DE3609477A1

DE3609477A1 - Verfahren zur herstellung von duennen flachen gegenstaenden mit gehaerteten oberflaechen sowie platte mit gehaerteten oberflaechen

Info

Publication number: DE3609477A1
Application number: DE19863609477
Authority: DE
Inventors: Cyril Sutton Coldfield West Midlands Dawes; Colin Solihull West Midlands Smith
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: Senior Heat Treatment Ltd Luton Bedfordshire G
Priority date: 1985-03-20
Filing date: 1986-03-20
Publication date: 1986-09-25
Also published as: GB2179060B; GB2179060A; JPS61253359A; JP2606689B2; GB8507230D0; US4713122A; GB8606238D0; FR2579229B1; DE3609477C2; FR2579229A1

Description

Verfahren zur Herstellung von dünnen flachen Gegenständen mit gehärteten Oberflächen sowie Platte mit gehärteten Oberflächen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von dünnen flachen Gegenständen mit gehärteten Oberflächen, insbesondere solchen dünnen flachen Gegenständen, welche die Tendenz besitzen, während des Härtungsvorgangs sich zu verformen. Die Erfindung betrifft ferner eine dünne Platte mit gehärteten Oberflächen.

Es ist bereits bekannt, Gegenstände beispielsweise aus Stahl zu härten, wobei erkannt worden ist, daß, falls solche Gegenstände sehr dünn sind, die Tendenz besteht, daß die Form dieser dünnen Gegenstände sich während des

Asamstrasse 8. D-8000 München 90

Härtungsvorgangs verformt. Aus diesem Grunde wird vielfach eine zweite Behandlung, beispielsweise eine Wärme- oder Ver gut ungsbehandluncr, vor genommen, indem ein Stapel von dünnen gehärteten, jedoch verformten Gegenständen unter Druck gesetzt wird, worauf innerhalb eines Wärmebehandlungsofens eine Wärmebehandlung durchgeführt wird (siehe beispielsweise US-PSen 1,535,191, 2,814,580 und 3,510,367). Dabei hat sich jedoch gezeigt, daß bei einem derartigen Abflachungsvorgang, beispielsweise einer Wärmebehandlung oder einer Oberflächenvergütung,der Härtewert des jeweiligen Artikels von einem Vickers Härtewert von 900 auf einen entsprechenden Wert von 500 absinkt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Härten von dünnen flachen Gegenständen zu schaffen, bei welchem die gewünschte Härte und Abriebfestigkeit erreicht werden kann, während auf der anderen Seite die durch das Härtungsverfahren sich ergebende Verformung derart korrigierbar ist, daß der sich ergebende Härtewert aufrechterhalten bzw. selbst verbessert wird.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß diese Aufgabe dadurch gelöst werden kann, indem im Hinblick auf die gewünschte Härte eine Oberflächenschicht aus Epsilon-Iron-Nitrid hergestellt wird, worauf die sich ergebende Verformung derart korrigiert wird, daß die härtende Oberflächenschicht nicht beeinträchtigt wird.

Die vorliegende Erfindung besteht demzufolge aus einem Verfahren zur Behandlung einer Mehrzahl von dünnen

metallischen Gegenständen im Hinblick auf eine Verbesserung ihrer Härte und ihres Oberflächenwiderstandes, wobei dieses Verfahren aus einer ersten Behandlung besteht, bei welchem die Gegenstände mit einer gehärteten Oberflächen versehen werden, wodurch sich allerdings die Tendenz ergibt, daß die Form der jeweiligen Artikel verformt wird, und daß in der Folge eine zweite Behandlung durchgeführt wird, um die durch die erste Behandlung sich ergebenden Verformungen zu korrigieren, indem die mit einer gehärteten Oberfläche versehenen Artikel einer Wärmebehandlung ausgesetzt werden, wobei sie unter Druck innerhalb eines Stapels gehalten werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die erste Behandlung derart ausgelegt ist, daß die dünnen Artikel mit einer Schicht aus Epsilon-Nitrid versehen werden, und

(b) die Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen etwa 150 und 600⁰C während eines ausreichenden Zeitintervalls durchgeführt wird, um auf diese VJeise die vorhandenen Verformungen zu korrigieren, ohne daß dabei die Härte der Epsilon-Nitrid-Oberflächenschicht beeinflußt wird.

