DE3836670A1 - Ring fuer spinnmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ring für Spinnmaschinen.

Die herkömmlichen Ringe für Spinnmaschinen werden in der folgenden Weise hergestellt: Stahl mit niedrigem Kohlenstoff­ gehalt wird in die gewünschte Ringform geschnitten, einer Aufkohlung als Oberflächenhärtebehandlung unterzogen, um den Kohlenstoffgehalt an der Oberfläche auf 0,8 bis 1,0% einzu­ stellen und außerdem einer Abschreckbehandlung ausgesetzt. Bei den ansteigenden Anforderungen an die Produktions- und Spinnbedingungen in den letzten Jahren traten jedoch bei den herkömmlichen Ringen der oben erwähnten Art Probleme auf, wie eine mangelnde Abriebfestigkeit beim Läufergleiten, eine kürzere Lebensdauer usw. Außerdem sind Ringe eingesetzt worden, deren Oberfläche einer Aufstickbehandlung unterzogen war und Ringe mit einer diffundierten Schicht aus Metallcarbid, die auf der Oberfläche ausgebildet war, wobei jedoch Ringe diesen Typs eine geringe Zähigkeit der Oberflächenschicht besitzen und sich ablösen. Somit besitzen diese Ringe keine hin­ reichende Lebensdauer.

Angesichts dieser Problematik ist bereits ein Ring für Spinn­ maschinen vorgeschlagen worden, der aus einer Stahllegierung besteht, die 1% Cr enthält und mindestens in dem Oberflächen­ bereich, der mit einem Läufer in Kontakt steht, eine Martensit- Schicht trägt, die Carbid enthält, welches kugelförmig ausge­ bildet ist und 1,5 bis 3% Kohlenstoff durch Aufkohlen und Abschrecken enthält (JP-PS 13 38 741 - JP-OS 61-3 892). Diese Ringe für Spinnmaschinen dieses Typs vermögen jedoch nicht den Hochgeschwindigkeitsdauerspinnbetrieb mit mehr als 13000 UpM Spindelgeschwindigkeit in neuerer Zeit auszuhalten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ring für Spinnmaschinen der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, der sicher bei hohen Spinngeschwindigkeiten von mehr als 13000 UpM eingesetzt werden kann und dessen Lebensdauer erhöht ist.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale, wobei hinsichtlich bevorzugter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ringes auf die Merkmale der Unteransprüche verwiesen wird.

Es wurde festgestellt, daß beim Reibungsabrieb zwischen dem Ring und dem Läufer das Flächenausmaß des Carbids und die Ober­ flächenrauhigkeit auf der Ringoberfläche den Reibungsabrieb stark beeinflussen. Auf dieser Grundlage ist es gelungen, die gestellte Aufgabe durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen zu lösen.

Der erfindungsgemäße Ring besitzt eine Oberflächenschicht, die eine größere Härte und Zähigkeit besitzt. Ein derartiger Ring besitzt eine verbesserte Ermüdungsfestigkeit und Abriebs­ festigkeit, während der Reibungswiderstand zwischen Ring und Läufer herabgesetzt ist. Im einzelnen besteht der erfindungs­ gemäße Ring aus einer Stahllegierung mit einem Gehalt an Cr von 0,9 bis 26% über die angestrebte Ringform und trägt eine Oberflächenschicht, in welcher Carbid, das durch Auf­ kohlen und Abschrecken gewachsen, gesammelt und aufgebläht ist, in inselförmiger Ausgestaltung diffundiert ist und 30-90%, vorzugsweise 40-90% der Fläche einnimmt und sich bis in eine Tiefe von höchstens 0,3 mm von der Oberfläche des Teiles erstreckt, über welchen der Läufer gleitet, während die Rauhig­ keit der Oberfläche, die in Kontakt mit dem Läufer steht, geringer als Ra gleich 0,25 µm durchschnittlich entlang einer Mittellinie ist.

Der Ring für Spinnmaschinen gemäß der Erfindung ist äußerst wirksam. Wenn der Kohlenstoffgehalt geringer ist als 1,5%, nimmt die Menge an Carbid ab, und die Wirkung an Abrieb­ festigkeit und Ermüdungswiderstand ist herabgesetzt. Wenn, im Gegensatz hierzu, der Kohlenstoffgehalt 5% überschreitet, entwickelt sich Carbid in größeren Quantitäten, und die Zähigkeit wird schlechter.

