission im Betrieb vermindert werden.

Auf derartig gefertigte Stammblätter werden in weiteren Verfahrensschritten zur Fertigung des Endproduktes Hartmetallsägezähne, Diamanten oder dergleichen aufge­ bracht.

Aus der Zeitschrift "Maschinenmarkt, Würzburg 103 (1997) 4" ist es bekannt, daß eine Anhebung der Eigen­ frequenzen im Sägeblatt durch die Zunahme von Eigenspan­ nungen in einem Sägeblatt erfolgen kann. Das Erwärmen des Werkzeuges führt zu einem Herabsetzen der Eigenfre­ quenzen. Die Steifigkeit eines Werkzeuges ist u. a. für die höchst mögliche Drehzahl verantwortlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungs­ gemäßes Basisblatt bzw. ein Verfahren zur Fertigung eines gattungsgemäßen Basisblattes anzugeben, bei dem unter Verringerung der Blatterwärmung im Betrieb eine verminderte Schnittbreite bei gleichzeitiger Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit möglich ist.

Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung.

Erfindungsgemaß wird Stickstoff und Kohlenstoff in den Basisstahl eindiffundiert, wobei die Stickstoffaufnahme dominiert. Die Verfahrensparameter sind dabei so ge­ wählt, daß eine Verbindungszone mit nachfolgender Diffu­ sionszone entsteht. Die dünne Oberflächenzone von 20 Mikrometern besitzt hervorragende Gleitfähigkeiten, weshalb Reibungserwärmungen beim Schneiden, insbesonde­ re von Holz, erheblich reduziert werden. Der keramikar­ tige Charakter dieser Oberfläche hat Schmiermittelcha­ rakter. Die thermotechnische Behandlung erfolgt bei Temperaturen unterhalb 600° Celsius. Bei diesen Tem­ peraturen ist das Lösungsvermögen des Stahls für Kohlen­ stoff sehr gering. Die Diffusionsparameter der Stick­ stoffdiffusion sind so gewählt, daß die Diffusionszone bis maximal 400 Mikrometer in das Kernmaterial eindif­ fundiert. Vorzugsweise beträgt die Diffusionstiefe des Stickstoffes 200 Mikrometer. Es ist aber auch vorgese­ hen, daß die Diffusionstiefe lediglich 100 Mikrometer beträgt. Für unlegierte Stähle kann die Oberflächenhär­ te 300 bis 400 HV betragen. Bei schwach legierten Stäh­ len, welche beispielsweise mit 0,3% Chrom legiert sind, kann die Oberflächenhärte 500 bis 600 HV betra­ gen. Bei höher legierten Stählen (Chrom, Vanadium, Molybdän) ist eine Oberflächenhärte von bis zu 700 HV möglich. Mit hoch legierten Stählen ist auch eine Ober­ flächenhärte bis 1200 HV möglich. Im Kernbereich soll die Härte bei 32 und 50 HRC liegen. Vorzugsweise liegt sie dort je nach gewählter Stahlqualität im Bereich zwischen 38 bis 48 HRC. Da, anders als beim reinen Aufkohlen, als Basisstahl ein vergütetes Material, insbesondere ein martensitbildender Stahl gewählt wer­ den kann, ergeben sich insgesamt bessere Materialeigen­ schaften. Der Stickstoff- und Kohlenstoffgehalt in der oberflächennahen Verbindungszone ist nahezu bekannt. Die Stickstoffkonzentration in der Diffusionszone nimmt demgegenüber kontinuierlich mit einem über weite Berei­ che konstanten Gradienten bis zur Kernkonzentration ab. Die Kernkonzentration, die auch Null sein kann, wird nach spätestens 400 Mikrometern erreicht. Zufolge dieses Konzentrationsgradienten ergibt sich ein kontinu­ ierlicher Härteabfall in der Diffusionszone bis zum Kernbereich hin.

