DE2304557A1 - Verfahren zum herstellen hochverschleissfester, verzugsarmer, rotationssymmetrischer teile - Google Patents

Description

PATENTANWALT 4 DÖSSELDORF-BENRATH ²⁵ · 1· 1973

DIPL-ING. ULRICH PLÖGER S^T"⁰³⁸^ "

TELEX 8 587 941

REG. NR. 2291

Dr. Carl Ullrich Peddinghaus

56 Wuppertal - Barmen, Obere Lichtenplatzer Straße 276

Verfahren zum Herstellen hochverschleißfester, verzugsarmer, rotationssymmctrischer Teile

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen hochverschleißfester, verzugsarmer, rotationssymmetrischer Teile aus härtbaren Metallen, insbesondere aus Stahlstangen, mit hoher Oberflächengüte.

Teile dieser Art finden häufig als Maschinenelemente Verwendung und müssen durch die Art ihrer Behandlung insbesondere den Anforderungen entsprechen, die sich beim Zusammenwirken mit anderen Maschinenteilen ergeben. In besonderem Maße trifft dies für Kolbenstangen zu, die dichtend aus einem Zylinder mit Hilfe einer Führungsbüchse herausgeführt sind. Von derartigen Stangen wird nämlich nicht nur verlangt, daß sie eine besonders hohe Oberflächengüte haben, sondern daß sie auch in besonderem Maße gerade und somit verzugsarm sind. Die Oberfläche muß weiterhin sehr hart sein, damit sie nicht durch fortschreitenden Verschleiß im Laufe längerer Betriebszeit zu Undichtigkeiten des Zylinders führt. Während die Oberfläche einerseits somit sehr glatt sein muß, muß der

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Stab andererseits selbst gerade sein. Biegungen des Stabes, die durch Verziehen während des Härtens eintreten können, würden ihn für viele Anv/endungsf alle und insbesondere für die Verwendung bei Kolbenstangen ungeeignet machen.

Aus diesem Grunde werden Teile der erwähnten Art einer Oberflächenbehandlung unterzogen, die sich, von der Oberfläche ausgehend, bis zu einer geringen Tiefe in das Kernmaterial fortsetzt. Oberflächenbehandlungen dieser Art sind Gefügeumwandlungen oder das Eindringen anderer, chemischer Elemente, v/ie Kohlenstoff und Stickstoff, so daß es zu einer Vergrößerung des Volumens und dadurch zu einer Streckung der Oberflächenschichten kommen kann, die in Längsrichtung wirksam ist und demgemäß in Längsrichtung verlaufende Spannungen erzeugt, durch die es zum Verziehen kommen kann. Derartig verzogene Stangen müssen dann zunächst gerichtet werden, wobei bekanntlich Richtwerkzeuge an der Oberfläche angreifen und auch dort Spuren hinterlassen. Im Anschluß daran ist deshalb ein Poliervorgang erforderlich, desgleichen wird in vielen Fällen eine galvanische Behandlung, insbesondere eine Verchromung, vorgenommen. Diese Bearbeitungsvorgänge sind jedoch verhältnismäßig auf v/endig.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den erheblichen Herstellungsaufwand bei der Produktion der einleitend erwähnten Teile zu verringern, überraschenderweise gelingt dies erfindungsgemäß dadurch, daß die Teile zunächst einem oberflächlichen Druckpoliervorgang und sodann einer Oberflächenhärtung unterzogen werden, wobei die Teile während beider Behandlungsstufen eine Drehbewegung erfahren. Dieses Prinzip macht also von an sich bekannten Einzelverfahren der Oberflächenbehandlung Gebrauch. Durch die spezielle Art der Aufeinanderfolge beider Verfahren wird jedoch überraschenderweise gewährleistet, daß man ein Verziehen der Teile vermeiden kann, und daß die Teile nach dem Härtevorgang in einer

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derart hohen Oberflächengüte vorliegen, daß sie sich dann unmittelbar, vor allem als Kolbenstangen, verwenden lassen können. Sie brauchen also weder gerichtet noch auf galvanische Weise beschichtet bzw. abschließend noclimals poliert werden. Hierdurch entfallen gerade diejenigen Bearbeitungsstufen, die besonders aufwendig sind und sich nur schwer in einen kontinuierlichen Materialdurchfluss einschalten lassen. Zumindest galvanische Behandlungen setzen nämlich in der Regel eine satzweise Beschickung voraus, wohingegen die erfindungsgemäß zur Anwendung gelangenden Behändlungen am laufenden Material durchgeführt v/erden können.

Von Vorteil ist dabei, wenn die Teile vor dem Druckpolieren eine Wärmebehandlung in Form eines Anlaßvorganges derart erfahren, daß sich eine etwa 10 bis 20 kp/mm über der Normalisierungsfestigkeit liegende Festigkeit einstellt. In diesem Zustand läßt sich das erfinduncrsgemäß vorgesehene Druckpolieren besonders gut durchführen, wobei es zu einer oberflächlichen Kaltverfestigung kommt. Da sich das Material während der Behandlung dreht, baut sich die genannte Kaltverfestigung in gleichmäßigerVerteilung auf der Oberfläche auf. Somit kommt es gleichfalls zu in Längsrichtung v/irkenden Spannungen, die das Material überraschenderweise völlig gerade gestreckt halten. Die Drehgeschwindigkeit liegt sowohl während des Druckpolierens als auch v/ährend der dann sich anschließenden Oberflächenhärte bei einer Drehzahl von etwa 500 bis 1000 Umdrehungen je Minute.