Der erfindungsgemäße Ring für Spinnmaschinen besitzt eine Mikro- Vickers-Härte von Hv 880 bis 1050 an seiner Oberflächenschicht. Er besitzt eine verbesserte Eingangseignung, führt zu geringerem Fadenbruch und besitzt eine längere Lebensdauer, da er einer Oberflächenbehandlung ausgesetzt ist, wie einem Überziehen mit Molybdändisulfid, einer Sulforisierungsbehandlung, einer Nickelplattierung oder einer Ni-P-Plattierung.

Es ist möglich, bei dem erfindungsgemäßen Ring für Spinn­ maschinen, Stickstoff in einer Menge von 0,0i bis 0,5% in die Oberflächenschicht zu diffundieren, durch die Zugabe von Ammoniakgas zu dem atmosphärischen Gas während der Aufkohlungs­ behandlung. Dies trägt dazu bei, das "Läuferbrennen" zu ver­ mindern und verbessert die Eignung und Lebensdauer des Ringes.

Als Stahllegierung mit einem Cr-Gehalt von 0,9 bis 26% als Ringmaterial sind Cr-Stahl, Cr-Mo-Stahl, rostfreier Stahl und dergleichen geeignet. Wenn der Cr-Gehalt geringer ist als 0,9%, wird Carbid in einer Netzform gebildet, und als Ergebnis ver­ schlechtert sich die Ermüdungsfestigkeit und die Abriebs­ festigkeit. Wenn andererseits der Cr-Gehalt 26% überschreitet, muß die Aufkohlungsdauer erhöht werden, und die Materialkosten steigen.

Das Flächenausmaß, das durch das Carbid in der Oberflächen­ schicht eingenommen wird, sollte zwischen 30% und 90%, vor­ zugsweise zwischen 40% und 70% und optimal zwischen 60% und 70% liegen, wobei die Tiefe geringer sein soll als 0,3 mm und vorzugsweise weniger als 0,1 mm von der Oberfläche. Wenn das Ausmaß der Oberfläche kleiner ist, verringert sich auch die Abriebsfestigkeit, während dann, wenn sie größer ist, die Zähigkeit schlechter wird, wobei eine schlechte Zähigkeit zu einem Ablösen und Reißen führen kann.

Zwischen dem Ring und dem Läufer bildet sich eine Schmier­ schicht aus, wie etwa eine Schicht eines oxydierten Filmes, eine Schicht aus organischem Material, das bei der Zer­ störung von Fasern gebildet wird, eine Ni-Plattierungsschicht von der Ni-Plattierung der Läufer und dergleichen. Diese Schmierschicht bei Spinnbedingungen von weniger als 13000 UpM Spindelgeschwindigkeit verhindert ein "Brennen", das durch den direkten Kontakt zwischen dem Ring und dem Läufer ver­ ursacht wird. Unter Hochgeschwindigkeitsspinnbedingungen von mehr als 13000 UpM steigen Reibungshitze und Belastung an, was dazu führt, daß die Schmierschicht schwer in einem stabilisierten Zustand aufrechtzuerhalten ist, und es kommt zu einem direkten Kontakt zwischen dem Ring und dem Läufer. Dieser direkte Kontakt beschleunigt die Erzeugung von Wärme und Anhaftwirkung mit dem Ergebnis, daß die Lebensdauer der Ringe beträchtlich abgekürzt wird.

Bei herkömmlichen Ringen macht der Flächenbereich des Carbids 2-3% oder weniger aus, und, wenn die Oberflächenbeschaffen­ heit sehr fein gemacht wird, entsteht eine große Kontaktfläche zwischen dem Ring und dem Läufer. Dies bewirkt eine Adhäsion und einen starken Abrieb, was zu einem "Läuferbrennen" und einer erhöhten Abnutzungsmenge des Läufers führt. Bei her­ kömmlichen Ringen vermindert man daher die Abnutzung des Läufers, indem man die Oberfläche rauh macht. Eine geringe Flächenausdehnung des Carbids an der Oberflächenschicht und eine rauhe Oberfläche verursachen jedoch einen Abrieb des Läufers, sowie eine erhöhte Abriebmenge bei hohen Spinnge­ schwindigkeiten von mehr als 13000 UpM.

