DE19752051C1

DE19752051C1 - Verfahren zum Herstellen von maßgenauen Formteilen mit nitrierter oder nitrocarburierter Oberflächenschicht sowie Formteil

Info

Publication number: DE19752051C1
Application number: DE1997152051
Authority: DE
Inventors: Dieter Liedtke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-11-25
Filing date: 1997-11-25
Publication date: 1999-11-25
Anticipated expiration: 2017-11-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von maßgenauen Formteilen mit nitrierter oder nitrocarburierter Oberflächenschicht. Auf eine Nachbearbeitung des nitrierten oder nitrocarburierten Formteils bei Erhalt der vollständigen nitrierten oder nitrocarburierten Oberflächenschicht kann dann verzichtet werden, wenn vorgesehen wird, daß die vorgefertigten Formteile gehärtet und entgegen der üblichen Praxis nur bei einer Temperatur von 200 DEG C bis 300 DEG C angelassen werden, daß die gehärteten und angelassenen Formteile danach durch Nachbearbeitung auf das geforderte Fertigmaß gebracht werden und daß die nachbearbeiteten Formteile nitriert oder nitrocarburiert werden.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von maßgenauen Formteilen mit nitrierter oder nitrocarburierter Oberflächenschicht.

Bei den bekannten Verfahren werden die Formteile erst nach dem Nitrieren oder Nitrocarburieren auf das geforderte Fertigmaß gebracht. Dies bedingt eine auf wendige Nacharbeit, da der Abtrag an der harten Randschicht vorgenommen werden muß. Dadurch wird die äußere Randschicht, die Nitrid- oder Verbin dungsschicht, und damit die Verschleißfestigkeit des fertigen Formteils reduziert.

Aus der US 5,626,974 ist ein Kugellager mit einem äußeren und einem inneren Laufring, sowie einer Vielzahl von Wälzkörpern bekannt. Die Laufringe und die Wälzkörper bestehen aus einem kohlenstoffreichen Stahl mit einer Rockwell Härte < 60 HRC. An der Oberfläche dieses Stahls ist ein bestimmtes Verhältnis zwischen Kohlenstoff und Stickstoff Mischkristallen eingestellt, um auch bei hohen Temperaturen eine gute Belastbarkeit des Kugellagers zu gewährleisten.

Aus dem Dokument Patents Abstracts of Japan C-1161 February 4, 1994 Vol. 18 No. 68 JP 5-279835 A ist eine Titan-Legierung bekannt, die zum Druckgießen verwendet wird.

Diese Legierung wird zunächst thermisch vorbehandelt damit ihre Gitterstruktur ausgerichtet wird, wobei beispielsweise gleichaxige λ-Kristalline entstehen mit einer Korngröße zwischen 5 und 8 µm. Nachdem dieses Material gegossen wur de, wird es bei einer Temperatur im Bereich zwischen 700 und 900°C ange lassen. Anschließend erfolgt eine nochmalige Aufwärmung auf wiederum 700 bis 900°C zur Nitrierung der Oberfläche.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem das Formteil schon vor dem Nitrieren oder Nitrocarburieren auf das geforderte Fertigmaß gebracht und die Nitrid- oder Verbindungsschicht in voller Dicke erhalten werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die vorgefertigten Formteile gehärtet und entgegen der üblichen Praxis nur bei einer Temperatur von 200°C bis 300°C angelassen werden, daß die gehärteten und angelasse nen Formteile danach durch Nachbearbeitung auf das geforderte Fertigmaß ge bracht werden und daß die nachbearbeiteten Formteile nitriert oder nitro carburiert werden.

Mit diesem Verfahren wird im ersten Teil ein Gefügezustand im Formteil her gestellt, der den beim Nitrieren oder Nitrocarburieren durch Stickstoffaufnahme bewirkten Änderungen entgegenwirkt und diese kompensiert. Damit kann auf eine Nachbearbeitung des Formteils nach dem Nitrieren oder Nitrocarburieren verzichtet werden. Die Nitrid- oder Verbindungsschicht bleibt in voller Dicke erhalten.

Dabei kann die Anlaßtemperatur so gewählt werden, daß das gehärtete und nie drig angelassene Formteil beim Nitrieren oder Nitrocarburieren aufgrund der hierbei fortgesetzten Anlaßwirkung eine Volumenverminderung erfährt, die das beim Nitrieren oder Nitrocarburieren durch Stickstoffaufnahme erzeugte Volu menwachstum vollständig kompensiert.

Die Anlaßtemperatur wird nach einer Ausgestaltung etwa 60 min lang aufrecht erhalten und der Nitrier- oder Nitrocarburiervorgang wird bei etwa 570°C z. B. 120 bis 180 min lang zur Erzeugung einer 10 bis 15 µm dicken Nitrid- oder Verbindungsschicht durchgeführt.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungs beispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung einen Kolben einer Flachschieber pumpe,

Fig. 2 ein Diagramm, das die Änderung des Durchmessers in Abhängig keit von der Anlaßtemperatur beim Anlassen aufzeigt, und

Fig. 3 ein Diagramm, das die Änderung des Durchmessers in Abhängig keit von der Anlaßtemperatur beim Nitrieren aufzeigt.