Der im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgenommene Verfahrensschritt im Anschluß an das Nitrierverfahren ist dabei wesentlich, falls die jeweiligen Artikel in ihre ursprüngliche flache Form zurückgebracht werden sollen, so daß der gehärtete Artikel seiner Verwendung

zugeführt werden kann, wobei die Härte der Arbeitsoberflächen aufrechterhalten bzw. sogar erhöht werden kann. Für die Durchführung der Wärmebehandlung wird eine Anzahl von gehärteten Artikeln entweder unmittelbar aufeinander oder unter Zwischenlegung von Abstandsstücken aufeinander gestapelt und zusammengedrückt. Die Wärmebehandlung wird innerhalb eines entsprechenden Ofens bei einer Temperatur zwischen etwa 150 und 600⁰C durchgeführt. Vorzugsweise erfolgt dabei die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 350⁰C, wobei in diesem Fall die Dauer dieser Behandlung etwa 1 Stunde beträgt.

Obwohl die im Anschluß an die Nitrierung durchgeführte Wärmebehandlung relativ einfach durchgeführt werden kann, müssen trotzdem mehrere Überlegungen durchgeführt werden, bevor festgelegt werden kann, daß allein eine derartige Wärmebehandlung zu einer Wiederherstellung der Form des Artikels in Bezug auf die ursprüngliche Flachheit führt, ohne daß dabei eine Verschlechterung der sich ergebenden Oberflächenhärte zustandekommt. Dabei wurden bisher verschiedene Versuche unternommen, dieses lang vorhandene Problem zu lösen, wobei bisher keine zufriedenstellende Antwort gefunden werden konnte. Aufgrund von Untersuchungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich jedoch ergeben, daß weder eine vor der Nitrierbehandlung durchgeführte Schutzbehandlung wirksam ist, noch daß eine Behandlung von einzelnen Artikeln zufriedenstellend ist. Fernerhin führt weder eine Druckbehandlung allein,noch eine Wärmebehandlung allein zu dem gewünschten Resultat.

Die dünnen flachen Artikel können für beliebige industrielle Anwendungen, beispielsweise Papierzer-

kleinerer oder Blechpakete von Rotoren bzw. Statoren verwendet werden. Derartige Artikel können dabei neben ihrer dünnen und flachen Form komplex ausgebildet sein, indem beispielsweise Ausschnitte u.dgl. vorgesehen sind, aufgrund welcher die Tendenz einer Verformung nur vergrößert wird. Derartige dünne Artikel besitzen dabei in der Regel eine Dicke von weniger als 2 mm.

Die Nitrierbehandlung dient dazu, bei dem aus Stahl bestehenden Gegenstand eine verbesserte Oberflächenabnutzungsfestigkeit, eine geringere Neigung gegenüber Festfressen und eine verbesserte Festigkeit gegenüber Ermüdungserscheinungen zu verleihen. Der Nitriervorgang kann dabei in beliebiger Weise durchgeführt werden, so lange dabei eine Schicht von Epsilon-Iron-Nitrid gebildet wird. Vorzugsweise wird diese Behandlung in Form einer Gasphasen-Wärmebehandlung durchgeführt, wobei Vor und Nachbehandlungen, beispielsweise in Form einer Abschreckung in einer Öl- oder Öl/Wasser-Emulsion oder eine Abkühlung in einer Schutzatmosphäre möglich sind. Zusätzlich können daraufhin weitere Behandlungen in Form einer Entfettung,einer Wärmebehandlung in einer oxidierenden Oberfläche im Hinblick auf die Ausbildung einer oxidreichen Oberflächenschicht, die Aufbringung einer Wachsschicht, Oberflächenendbehandlungen u.dgl. durchgeführt werden. Derartige Behandlungen sind beispielsweise in der US-PS 4,496,401 sowie der entsprechenden europäischen Patentanmeldung 82305400.2 beschrieben. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sollten die Oberflächen aus Epsilon-Iron-Nitrid eine Dicke von etwa 2 5 μ aufweisen, wodurch eine wesentliche Verbesserung der Abnutzungsfestigkeit erreicht wird. Die Nitrierbehandlung kann jedoch ebenfalls unter Einsatz

eines Bades aus geschmolzenem Salz durchgeführt werden.