Im Fall des erfindungsgemäßen Ringes für Spinnmaschinen be­ sitzt der Carbid, der gebläht und in inselförmiger Ausbildung an der Oberflächenschicht diffundiert ist, eine große Härte und eine niedrige Adhäsion zu Eisen, so daß auch dann, wenn die Schmierschicht aufgebrochen ist und es zu einem direkten Kontakt zwischen dem Ring und dem Läufer unter Hochgeschwindig­ keitsspinnbedingungen kommt, tritt praktisch keine Adhäsion ein, es kommt zu keinem "Läuferbrennen", und es zeigt sich eine hohe Abriebsfestigkeit. Da der Flächenbereich des Carbids an der Oberflächenschicht groß ist, besteht die Gefahr, daß das harte Carbid einen erhöhten Abrieb des Läufers verursacht. lndem man jedoch die Oberflächenrauhigkeit verringert, nimmt der Abrieb ab. Darüber hinaus kann das Auftreten von Adhäsion und Abrieb aufgrund einer erhöhten Kontaktfläche eingeschränkt werden durch das Vorhandensein des Carbids in großen Quantitäten.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des erfindungs­ gemäßen Ringes, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung des Kohlenstoff­ gehaltes einer Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Ringes für Spinnmaschinen,

Fig. 2 eine zeichnerische Darstellung der Metall­ struktur bei 2000facher Vergrößerung,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Härteverteilung im Schnitt, bei einem Vergleich zwischen dem Ring A gemäß der Erfindung und einem herkömm­ lichen Ring B,

Fig. 4 eine zeichnerische Darstellung der Be­ ziehung zwischen dem Flächenausmaß des Carbids und der Abriebmenge des Läufers bei unterschiedlicher Oberflächenrauhigkeit,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Abriebmenge und der Laufzeit, bei einem Vergleich zwischen einem Ring A gemäß der Erfindung und einem herkömmlichen Ring B, sowie Fig. 6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Häufigkeit des Fadenbruches und Laufzeit, bei einem Vergleich zwischen dem Ring A gemäß der Erfindung sowie einem her­ kömmlichen Ring B und einem Ring C zu Ver­ gleichszwecken.

Es soll zunächst eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ringes näher erläutert werden.

Der Ring für Spinnmaschinen gemäß der Erfindung wird in der folgenden Weise hergestellt. Ein Hochkohlenstoffchromlager­ stahl (SUJ-2) mit einem Gehalt von 1,5% Cr und 1% C wird in die angestrebte Ringform geschnitten, 15 Stunden lang einer Gasaufkohlung bei 880°C unterworfen, einer Abschreckung in Öl bei 850°C ausgesetzt, einer Kältebehandlung bei -50°C unterzogen, 3 Stunden bei 200° C angelassen und schließlich abgeschliffen, um die Oberflächenrauhigkeit in dem Teil, über welchen der Läufer gleitet, auf geringer als Ra gleich 0,25 µm, vorzugsweise geringer als 0,2 µm durchschnittlicher Rauhigkeit an der Mittellinie abzusenken. Als Aufkohlungstemperatur ist eine Temperatur in dem Bereich von 850°C bis 930°C er­ strebenswert. Wenn sie 930°C überschreitet, wird das Ring­ material rauh, und es tritt eine massive Carbidbildung entlang der Korngrenze auf, mit dem Ergebnis, daß die Ringe während des Laufens des Läufers reißen und leicht abgeschliffen werden. Wenn die Temperatur unter 850°C liegt, kann ein zufriedenstellendes Aufkohlen nicht durchgeführt werden.

Gemäß der Erfindung wird durch die Durchführung der Kältebe­ handlung restliches Austenit, das beim Abschrecken entstanden ist, in Martensit überführt, um dadurch die Härte zu erhöhen und die Abriebfestigkeit zu verbessern. Statt der Kältebe­ handlung ist es auch möglich, ein zweites Abschrecken bei 840°C auszuführen.