Ein auf diese Weise oberflächlich verfestigter Stab hat zugleich bereits eine weitgehend eingeebnete, polierte Oberfläche, die überraschenderweise durch den sich anschließenden Härtevorgang praktisch nicht mehr in ihrer Oberflächengüte verändert wird.

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Besonders vorteilhaft ist eine unmittelbare Aufeinanderfolge des Druckpolierens und des sich daran anschließenden Oberflächenhärtens; dabei können die für das Druckpolieren vorgesehenen Rollen zugleich als Vorschuborgane für das Oberflächenhärten Verwendung finden. Durch das Druckpolieren nimmt die Oberfläche der Teile eine Festigkeit bis zu etv/a 110 kj/mm an. Die dank dieser Verfestigung völlig gerade gestreckt gehaltenen Stangen bzw. Teile verlieren zwar bei der für das Härten erforderlichen Erhitzung zunächst in einer übergangszone ihre Festigkeit wieder, jedoch nehmen sie im unmittelbaren Anschluß an das Erhitzen durch das Abschrecken dann erneut eine entsprechende Härte bis auf etwa 60 bis 64 Rc an. Während eines kontinuierlichen Durchganges v;ird also zunächst eine Mantelzone größerer Festigkeit erzeugt, deren Festigkeit dann wieder aufgehoben und abschließend wieder neu geschaffen wird. Für das Oberflächenhärten können dabei die an sich bekannten Verfahren der induktiven, conduktiven oder auch der Brennerbeheitzung vorgesehen werden. Vor allem ist es vorteilhaft, die Oberfläche der Teile bzw. Stangen beim Erhitzen einer Gasbehandlung zu unterziehen. Diese Gasbehandlung kann beispielsweise eine Aufkohlunq oder eine Aufstickung zum Ziel haben. Für Kolbenstangen eignet sich zweckmäßig eine Aufstickung bei einer Temperatur oberhalb der A₃-Temperatur.

Grundsätzlich läßt sich das neue Verfahren bei einer Vielzahl von Metallen, die einerseits härtbar sind und andererseits durch Druckpolieren eine Verfestigung erfahren, anwenden. Vor allem eignet es sich jedoch für Stähle, da bei diesen die Wärmeleitfähigkeit die Erzeugung der nur oberflächlichen Härteschicht besonders begünstigt. Insbesondere hat sich für Kolbenstangen ein martensitischer Stahl mit 12 bis 18 % Chrom und 0,4 bis 0,6 % Kohlenstoff als zweckmäßig erwiesen, sofern man ihn der Nitrierung unterzieht. Die auf

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derartige Weise hergestellten Kolbenstangen lassen sich unmittelbar verwenden, ohne daß es eines v/eiteren Richtvorganges, einer galvanischen Behandlung oder eines abschließenden Polxervorganges bedarf. Die anmeldungsgemäß geschaffene Oberfläche gewährleistet dabei eine besonders günstige Ausnutzung der Korrosionsfestigkeit des genannten Stahls.

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Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1.) Verfahren zum Herstellen hochverschleißfester, verzugsarmer, rotationssymmetrischer Teile aus härtbaren Metallen, insbesondere aus Stahlstangen, mit hoher Oberflächengüte, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile zunächst einem oberflächlichen Druckpoliervorgang, sodann einer Oberflächenhärtung unterzogen und ohne galvanische oder mechanische Nachbehandlung verwendet v/erden, wobei die Teile v;ährend der beiden Behandlungsstufen eine Drehbewegung erfahren.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile vor dem Druckpolieren eine Wärmebehandlung in Form eines Anlaßvorganges derart erfahren, daß sich eine

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etwa 10 bis 20 kp/mm über der Kormalisierungsfestigkeit liegende Festigkeit einstellt.

3.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß während des Druckpolierens und des Oberflächenhärtens eine Drehzahl von 500bis 1000Umdrehungen je Minute einaehalten wird.

4.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Druckpolieren und das Oberflächenhärten in unmittelbarer Aufeinanderfolge durchgeführt werden, wobei das Druckpolieren mittels zugleich den Vorschub für das Oberflächenhärtung übernehmenden Druckrollen erfolgt.

5.) Verfahren nach den Ansprüche 1 bis A₁ dadurch gekenn zeichnet, daß die Oberfläche der Teile durch das Druck-

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polieren bis auf etwa 110 kp/mm und durch das Härten bis auf etwa 60 bis 64 Pc verfestigt wird.

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6.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Oberfläche der Teile beim Erhitzen
einer Gasbehandlung unterzogen wird.

7.) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasbehandlung ein bei einer oberhalb der A^-Tempe- ratur erfolgende Nitrierung ist,

8.) Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 7 auf Teile aus einem martensitischen Stahl mit 12 bis 18 % Chrom und
0,4 bis 0,6 % Kohlenstoff.

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