EP0908530A1 - Blatt für eine Säge oder ein Messer und Herstellungsverfahren - Google Patents

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EP0908530A1
EP0908530A1 EP98118991A EP98118991A EP0908530A1 EP 0908530 A1 EP0908530 A1 EP 0908530A1 EP 98118991 A EP98118991 A EP 98118991A EP 98118991 A EP98118991 A EP 98118991A EP 0908530 A1 EP0908530 A1 EP 0908530A1
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EP
European Patent Office
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nitrogen
steel
base sheet
hrc
hardness
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EP98118991A
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EP0908530B1 (de
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Karl-Hermann Wirths
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C. AUGUST HUECHELBACH GMBH & CO. KG
Original Assignee
C August Huechelbach KG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/28—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases more than one element being applied in one step
    • C23C8/30—Carbo-nitriding
    • C23C8/32—Carbo-nitriding of ferrous surfaces

Definitions

  • the invention relates to a base sheet or base material according to the generic term of claim 1.
  • a basic material for the production of master sheets for circular saws, cutting discs, frame saws and Cutting and scraping devices is from the European Patent application EP 0 751 234 known.
  • the base sheet instead of a steel, whose carbon content is between 0.25 and 1 percent is a low-carbon base steel (case hardening steel) with a carbon content of 0.1 to 0.2 Percent used. Carbon is then added to this steel carburized so that from its outer wall areas towards the inner core a carburized area with a from the outer edge of the outer wall to the non-carburized one Decreasing carbon content is present.
  • the Depth of the carburized area is said to be selected be that after hardening and tempering a third the total thickness of the base steel is soft and two thirds stay strong. The core remains unhardened.
  • the two-sided Carburizing is used to make a sandwich-like raw material for the saw industry. It should be one higher hardness on the surface with the same operating or Break resistance can be achieved and noise emissions be reduced in operation.
  • the invention has for its object a base sheet or a method for producing a base sheet to specify at which while reducing leaf warming a reduced cutting width during operation simultaneous increase in cutting speed is possible.
  • nitrogen and to a lesser extent carbon diffuses superficially into the base steel, with nitrogen uptake dominating.
  • Carbonitrides and in lower zones nitrides.
  • the process parameters are chosen so that a connection zone with subsequent diffusion zone.
  • the ceramic-like character of this Surface has the character of a lubricant.
  • the thermotechnical Treatment takes place at temperatures below 600 ° Celsius, i.e. at temperatures far below of case hardening, where only carbon up to deep layers is diffused. At these temperatures is the solvent power of steel for carbon very low.
  • the diffusion parameters of nitrogen diffusion are chosen so that the diffusion zone protrudes up to a maximum of 400 micrometers into the core material.
  • the diffusion depth is preferably Nitrogen 200 microns. But it is also planned that the diffusion depth is only 100 microns is.
  • the surface hardness 300 to 400 HV.
  • the surface hardness can be 500 to 650 HV 1.
  • higher alloyed steels chrome, vanadium, Molybdenum
  • the hardness at 300 to 450 HV 1 (32 and 50 HRC) lie. It is preferably there depending on the selected one Steel quality in the range between 350 and 430 HV (38 up to 48 HRC).
  • Base steel is a tempered material, especially a martensitic steel can be chosen overall better material properties.
  • the nitrogen and carbon content near the surface Connection zone is almost constant.
  • the nitrogen concentration in contrast, in the diffusion zone continuously with a constant over wide ranges Gradients down to the core concentration.
  • the core concentration which can also be zero, becomes after 400 micrometers reached. As a result of this concentration gradient there is a continuous drop in hardness in the Diffusion zone to the core area.
  • Such steels can also be used as basic steels with vanadium, chrome or molybdenum or Are alloyed with nickel. Regarding such steels to the article by H. Berns: "Tools made of martensitic Stahl in 292 Z w F 66 (1971), Issue 6 "noted.
  • the diffusion in accordance with the invention is carried out by a process called nitro carburizing at temperatures up to 570 ° Celsius.
  • the temperature is preferably above 480 ° Celsius.
  • Nitrogen can be used in carbides Replace part of the carbon and in the carbides are recorded, forming carbonitrides.