In Fig. 1 ist ein Kolben einer Flachschieberpumpe dargestellt, an dem das erfin dungsgemäße Verfahren und die damit erzielbare Kompensationswirkung erläu tert wird. Dabei werden an den Meßstellen Mo, Mm und Mu die Änderungen ΔD des Durchmessers in Abhängigkeit von der Anlaßtemperatur Ta festgehalten. Der untersuchte Kolben hatte einen Nenndurchmesser D von 20 mm.

In dem Diagramm nach Fig. 2 ist die Änderung ΔD des Durchmessers D an den drei Meßstellen Mo, Mm und Mu in Abhängigkeit der Anlaßtemperatur Ta auf gezeichnet. Daraus ist ersichtlich, daß sich bei einer Anlaßtemperatur zwischen 200°C und 300°C der Durchmesser des nur gehärteten und auf das Fertigmaß gebrachten Kolbens an allen drei Meßstellen Mo, Mm und Mu in einem Bereich < 1 µm verändert. Im ersten Abschnitt des Verfahrens mit einer derartigen Anlaßtemperatur bleibt daher der Durchmesser des Kolbens praktisch unverändert. Das Diagramm zeigt jedoch zudem, daß mit höherer Anlaßtempera tur Ta der Durchmesser sich aufgrund einer Kontraktion verringert, die Werte bis zu 10 µm annehmen kann, wenn die Anlaßtemperatur Ta bis zu 500°C erhöht wird.

Da diese Temperaturen beim erfindungsgemäßen Verfahren erst beim Nitrieren oder Nitrocarburieren vorhanden sind, wirkt sich diese Kontraktion erst im letzten Schritt des Verfahrens aus.

Anhand des Diagramms nach Fig. 3 wird die Auswirkung eines Nitriervorganges auf die Änderung ΔD des Durchmessers D gezeigt. Die drei Kurven geben wie derum die Verhältnisse an den drei Meßstellen Mo, Mm und Mu an. Dabei zeigt sich, daß mit zunehmender Temperatur Ta der Durchmesser D sich mehr und mehr vergrößert. Bei einer Anlaßtemperatur Ta vonm ca. 300°C beträgt die Änderung ΔD nur ca. 1 µm. Dies bedeutet, daß die positive Änderung ΔD, die durch die Stickstoffaufnahme beim Nitrieren bedingt ist, durch die negative Änderung ΔD, die durch die Anlaßwirkung beim Nitrieren eintritt, kompensiert werden kann. Die Anlaßtemperatur Ta ≦ Nitriertemperatur kann so abgestimmt werden, daß sich die positiven und negativen Änderungen ΔD des Durchmessers D praktisch aufheben. Dann ist erreicht, daß der Kolben nach dem Nitrieren oder Nitrocarburieren seine vorher erarbeiteten Fertigmaße nicht mehr nennenswert verändert. Eine Nachbearbeitung des Kolbens nach dem Nitrieren oder Nitrocar-burieren kann dann entfallen und die Nitrier- oder Nitrocarburierschicht bleibt in vollständiger Dicke erhalten, was für das Verschleißverhalten der Randschicht des Kolbens sehr vorteilhaft ist.

Mit entsprechend angeordneten Meßstellen kann der vorteilhafte Einfluß des erfindungsgemäßen Verfahrens auch auf die Rundheitsabweichungen und die Geradheitsabweichungen des Kolbens nachgewiesen werden.

Bei der Rundheitsabweichung wurde festgestellt, daß die durch das Anlassen ermittelten Änderungen unabhängig von der Temperatur unter 2,5 µm lagen und daß sich diese auch beim Nitrocarburieren nicht wesentlich erhöhten und ver nachlässigt werden können.

Dasselbe gilt auch für die Geradheitsabweichungen des Kolbens vor und nach dem Nitrieren.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von maßgenauen Formteilen mit nitrierter oder nitrocarburierter Randschicht, dadurch gekennzeichnet,
daß die vorgefertigten Formteile gehärtet und entgegen der üblichen Praxis nur bei einer Temperatur von 200°C bis 300°C angelassen werden,
daß die gehärteten und angelassenen Formteile danach durch Nachbear beitung auf das geforderte Fertigmaß gebracht werden und
daß die nachbearbeiteten Formteile nitriert oder nitrocarburiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaßtemperatur so gewählt wird, daß das gehärtete und niedrig angelassene Formteil beim Nitrieren oder Nitrocarburieren aufgrund einer Anlaßwirkung eine Volumenverminderung erfährt, die das beim Nitrieren oder Nitrocarburieren durch Stickstoffaufnahme erzeugte Volumenwachs tum vollständig kompensiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaßtemperatur etwa 60 min. lang aufrechterhalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Nitrieren oder Nitrocarburieren etwa 120 bis 180 min. lang bei einer Temperatur bis etwa 570°C zur Erzeugung einer 10 bis 15 µm dicken Nitrid- oder Verbindungsschicht durchgeführt wird.

5. Formteil hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 4.