Wie sich aus der Fig. 1 ergibt, liegt im Fall des Ringes für Spinnmaschinen gemäß der Erfindung der Kohlenstoffgehalt an der Oberfläche bei einer Tiefe von 0,02 mm bis 0,05 mm von der Oberfläche bei etwa 3% und nimmt allmählich mit größerer Tiefe ab. Aus Fig. 2 (eine schematische Zeichnung in 200facher Ver­ größerung) ergibt sich, daß die Oberflächenschicht in eine Martensit-Struktur übergeht, in welcher das gewachsene, ge­ sammelte und geblähte Carbid etwa 60 bis 70% der Fläche bei einer Tiefe von weniger als 0,3 mm, zumindest weniger als 0,1 mm, von der Oberfläche einnimmt.

Wie die Fig. 3 zeigt, besitzt der Ring A für Spinnmaschinen gemäß der Erfindung eine größere Härte (Mikro-Vickers-Härte Hv von 880-1050) an der Oberfläche als der herkömmliche Ring B. Da sein Basismaterial 1% Kohlenstoff enthält, ist die Härte im Inneren ebenfalls hoch. Darüber hinaus ist er zäh, besitzt eine hohe Abschreckerweichungsfestigkeit, ver­ glichen mit dem herkömmlichen Ring mit einer aufgekohlten Schicht, ist widerstandsfähig gegenüber Hitze und weist eine hohe Abriebfestigkeit auf.

Der erfindungsgemäße Ring für Spinnmaschinen besitzt ein hohes Flächenausmaß an Carbid in der Oberflächenschicht, so daß dementsprechend die Gefahr gegeben ist, daß ein erhöhter Läuferabrieb auftritt, aufgrund des Vorhandenseins des harten Carbids in großen Mengen. Diese Gefahr kann jedoch eliminiert werden, indem man die Oberflächenrauhigkeit reduziert (geringer als 0,25 µm). Die Fig. 4 zeigt die Be­ ziehung zwischen dem Flächenausmaß des Carbids und der Ab­ riebmenge des Läufers für den Fall, daß die Oberflächen­ rauhigkeit Ra 0,3 µm und 0,04 µm als durschnittliche Rauhig­ keit an der Mittellinie beträgt. Wie die Fig. 4 deutlich zeigt, ist dann, wenn die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit Ra gröber als 0,25 µm beträgt, eine nach rechts steigende Kurve gezeigt,und mit dem Anstieg des Flächenausmaßes ds Carbides steigt die Abriebmenge stark an. Da der erfindungs­ gemäße Ring für Spinnmaschinen eine durchschnittliche Ober­ flächenrauhigkeit von weniger als 0,25 µm an einer Mittellinie aufweist und das Flächenausmaß des Carbides 30-90% beträgt, ist es möglich geworden, die Abriebmenge des Läufers auf weniger als 0,4 mg pro Stunde zu reduzieren. Die durchschnitt­ liche Rauhigkeit an einer Mittellinie wurde durch den Einsatz eines Teststiftes (Spitze R gleich 2 µm) gemessen, wobei der Abschaltwert c=0,25 mm, die Meßlänge L=0,8 mm und die An­ triebsgeschwindigkeit v=0,1 mm/s betrugen.

Die Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen der Versuchszeit und der Abriebmenge bei einem Versuch, sowohl für den erfindungs­ gemäßen Ring für Spinnmaschinen A als auch für einen her­ kömmlichen Ring B. Die Untersuchung wurde unter den folgenden Bedingungen ausgeführt:

Ring: 3,2 F ⌀ 45×57,5 mm
Spinnfaden: Rayon 30′s
Spindelgeschwindigkeit: 13 000 UpM
Läufer: ZSC/hf Nr. 5

Aus Fig. 5 ergibt sich, daß der Ring A gemäß der Erfindung eine geringere Abriebmenge und eine längere Lebensdauer auf­ weist als der herkömmliche Ring B.

Die Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen der Laufzeit und der Häufigkeit des Fadenbruches in einem Fall, in welchem der erfindungsgemäße Ring A mit einem herkömmlichen Ring B und einem Ring C (Ra=0,30 µm) zu Vergleichszwecken unter­ sucht wurden.