Bei dem den jeweiligen Artikel bildenden Stahl kann es sich um einen legierten Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, einem nicht-legierten Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, einem mikro-legierten Stahl od.dgl. handeln. Im Fall eines mikro-legierten Stahls sollte der Gehalt an Chrom, Titan, Niobium oder Vanadium bis zu 0,3% betragen.

Die Erfindung soll nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 Draufsichten auf zwei verschiedene Platten, so wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz gelangen,

Fig. 3 eine seitliche Ansicht einer Platte

gemäß Fig. 1 oder 2 unter Darstellung der sich ergebenden Verformungen bei der vorgenommenen Härtungsbehandlung,

Fig. 4 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Spannvorrichtung, so wie sie für die Durchführung der Wärmebehandlung einsetzbar ist, und

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der Spannvorrichtung von Fig. 4, in welcher die zur Wärmebehandlung verwendeten Platten eingesetzt und unter Druck gehalten sind,

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Die eine Dicke von etwa 2 mm aufweisenden, in der Mitte mit einer Bohrung versehenen flachen Platten P, so wie sie beispielsweise für Papierschneidmesser zum Einsatz gelangen, werden in der gewünschten Form ausgestanzt. Diese Platten werden dann einzeln auf freitragenden Schienen aufgehängt und in einen Ofen befördert, so daß auf diese Weise auf beiden Oberflächen bis zu einer Dicke von etwa 25μ eine Oberflächenschicht aus Epsilon-Iron-Nitrid gebildet wird, so wie dies in der europäischen Patentanmeldung 82305400.2 beschrieben ist. Der gemessene Härtewert betrug dabei 900 Vickers, wobei festgestellt werden konnte, daß die einzelnen Platten derart verformt sind, daß gegenüberliegende Oberflächen nicht mehr parallel zueinander verlaufen.

Die auf diese Weise hergestellten dünnen Platten P mit unterschiedlichen Formen sind in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Bei den ursprünglichen flachen Platten tritt jedoch entsprechend Fig. 3 aufgrund der Oberflachenhärtebehandlung die Tendenz auf, sich zu verformen, so daß sie nicht mehr länger flach sind. Im Anschluß an die OberfIachenhärtebehandlung werden demzufolge die Platten P in der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Spannvorrichtung J eingespannt. Die Spannvorrichtung J besteht dabei im wesentlichen aus einer Stahlstange B, welche im Bereich ihrer beiden Enden mit einem Gewindeabschnitt E versehen ist. Im Bereich des einen Endes der Stange B ist eine Lochscheibe D vorgesehen, welche mit Hilfe einer Mutter N auf dem Gewindeabschnitt E gehalten ist. Die gehärteten, jedoch verformten Platten P, welche beliebig geformt sein können, werden entlang der Länge der Stange B übereinander gestapelt. Sobald ausreichend Platten P vorhanden sind, wird eine weitere Lochscheibe D auf die oberste Platte P aufgelegt, wo-

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rauf ein Bolzen N auf den jeweiligen Gewindeabschnitt E der Stange B aufgeschraubt wird, so daß auf diese Weise die Platten P zusammengedrückt werden, wobei ein durchgehender Stapel entsteht. Die Spannvorrichtung J wurde dann in einen Ofen eingebracht und bei einer Temperatur von 35O⁰C ungefähr 1 Stunde belassen. Die Platten wurden dann entfernt, wobei festgestellt werden konnte, daß sie ihre ursprüngliche Form erneut eingenommen hatten. In der Folge wurde dann die Oberflächenhärte erneut gemessen, wobei der sich ergebende Oberflächenwert 900 HV betrug. Die einzelnen Platten konnten dann ihrer Verwendung zugeführt werden, wobei eine verbesserte Abnutzungsfestigkeit vorhanden war.