  • the steel can before Treatment to improve its core properties be compensated. With a previous remuneration or tempering treatment, however, the tempering temperature must 20 ° to 30 ° higher than the treatment temperature in thermochemical treatment. But it can also lie lower. Then another start takes place in Core.
  • Nitro carburizing can be done in a gas as well as by applied powder.
  • carbon and Nitrogen in a mixture of ammonia and one Carburizing gas.
  • lime nitrogen used as a powder.
  • the amount of carbon diffused in is essential less than that of nitrogen. Nitro carburization but is preferably done in a salt bath.
  • the base sheets so made, either later hard metal cutting edges are soldered or diamond rubbers applied or incised teeth can be up to approx. 500 ° in operation Warm up Celsius without any harmful conversion he follows.
  • the technology according to the invention allows the thickness to reduce the saw blades.
  • a base sheet with a diameter of 400 millimeters which for example has a wall thickness of 3 millimeters the wall thickness to 2.4 millimeters or even less be reduced. A 20% reduction is possible.
  • the internal residual stresses built up compensate for the reduction in thickness Dimensional stability. The fatigue strength is significantly increased.
  • a layer material (sediment material) is created with a hardened or tempered core, which, in contrast to the known layer material, is not is soft, but a uniform martensite structure having.
  • the material initially forms one hardened zone with increasing nitrogen content towards the edge out.
  • the connection layer directly on the edge forms special nitro carbides and has a smooth surface.
  • the hardening takes place during the diffusion phase and can be achieved without quenching.
  • the treatment temperature is comparatively low.
  • a Variant of the method can be 520 to 560 °.
  • the process is alloyed on all types of steel or not alloyed, applicable. That is advantageous Increase in fatigue strength, corrosion resistance and the temperature resistance.
  • the nitrided Layer retains its high hardness up to approx. 500 ° Celsius.
  • the combination of reducing heat generation on the one hand smooth connection zone with the other hand the high temperature stability allows higher wear resistance and better sliding properties.
  • the one with the Manufacturing accompanying large residual compressive stress allowed the production of thin saw blades with the same Stability. With the manufacturing goes a big one Bracing that allows thin saw blades to produce without fluttering at high speeds occurs.
  • a base steel can be both carbon-rich as well low carbon steel can be used. Is preferred but such a steel is used without any after-treatment is hardenable, a base steel with from the edge to Core constant carbon content. In the base steel becomes bilateral due to the thermochemical treatment in the near-surface area nitrogen and Carbon diffused.
  • the hardness profiles in the 5 are shown with the letters A, B, C, refer to a circular saw blade, as in the 1 and 2 is shown.
  • the basic saw blade 1 forms two opposite surfaces 3, 4 and has tooth-like extensions that the carbide plates 2, which form the saw teeth.
  • the Width of the hard metal plate 2 is larger than that Strength of the base sheet 1, so that the actual cutting activity from the hard metal plate 2 and not from the one that is nitro-carburized on both sides in the area near the surface Base sheet is exercised.
  • Example A is a so-called CV2 steel with a core hardness of 438 HV 1.
  • a surface hardness is formed from 707 to 720 HV 1.
  • the depth of hardness is 0.09 mm and the connection layer thickness is 3 to 4 Micrometer. So nitro carburizing only the outermost thin surface layer with carbon enriched, which is a nitrogen-carbon compound acts. To deeper areas of the The base sheet then takes the nitrogen concentration steadily.
  • the Hardness gradient in the near-surface area 2.9 HV 1 pro Micrometer or 0.148 HRC per micrometer.
  • Example B is a type steel 032 with a core hardness of 376 HV 1 Nitro carburizing surface hardness is 614 up to 624 HV 1. The hardness depth is 0.1 mm and the Link layer thickness 4 to 5 microns. The hardness gradient on the surface is 4 HV 1 per micrometer or 0.22 HRC per micron.
  • Example C a steel with the designation S2 was used used, the core hardness is 375 HV 1. After this Nitro carburizing has a surface hardness of 695 to 705 HV 1. The hardness depth is 0.09 mm and the connecting layer thickness 3 to 4 microns. The hardness gradient in the area near the surface is 3 HV 1 per micrometer or 0.18 HRC per micron.
