DE2353928A1

DE2353928A1 - Verfahren zur verbesserung der gleiteigenschaften gehaerteter stahlteile

Info

Publication number: DE2353928A1
Application number: DE19732353928
Authority: DE
Inventors: Johann Kaiser
Original assignee: CHR MANN MASCHINENFABRIK
Current assignee: CHR MANN MASCHINENFABRIK
Priority date: 1973-10-27
Filing date: 1973-10-27
Publication date: 1975-05-15

Description

CHR.-MANN," Maschinenfabrik ■ Waldshut,. 19.1ο. 1973

789o ■ Waldshut : ; ■ _: : Ka/Ba.

Postfach 19O ;."..,_-. ; 2353928

Betr.:. :Patent-: und Gebrauchsinusteri-Hdifsanineldung'

Verfahren zur Verbe:S/S erning de-r Glei t-. eigerischaf-t-eri gehärtetier ^;&ί^^:Ι·ίβ1ίΙβ " ; ;

Maschinenteile aus Stahl, die 'stark auf gleitende Reibung beansprucht werden, sind'oft die Ursache von Maschinenschäden, insbesondere dort, wo aus funktiorisbedingteri Gründen nur sparsam geschmiert werden kann. Die begrenzte Leistungsfähigkeit hoch beanspruchter Gleitteile beschränkt oft die Leistung ganzer Maschinen, ganzer Maschinengrupperi, ja sogar ganzer Fertigungszweige. So wird z.B. die Leistungsfähigkeit der Ringspinnmaschine und somit der gesamten Ringspinnerei' durch die beschränkte Leistungsfähigkei-t des' Spinnringes, und deii darauf gleitenden Läufern begrenzt.

Ganz besonders gross sind die Verschleissprobleme während der Einlaufphase, also nach Inbetriebhahme neuer Maschinen bzw.. Maschinenteile. Oft muss über mehrere Wochen oder Monate mit reduzierter Geschwindigkeit, also mit reduzierter Maschinenleistung ge'arbeitet werden. Wird der Einlauf nicht über einen ausreichenden Zeitraum und nicht mit der nötigen Sorgfalt durchgeführt, so kommt es zu Zerstörungen an den Gleitflachen.

Es ist deshalb naheliegend, dass gerade in jüngster. Zeit sehr grosse Anstrengungen unternommen wurdenV um die Reibungsverhältnisse und somit die Leistungsfähigkeit solcher Verschleiss· teile zu verbessern.

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Verbesserungen wurden bisher angestrebt durch:

a) Erhöhung der Härte an den Gleitflächen und Anwendung verschiedener Stähle- bzw. Härteverfahren.

b)' Aufspritzen oder Aufdampfen von sehr harten Überzügen aus Chrom- oder Titan-Carbiden.

c) Aufbringen von Phosphat-Überzügen oder sonstigen nichtmetallischen Oberflächenschichten.

Diese Massnahmen haben nicht die erhoffte Leistungssteigerung gebracht, bzw. konnten sich wegen zu umständlicher Verfahrensanwendung und der Schwierigkeiten bei der nachträglichen Bearbeitung der Teile nicht durchsetzen. Gleitflächen mit höchster Härte sind wohl sehr verschleissfest, sie laufen aber wegen ihrer grossen Härte sehr schlecht ein und erfordern deshalb zu lange Einlaufzeiten.

Gleitflächen mit verschleissfesten Carbid-überzügen verursachen ähnliche EinlaufSchwierigkeiten. Im übrigen erfordert die nachträgliche Bearbeitung bzw. Glättung der Carbid-überzüge grossen Aufwand und besondere Sorgfalt.

Die verschiedensten Phosphat-Überzüge verbessern zwar die Einlaufeigenschaften, sind aber in ihrer Wirksamkeit sehr begrenzt. Die Phosphatschichten werden abgetragen, bevor eine genügende Einlaufglättung eingetreten ist, so dass trotzdem Einlauf-Schwierigkeiten in Form von Gleitflächenzerstörungen auftreten können.