Der Test wurde unter den folgenden Bedingungen ausgeführt:

Ring: 3,2 F ⌀ 38×57,5 mm
Spinnfaden: Baumwollkammkarn 40′s
Spindelgeschwindigkeit: 18 500 UpM
Läufer: YS-1/hf 4/0

Fig. 6 läßt erkennen, daß der erfindungsgemäße Ring A im Vergleich mit dem herkömmlichen Ring B und dem Ring C zu Vergleichszwecken sich von Beginn an durch eine geringere Fadenbruchhäufigkeit auszeichnet, eine geringere durchschnitt­ liche Fadenbruchhäufigkeit zeigt und eine höhere Spindelge­ schwindigkeit aushält.

Bei der vorbeschriebenen Ausführungsform wurde ein Hoch­ kohlenstoffchromlagerstahl (SUJ-2) mit einem Gehalt an Cr von 1,5% und C von 1%, aber es sind auch S cr 42 mit einem Gehalt an Cr von 1%, Chromstahl SCM 415 mit einem Gehalt an Cr von 1% und Mo von 0,2%, Cr-Mo-Stahl und dergleichen für den Einsatz geeignet. Es hat sich gezeigt, daß der Ring für Spinnmaschinen mit einer verbesserten Korrosionsfestigkeit erhalten werden kann durch den Einsatz von SUS 405 mit einem Gehalt an Cr von 13%, SUS 403 des Ferrit-Systems oder rost­ freiem Stahl des Martensit-Systems.

Es wurde außerdem gefunden, daß dann, wenn man den erfindungs­ gemäßen Ring mit einem Molybdändisulfid-Überzug versieht, ihn einer Sulforisierungsbehandlung aussetzt und/oder eine Ni- Plattierung oder eine Ni-P-Plattierung aufbringt, sich die Eignung des Ringes in seinem ursprünglichen Zustand weiter verbessert, die Häufigkeit des Fadenbruches weiter reduziert wird und die Lebensdauer des Ringes verlängert wird.

Wenn man außerdem Ammoniakgas NH₃ dem atmosphärischen Gas während der Aufkohlungsbehandlung hinzufügt und 0,01 bis 0,5% Stickstoff in die Oberflächenschicht diffundiert, wird das "Brennen" von Ringen und Läufern vermindert, und die Lebensdauer und Einsatzfähigkeit der Ringe werden verbessert.

Der Ring für Spinnmaschinen gemäß der Erfindung mit dem zuvor beschriebenen Aufbau besitzt eine größere Oberflächenhärte, Zähigkeit, verbesserte Abriebfestigkeit, verbesserte Ermüdungs­ festigkeit, gute Einsetzbarkeit und geringere Garnbruchhäufigkeit von seinem ersten Einsatz an. Darüber hinaus hält er gut eine hohe Produktionsleitung sowie hohe Laufgeschwindigkeit von mehr als 13000 UpM Spindelgeschwindigkeit aus, und seine Lebens­ dauer wird enorm verlängert.

Es soll an dieser Stelle noch einmal angegeben werden, daß es sich bei der obigen Beschreibung lediglich um eine solche beispielhaften Charakters handelt und daß verschiedene Ab­ änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (6)

1. Ring für Spinnmaschinen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er aus einer Stahllegierung besteht, mit einem Gehalt an Cr von 0,9 bis 26% und mindestens in dem Oberflächenbereich, der mit einem Läufer in Kontakt steht, eine Oberflächenschicht besitzt, in welcher Carbid, gebläht und diffundiert durch Aufkohlen und Abschrecken, 30-90% der Fläche einnimmt, deren Oberflächenrauhigkeit im Durchschnitt an der Mittellinie durch Schleifen kleiner als Ra gleich 0,35 µm ist.

2. Ring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt der Oberflächenschicht im Bereich von 1,5% bis 5% liegt.

3. Ring nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Oberflächenschicht eine Mikro- Vickers-Härte von Hv 880-1050 besitzt.

4. Ring nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man zumindest die Oberfläche, die in Kontakt mit einem Läufer steht, einer Oberflächenbehandlung aussetzt, wie Überziehen mit Molybdändisulfid, Sulforisierungs­ behandlung, Nickel-Plattierung oder Ni-P-Plattierung.

5. Ring nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Oberflächenschicht 0,01 bis 0,5% Stick­ stoff enthält.

6. Ring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahl­ legierung Cr-Stahl, Cr-Mo-Stahl, Lagerstahl oder rostfreier Stahl ist.