  • Nitro carburizing becomes a ceramic smooth, high sliding properties steel surface produced, so that warming is minimized when sawing and also the abrasion from the wood to be sawn.
  • 3 and 4 is a section in cross section a master sheet for a circular knife is shown.
  • the Steel thickness is 5 mm. While it is with the steels Examples A to C for low-alloy steels acted, it is the embodiment, 3 and 4, to a high-alloy Steel.
  • the course of the Vickers hardness is in the Fig. 6 shown.
  • Fig. 3 represents the base sheet for a circular knife in which there is still no cutting edge. This takes place only after nitro carburizing a corresponding removal of material from the surface, so that the tapered surface sections 13, 14 of the base sheet 11 by training form a cutting edge 15 on both sides.
  • the cutting edge 15 in one material lies outside the nitrogen diffusion range, namely in the middle of the sheet.
  • the high-alloy steel is nitro-carburized on both sides such that the surface hardness is 1,150 HV 1. In the core area the hardness is around 540 HV 1. The The gradient near the surface is around 7 HV 1 per micrometer or 0.3 HRC per micrometer.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein thermochemisch behandeltes Basisblatt für ein Stammblatt, eines Kreissägeblattes, Trennsägeblattes, Kreismessers, Maschinenmessers oder dergleichen. Zur Verringerung der Blatterwärmung im Betrieb und zur Verminderung der Schnittbreite bei gleichzeitiger Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit ist vorgesehen, daß der Stahl derart nitrokarburiert ist, daß die Eindringtiefe von Kohlenstoff bei maximal 20 Mikrometern liegt und die Eindringtiefe von Stickstoff bei maximal 400 Mikrometern. Der Stahl ist ohne Nachbehandlung härtbar und besitzt einen vom Rand zum Kern hin konstanten Kohlenstoffgehalt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Basisblatt oder Basismaterial gemäß Gattungsbegriff des Anspruches 1.
Ein Basismaterial für die Herstellung von Stammblättern für Kreissägen, Trennscheiben, Gattersägen sowie Schneid- und Schabvorrichtungen ist aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 751 234 her bekannt.
Bei dem bekannten Basisblatt wird anstelle eines Stahles, dessen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,25 und 1 Prozent liegt, ein kohlenstoffarmer Basisstahl (Einsatzstahl) mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,1 bis 0,2 Prozent verwendet. Auf diesen Stahl wird dann Kohlenstoff aufgekohlt, so daß von seinen Außenwandbereichen zum inneren Kern hin ein aufgekohlter Bereich mit einem vom äußeren Rand der Außenwand zum nicht aufgekohlten Kern abfallender Kohlenstoffgehalt vorhanden ist. Die Tiefe des aufgekohlten Bereiches soll so ausgewählt werden, daß nach dem Härten und Anlassen ein Drittel der Gesamtdicke des Basisstahls weich und zwei Drittel hart bleiben. Der Kern bleibt ungehärtet. Das beidseitige Aufkohlen dient dazu, ein sandwichartiges Rohmaterial für die Sägenindustrie zu schaffen. Es soll eine höhere Härte an der Oberfläche bei gleicher Betriebs- bzw. Bruchsicherheit erzielt werden und die Schallemission im Betrieb vermindert werden.
Auf derartig gefertigte Stammblätter werden in weiteren Verfahrensschritten zur Fertigung des Endproduktes Hartmetallsägezähne, Diamanten oder dergleichen aufgebracht.
Aus der Zeitschrift "Maschinenmarkt, Würzburg 103 (1997) 4" ist es bekannt, daß eine Anhebung der Eigenfrequenzen im Sägeblatt durch die Zunahme von Eigenspannungen in einem Sägeblatt erfolgen kann. Das Erwärmen des Werkzeuges führt zu einem Herabsetzen der Eigenfrequenzen. Die Steifigkeit eines Werkzeuges ist u. a. für die höchst mögliche Drehzahl verantwortlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Basisblatt bzw. ein Verfahren zur Fertigung eines Basisblattes anzugeben, bei dem unter Verringerung der Blatterwärmung im Betrieb eine verminderte Schnittbreite bei gleichzeitiger Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit möglich ist.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung.