Es wurde auch versucht, die Laufeigenschaften durch feinere Bearbeitung der Gleitflächen zu verbessern. Die Gleitflächen wurden poliert, ja sogar hochglanzpoliert. Diese theoretisch einleuchtende Massnahme brachte aber nicht die erwartete Verbesserung der Reibungsverhältnisse und ermöglichte keine Steigerung der Gleitgeschwindigkeiten. Diese Tatsache ist darauf zurückzuführen, dass sich auf den polierten Gleitflächen nur schwer ein Schmierfilm bilden und aufrechterhalten kann. Das Vorhandensein eines ausreichenden Schmierfilmes,

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bestehend aus üblichen Schmiermitteln, oder wie im Falle des Spinnringes, bestehend aus Faserabrieb und Faserfetten, ist aber die Voraussetzung für das Erreichen flüssiger oder zumindest halbflüssiger Reibung und somit für die Erreichung hoher und höchster Gleitgeschwindigkeiten. Polierte Gleitflächen kommen aufgrund dieser Erkenntnisse in jüngster Zeit praktisch nicht mehr zur Anwendung.

Neuerdings werden sogenannte "matte" Gleitflächen angewendet, die durch feinste spanabhebende Bearbeitung erzeugt werden. Solche Gleitflächen begünstigen zwar die Schmierfilmbildung und deren Erhaltung, verursachen aber wegen der hohen Härte in Verbindung mit der relativ grossen Rauhigkeit erhebliche EinlaufSchwierigkeiten. Wenn der Einlauf mit reduzierter Beanspruchung nicht mit der notwendigen Sorgfalt und über einen ausreichenden Zeitraum durchgeführt wird, so können an den Gleitflächen Fressungen und somit Zerstörungen auftreten.

Der Versuch, die' Fressgefahr bei Gleit^Paarungeri durch Aufbringen weicher überzüge ,aus Cu, Ms oder ähnlichen Ne-Metallen zu vermindern, führte nicht zum Erfolg.

Um die geschilderten Schwierigkeiten zu umgehen wurde auch versucht, die Einlauf- bzw.. Laufeigenschaften gehärteter Stahlteile zu verbessern, in dem die Werkstück-Oberfläche vor der Härtung in bekannter Weise entkohlt wurde, so dass sich bei der Härtung eine Randzone mit verminderter Härte unter ca. 7oo Hv ergibt. Die Dicke der Randzone mit verminderter Härte betrug gemäss diesem Verfahren, unabhängig von der Oberflächengüte, normal 2o-3oy^m maximal 5o/v*m. In der Praxis zeigt sich, dass Randzonen mit verminderter Härte, mit der genannten Dicke, bei ungleichförmigen Bewegungen oder bei periodisch veränderlichen Beanspruchungen die Ursache von anomalen Verschleisserscheinungen und vorzeitigen Laufflächenzerstörungen sind.

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Aufgabe dieser Erfindung ist es, die Nachteile der letztgenannten Massnahme durch richtige Abstimmung der Dicke der Randzone mit verminderter Härte, auf die Rauhigkeit der Gleitfläche ι zu beseitigen. Die Dicke der Randzone mit verminderter Härte ist gemäss der Erfindung eine Funktion der Rauhtiefe..

Die anliegende Zeichnung zeigt:

Fig. 1 in stark vergrösserter Form, die bei der Bearbeitung entstehende Rauhigkeit einer Gleitfläche.

Fig. 2 in stark vergrösserter Form, die Paarung zweier Gleitflachen gemäss Fig. 1.

Fig. 3 in stark vergrösserter Form, einen Querschnitt durch eine Gleitfläche gemäss Fig. 1 mit angedeuteter Randzone mit verminderter Härte,' in neuem Zustand, also vor dem Einlauf.

Fig. 4 in stark vergrösserter Form, einen Querschnitt durch eine Gleitfläche gemäss Fig.' 1 mit angedeuteter Randzone mit verminderter Härte,: in einem Zustand, wie er nach beendetem Einlauf vorliegt.

Bekanntlich weicht jede Werkstück-Oberfläche, sei. sie spanabhebend oder spanlos hergestellt, von der geometrisch-idealen Form ab. Die Begriffe dieser. Abweichungen sind in DIN 4762 ausführlich definiert. In der Praxis wird allgemein von der messbaren Rauhtiefe Rt gesprochen. Die Fig. 1 zeigt das Rauhigkeitsbild einer spanabhebend bearbeiteten Oberfläche. Die zwischen dem Grundprofil Gp und dem Bezugsprofil Bp verlaufende Kurve stellt die Rauhigkeit dar, rechtwinklig zur Bearbeitungsrichtung. Der Abstand zwischen dem Bezugsprofil Bp. und dem Grundprofil Gp ist die für die Beurteilung der Oberflächengüte massgebende,' messbare Rauhtiefe Rt.