Zufolge der Eindiffusion von Stickstoff und Kohlenstoff in den vergüteten Basisstahl bildet sich eine randseiti­ ge Volumenausdehnung aus. Diese Volumenausdehnung be­ wirkt im Randbereich eine Druckeigenspannung und im Kernbereich eine Zugspannung. Diese innere Verspannung im Sägeblatt wirkt sich besondere bei Kreissägeblättern geräuschmindernd aus. Die Ausscheidungshärtung in der Randschicht bewirkt eine größere Belastbarkeit bei statischer, insbesondere aber bei schwingender Beanspru­ chung. Dabei erhöhen die feindispersen Nitritausschei­ dungen einerseits die lokale Dauerfestigkeit, anderer­ seits wirken sie in der Art einer "inneren Reibung" hinderlich für Versetzungsbewegungen.

Als Basisstähle können auch solche Stähle verwendet werden, die mit Vanadium, Chrom oder Molybdän oder Nickel legiert sind. Betreffend derartiger Stähle wird auf den Artikel H. Berns: "Werkzeuge aus martensitaush­ ärtendem Stahl in 292 Z w F 66 (1971), Heft 6" hinge­ wiesen.

Das erfindungsgemäße Eindiffundieren erfolgt vorzugswei­ se durch ein als Nitrokarburieren bezeichnetes Verfah­ ren bei Temperaturen bis 570° Celsius. Vorzugsweise liegt die Temperatur oberhalb von 480° Celsius. Bei dieser Behandlungstemperatur entstehen temperaturabhän­ gige, komplexe Verbindungen mit unterschiedlichen Stickstoff- und Kohlenstoffgehalten. In Karbiden kann Stickstoff einen Teil des Kohlenstoffs ersetzen und in den Karbiden aufgenommen werden, wobei sich Karbon­ itride bilden. Im Gegensatz zum reinen Ammoniak-Nitrie­ ren entfällt die da arttypische rauhe Oberfläche. Der Stahl kann vor der Behandlung zur Verbesserung seiner Kerneigenschaften vergütet werden. Bei einer vorherge­ henden Vergütung oder Anlaßbehandlung muß die Anlaßtem­ peratur allerdings allerdings 20° bis 30° höher liegen, als die Behandlungstemperatur bei thermochemischen Behandlung. Sie kann aber auch niedriger liegen. Dann erfolgt ein weiteres Anlassen im Kern.

Das Nitrokarburieren kann sowohl in einem Gas erfolgen als auch durch aufgebrachtes Pulver. Bei ersterem Ver­ fahren erfolgt die Eindiffusion von Kohlenstoff und Stickstoff in einer Mischung aus Ammoniak und einem Aufkohlungsgas. Bei der zweiten Verfahrensvariante wird beispielsweise Kalkstickstoff als Pulver verwendet. Die Menge des eindiffundierten Kohlenstoffs ist aber wesent­ lich geringer als die des Stickstoffs. Die Nitrokar­ burierung erfolgt aber bevorzugt im Salzbad.

Die so gefertigten Basisblätter, bei denen entweder später Hartmetallschneiden aufgelötet werden oder Dia­ mantreibkörper aufgebracht werden oder Zähne einge­ schnitten werden, können sich im Betrieb bis ca. 500° Celsius erwärmen, ohne daß eine schädliche Umwandlung erfolgt.

Die erfindungsgemäße Technologie erlaubt es, die Dicke der Sägeblätter zu reduzieren. Bei einem Basisblatt mit einem Durchmesser von 400 Millimeter, welches beispiels­ weise eine Wandstärke von 3 Millimeter besitzt, kann die Wandstärke auf 2,4 Millimeter oder sogar weniger reduziert werden. Es ist eine Reduzierung um 20% mög­ lich. Die im Außenbereich aufgebauten Druckeigenspannun­ gen kompensieren die durch die Dickenreduzierung verrin­ gerte Formstabilität. Die Dauerschwingfestigkeit wird wesentlich erhöht.

Erfindungsgemäß entsteht ein Schichtmaterial (Sediment­ werkstoff) mit einem gehärteten bzw. vergütetem Kern, der im Gegensatz zum gattungsbildenden Schichtmaterial nicht weich ist, sondern ein einheitliches Martensitge­ füge aufweist. Zum Rand bildet das Material zunächst eine gehärtete Zone mit zum Rand hin steigenden Stick­ stoffanteilen aus. Die unmittelbar am Rand liegende Verbindungsschicht bildet besondere Nitrokarbide aus und besitzt eine gut gleitende Oberfläche.

