DE3609477C2 - - Google Patents
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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.
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