DE3609477C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist zur Vergrößerung der Oberflächenhärte und Abnutzungs­ festigkeit von Stahlgegenständen bekannt, an den Gegenständen bei einer Wärmebehandlung, vorzugsweise bei einer Gasphasen-Wärmebe­ handlung, durch Nitrieren eine Schicht aus Epsilon-Nitrid auszubilden, vgl. DE-OS 30 02 463, GB-OS 20 51 880, DE-AS 23 24 918 und insbesondere EP-A-00 74 211.

Eine Behandlung nach diesem bekannten Verfahren führt bei den Gegenständen zu einem Verzug der Gegenstände, was auf unter­ schiedlichen Spannungen beruht, wobei der Verzug zwangsläufig eintritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs angegebe­ nes Verfahren derart weiterzubilden, daß bei Gewährleistung der angestrebten Oberflächenhärte und -festigkeit Gegenstände ohne Verzug erhalten werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Gegenstände nach dem Nitrieren zwischen flachen Spannflächen einer Spannvorrich­ tung eingespannt und somit unter axialem Druck gehalten und dabei in einem Ofen einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 150°C und 600°C während eines ausreichenden Zeitraums unterzogen. Hierbei werden sich beim Nitrieren aufgrund von Spannungen einstellende Verformungen korrigiert, wobei die Härte der Epsilon-Nitrid-Schicht im wesentlichen aufrechterhalten bzw. sogar erhöht werden kann. Für die Durchführung der Wärmebehandlung wird eine Anzahl von gehärteten Gegenständen entweder unmittel­ bar aufeinander oder unter Zwischenlegung von Abstands­ stücken aufeinander gestapelt und zusammengedrückt. Die Wärmebehandlung wird innerhalb eines entsprechenden Ofens bei einer Temperatur zwischen 150 und 600°C durchgeführt. Vorzugsweise erfolgt die Wärmebe­ handlung bei einer Temperatur von 350°C, 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, beruht die Erfindung auf besonderen Überlegungen. Es wurden bisher verschiedene Versuche unternommen, das vorliegende lang vorhandene Problem zu lösen, wobei bisher keine zufriedenstellende Lösung gefunden werden konnte. Es hat sich bei Untersuchungen gezeigt, daß weder eine Druckbehandlung allein, noch eine Wärmebehandlung allein zu dem gewünschten Resultat führt.

Die dünnen flachen Gegenstände 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, wodurch die Neigung zu einer Verformung vergrößert wird. Derartige dünne Gegenstände besitzen dabei in der Regel eine Dicke von weniger als 2 mm.

Die Nitrierbehandlung dient dazu, bei den aus Stahl bestehenden Gegenständen eine verbesserte Oberflächenab­ nutzungsfestigkeit, eine geringere Neigung gegenüber Festfressen und eine verbesserte Festigkeit gegenüber Ermüdungs­ erscheinungen 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 Ab­ schreckung 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 44 96 401 sowie der ent­ sprechenden europäischen Patentanmeldung 00 77 627 beschrieben.

Im Rahmen der Erfindung sollten die Oberflächen aus Epsilon-Iron-Nitrid eine Dicke von etwa 25 µm aufweisen, wodurch eine wesentliche Ver­ besserung der Abnutzungsfestigkeit erreicht wird. Die Nitrierbehandlung kann jedoch ebenfalls unter Einsatz eines Bades aus geschmolzenem Salz durchgeführt werden.

Bei dem den jeweiligen Gegenstand bildenden Stahl kann es sich um einen legierten Stahl mit niedrigem Kohlen­ stoffgehalt, 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 wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert und beschrieben, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigen

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

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 perspektivi­ sche Ansicht einer Spannvorrichtung, so wie sie für die Durchführung der Wärmebehandlung einsetzbar ist, und

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

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 ausge­ stanzt. Diese Platten werden dann einzeln auf frei­ tragenden Schienen aufgehängt und in einen Ofen be­ fördert, so daß auf diese Weise auf beiden Oberflächen bis zu einer Dicke von etwa 25 µm eine Oberflächenschicht aus Epsilon-Iron-Nitrid gebildet wird, so wie dies in der europäischen Patentanmeldung 00 77 627 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 Oberflächen­ härtebehandlung die Tendenz auf, sich zu verformen, so daß sie nicht mehr länger flach sind. Im Anschluß an die Oberflächenhärtebehandlung 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 Gewinde­ abschnitt 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 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 durch­ gehender Stapel entsteht. Die Spannvorrichtung J wurde dann in einen Ofen eingebracht und bei einer Temperatur von 350°C 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 Oberflächen­ wert 900 HV betrug. Die einzelnen Platten konnten dann ihrer Verwendung zugeführt werden, wobei eine ver­ besserte Abnutzungsfestigkeit vorhanden war.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen von dünnen, oberflächenharten und abnutzungsfesten Stahlgegenständen, bei dem an den Gegen­ ständen bei einer Wärmebehandlung, vorzugsweise bei einer Gasphasen-Wärmebehandlung durch Nitrieren eine Schicht aus Epsilon-Nitrid gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände nach dem Bilden der Schicht zwischen flachen Spannflächen einer Spannvorrichtung eingespannt und dann in einem Ofen einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 150 und 600°C unterzogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa 350°C während einer Dauer von etwa einer Stunde durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dicke der Schicht aus Epsilon-Nitrid von etwa 25 µm gebildet wird.

4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dünne Gegenstände einer Dicke bis zu 2 mm verwendet werden.

5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Gegenstände mit Ausschnitten verwendet werden.

6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein mikrolegierter Stahl mit vorzugsweise einem Chrom-, Titan-, Niobium- oder Vanadium-Gehalt bis zu 0,3% verwendet wird.