Das Hartwerden findet während der Diffusionsphase statt und kann ohne Abschrecken erzielt werden. Die Behand­ lungstemperatur ist vergleichsweise niedrig. In einer Variante des Verfahrens kann sie bei 520 bis 560° lie­ gen. Das Verfahren ist auf alle Stahlsorten, legiert oder nicht legiert, anwendbar. Vorteilhaft ist die Erhöhung der Dauerfestigkeit, des Korrosionswiderstan­ des und die Temperaturbeständigkeit. Die nitrierte Schicht behält ihre hohe Härte bis ca. 500° Celsius. Die Kombination der einerseits die Wärmeerzeugung redu­ zierenden glatten Verbindungszone mit andererseits der hohen Temperaturstabilität erlaubt höhere Verschließfe­ stigkeit und bessere Gleiteigenschaften. Die mit der Fertigung einhergehende große Druckeigenspannung er­ laubt die Fertigung dünner Sägeblätter, bei gleichblei­ bender Stabilität. Mit der Fertigung geht eine große Verspannung einher, die es erlaubt, dünne Sägeblätter zu fertigen, ohne daß bei hohen Drehzahlen ein Flattern auftritt.

Als Basisstahl kann sowohl kohlenstoffreicher als auch kohlenstoffarmer Stahl verwendet werden.

Alle offenbarten Merkmale sind erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Priori­ tätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhalt­ lich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims (11)

1. Basisblatt für ein Stammblatt, Kreissägeblatt, Trenn­ sägeblatt, Kreismesser, Maschinenmesser oder derglei­ chen, in welches durch eine thermochemische Behandlung beidseitig in den oberflächennahen Bereich Kohlenstoff eindiffundiert ist mit einem zum Kernbereich hin abfal­ lenden Kohlenstoffgehalt, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stahl zusätzlich Stickstoff eindiffundiert ist und die Eindringtiefe des Kohlenstoffes bei maximal 20 Mikrometern liegt und die Eindringtiefe des Stickstof­ fes bei maximal 400 Mikrometern.

2. Basisblatt nach Anspruch l oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindringtiefe des Stick­ stoffes bei maximal 200 Mikrometern liegt.

3. Basisblatt nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Oberflächenhärte im Bereich bis 60 HRC oder höher beispielsweise zwischen 64 und 68 HRC liegt und im Kernbereich die Härte zwischen 32 und 50 HRC liegt.

4. Basisblatt nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Härte im Stickstoffdiffusionsbereich mit einem Härtegradient von 0,02 bis 0,2, vorzugsweise 0,1 HRC/Mikrometer, abnimmt.

5. Basisblatt nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Kern ein vergütetes Martensitgefüge vorhanden ist.

6. Basisblatt nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Konzentration von Stickstoff sowie die Gesamtdicke des Blattes so gewählt sind, daß die im diffusionsfreien Kern sich zufolge randseitiger Volumen­ ausdehnung aufgebaute Zugspannung größer ist als die bei der Maximaldrehzahl auftretenden Fliehkräfte.

7. Basisblatt nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder inbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Basisstahl ein martensitbildender Stahl ist.

8. Verfahren zum Herstellen eines Basisblattes für ein Sägeblatt, insbesondere Stammblatt, wobei in den Basis­ stahl simultan Stickstoff und Kohlenstoff eindiffun­ diert werden bei einer Behandlungstemperatur von bis 600° Celsius.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Aufbau der Verbindungszone ein keramische ähnlicher Charakter erzielt wird, der ausgezeichnete Gleiteigenschaften besitzt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung der Dauerschwingfestigkeit bis ca. 500° Belastungstemperatur erhalten bleibt.

11. Basisblatt nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindungsschicht aus einer Fe_2-3N oder Fe₄N Verbindungsschicht besteht.