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Claims

LUCAS INDUSTRIES PUBLIC LIMITED COMPANY, Great King Street, Birmingham B19 2XF, England Verfahren zur Herstellung von dünnen flachen Gegenständen mit gehärteten Oberflächen sowie Platte mit gehärteten Oberflächen Patentansprüche

1. Verfahren zur Behandlung einer Mehrzahl von dünnen Metallgegenständen im Hinblick auf eine Verbesserung der Oberflächenhärte und der Abnutzungsfestigkeit, bestehend aus einer ersten Behandlung im Hinblick auf die Erstellung von Gegenständen mit gehärteter Oberfläche, wobei jedoch die Tendenz besteht, daß die ursprüngliche Form der Gegenstände verformt wird, und einer zweiten Behandlung im Hinblick auf eine Korrektur der Verformung aufgrund der ersten Behandlung, wobei

Asamstrasse 8, D-8000 München 90

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die zweite Behandlung aus einer Wärmebehandlung der mit einer gehärteten Oberfläche versehenen Artikel besteht, bei welcher die einzelnen Gegenstände unter Druck innerhalb eines Stapels gehalten werden, gekennzeichnet durch die folgenden Maßnahmen

(a) die erste Behandlung ist derart ausgebildet, daß die dünnen Gegenstände eine Schicht aus Epsilon-Nitrid erhalten, und

(b) die Wärmebehandlung wird bei einer Temperatur zwischen etwa 150 und 600⁰C während einer ausreichenden Dauer durchgeführt, um auf diese Weise die Verformung der Gegenstände zu korrigieren, ohne daß dabei die Härte der Oberflächenschicht aus Epsilon-Nitrid reduziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung im Hinblick auf die Temperatur und die Dauer derart gewählt wird, daß auf diese Weise eine Zunahme der Oberflächenhärte zustandekommt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung auf einer Temperatur von 350⁰C während einer Dauer von etwa 1 Stunde durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnen flachen Gegenstände eine Dicke bis zu 2 mm aufweisen.

5. Verfahren nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände Ausschnitte aufweisen, welche die Tendenz einer Verformung der Gegenstände vergrößern.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnen Gegenstände eine Oberflächenschicht aus Epsilon-Nitrid mit einer Dicke von 25μ besitzen.

7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht aus Epsilon-Nitrid entsprechend einem Verfahren gemäß der europäischen Patentanmeldung 82305400.2 aufgetragen worden ist.

8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnen Gegenstände aus einem mikro-legierten Stahl bestehen.

9. Verfahren nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß der mikrolegierte Stahl einen Chrom-, Titan-, Niobium- oder Vanadium-Gehalt bis zu 0,3% aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekenn ζ e ichnet, daß der einer Wärmebehandlung auszusetzende Stapel von dünnen Gegenständen innerhalb einer Spannvorrichtung mit flachen Endwänden eingespannt ist, welche für die Durchführung der Wärmebehandlung in einen Ofen eingeführt wird.

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11. Dünne Platte, vorzugsweise hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Schicht aus Epsilon-Nitrid auf ihren Oberflächen .

12. Platte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte eine Dicke bis zu

2 mm aufweist.

13. Platte nach Anspruch 11 und/oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie Ausschnitte aufweist·

14. Platte nach einem oder mehreren der Ansprüche

11 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Epsilon-Nitridschicht eine Dicke von 25 μ besitzt.

15. Platte nach einem oder mehreren der Ansprüche

11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem mikrolegierten Stahl besteht.

16. Platte nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der mikrolegierte Stahl einen Chrom-, Titan-, Niobium- oder Vanadium-Gehalt bis zu 0,3?ό aufweist.