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Gemäss dieser Erfindung wird die Dicke der Randzone mit verminderter Härte Zw so gewählt, dass sie etwa der halben Rauhtiefe Rt oder der sogenannten Glättungstiefe Rp entspricht. Ist z. B. die Rauhtiefe Rt = 5 m, so ist die Dicke '.der Randzone Zt ft; Rt/Z« 2,5/Vim.

Beim Einlauf der neuen Werkstücke werden die Spitzen A der rauhen Gleitfläche, die eine verminderte Härte besitzen und bei der Gleitpaarung an den Stellen P zur Anlage kommen, sehr schnell abgetragen. Sobald die Glättungstiefe Rp^ Rt/2 erreicht ist, wird wie .die Pig. 4 zeigt, das Grundgefüge G mit seiner. Härte !über ca. 7oo Hb wirksam. Dadurch wird der gewo.llte kurzzeitige Einlaufverschleiss gebremst bzw.. gestoppt. Schädliche .Verschleisserscheinungen oder gar Zerstörungen der GIe it fläche," wie 'sie bei. bekannten Verfahren mit Weichzoneri grosser als Rp auftreten, sind bei dem Verfahren gemäss Erfindung ausgeschlossen.

Gegenstand der. Erfindung ist ein Verfahren, gemäss dem durch Entkohlung der Stahl-Oberfläche bei der. Härtung eine Rand-

zone mit verminderter. Härte 'erreicht wird, deren Tiefe etwa der halben Rauhtief.e Rt bzw.. der Glättungstiefe Rp entspricht. Dadurch wird ein gewallter, kurzzeitiger Einlaufverschleiss erreicht, der die Einlaufzeit auf wenige Stunden reduziert und die Gleitflachen für beste 'Gleiteigenschafteri bei gleichzeitig höchster". -Verschleissfestigkeit vorbereitet.

Die Fig. 4 zeigt die Gleitfläche B nach Beendigung des. Einlauf Vorganges. Die Gleitfläche besteht in diesem Zustand sowohl aus dem Grundgefüge G mit voller Härte, als auch aus der Randzone Zw mit verminderter. Härte.. Mit langsam fortschreitendem. Normal verschleiss vergrössert sich der Anteil des. Grundgefüges G progressiv, so dass auch der. normale Dauerverschleiss progressiv vermindert wird. .-.- ·.

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Die Fig. 4 lässt erkennen* dass sich nach Abschluss der Einlauf- bzw.. Glättungsphase in den noch vorhandenen Vertiefungen Schmiermittel. S einlagern kann, so dass sich kontinuierlich, ein für höchste Gleitbea'nspruchung notwendiger Schmierfilm auf der Lauffläche aufbauen kann. Auf diese Weise wird die angestrebte flüssige- oder
zumindest halbflüssige Reibung erreicht.

Nach Abschluss des Einlaufvorganges, sind also ideale
Bedingungen für höchste Gleitbeanspruchung und höchste Verschleissfeatigkeit geschaffen.

Die Tiefe der Randzone Zw mit verminderter Härte lässt sich in bekannter Weise durch richtige Wahl der Wärmebehandlungsdauer, im entkohlenden flüssigen oder gasförmigen Medium erreichen.

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Claims

P. .a ,t e. η .t a η. s p. rv ü .c. h e

( 1) !verfahren zur Verbesserung der. Gleiteigerischäfteri und ^ ^^zur. Verkürzung des' Einlauf Vorganges., gehärteter, auf Verschlei'ss stark beanspruchter .Stahlteile,' durch Verminderung der Härte der äussersteri, mit dem harten Grundgefüge,fest verbundenen Randzone unter ca. 7oo Hv, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Randzone mit verminderter. Härte.-eine Funktion der. Oberflächengüte, d.h. der Rauhtiefe Rt der Gleitfläche ist...
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekerinzeichriet, dass die Tiefe '.der Randzone mit verminderter Härte .etwa der halben Rauhtiefe Rt, also der sogenannten Glättungstiefe Rp, entspricht.
3) Verfahren nach Anspruch 1 und /oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Verminderung "der Härte der äüsseren Randzone durch Entkohlung vor der Härtung bzw. Vergütung, durch Aufdampfen oder, durch Ausglühen nach der. Härtung bzw.. Vergütung, erreicht wird.
4) Verfahren nach den Ansprüchen" 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstück-Oberfläche zusätzlich mit korrosionsschutz enden -Mitteln behandelt wird.

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