Erfindungsgemäß wird Stickstoff und in geringerem Umfang oberflächlich Kohlenstoff in den Basisstahl eindiffundiert, wobei die Stickstoffaufnahme dominiert. Durch den erfindungsgemäßen Diffusionsprozeß bilden sich an der Oberfläche bzw. im oberflächennahen Bereich Karbonitride und in tieferen Zonen Nitride. Die Verfahrenzparameter sind dabei so gewählt, daß eine Verbindungszone mit nachfolgender Diffusionszone entsteht. Die dünne Oberflächenzone von 20 Mikrometern besitzt hervorragende Gleitfähigkeiten, weshalb Reibungserwärmungen beim Schneiden, insbesondere von Holz, erheblich reduziert werden. Der keramikartige Charakter dieser Oberfläche hat Schmiermittelcharakter. Die thermotechnische Behandlung erfolgt bei Temperaturen unterhalb 600° Celsius, also bei Temperaturen, die weit unterhalb des Einsatzhärtens liegen, wo allein Kohlenstoff bis in tiefe Schichten eindiffundiert wird. Bei diesen Temperaturen ist das Lösungsvermögen des Stahls für Kohlenstoff sehr gering. Die Diffusionsparameter der Stickstoffdiffusion sind so gewählt, daß die Diffusionszone bis maximal 400 Mikrometer in das Kernmaterial hineinragt. Vorzugsweise beträgt die Diffusionstiefe des Stickstoffes 200 Mikrometer. Es ist aber auch vorgesehen, daß die Diffusionstiefe lediglich 100 Mikrometer beträgt. Für unlegierte Stähle kann die Oberflächenhärte 300 bis 400 HV betragen. Bei schwach legierten Stählen, welche beispielsweise mit 0,3 % Chrom legiert sind, kann die Oberflächenhärte 500 bis 650 HV 1 betragen. Bei höher legierten Stählen (Chrom, Vanadium, Molybdän) ist eine Oberflächenhärte von über zu 700 HV 1 möglich. Mit hoch legierten Stählen ist sogar eine Oberflächenhärte bis 1200 HV möglich. Im Kernbereich soll die Härte bei 300 bis 450 HV 1 (32 und 50 HRC) liegen. Vorzugsweise liegt sie dort je nach gewählter Stahlqualität im Bereich zwischen 350 und 430 HV (38 bis 48 HRC). Da, anders als beim reinen Aufkohlen, als Basisstahl ein vergütetes Material, insbesondere ein martensitbildender Stahl gewählt werden kann, ergeben sich ingesamt bessere Materialeigenschaften. Der Stickstoff- und Kohlenstoffgehalt in der oberflächennahen Verbindungszone ist nahezu konstant. Die Stickstoffkonzentration in der Diffusionszone nimmt demgegenüber kontinuierlich mit einem über weite Bereiche konstanten Gradienten bis zur Kernkonzentration ab. Die Kernkonzentration, die auch Null sein kann, wird nach 400 Mikrometern erreicht. Zufolge dieses Konzentrationsgradienten ergibt sich ein kontinuierlicher Härteabfall in der Diffusionszone bis zum Kernbereich hin.
Zufolge der Eindiffusion von Stickstoff und Kohlenstoff in den vergüteten Basisstahl bildet sich eine randseitige Volumenausdehnung aus. Diese Volumenausdehnung bewirkt im Randbereich eine Druckeigenspannung und im Kernbereich eine Zugspannung. Diese innere Verspannung im Sägeblatt wirkt sich besondere bei Kreissägeblättern geräuschmindernd aus. Die Ausscheidungshärtung in der Randschicht bewirkt eine größere Belastbarkeit bei statischer, insbesondere aber bei schwingender Beanspruchung. Dabei erhöhen die feindispersen Nitritausscheidungen einerseits die lokale Dauerfestigkeit, andererseits wirken sie in der Art einer "inneren Reibung" hinderlich für Versetzungsbewegungen.
Als Basisstähle können auch solche Stähle verwendet werden, die mit Vanadium, Chrom oder Molybdän oder Nickel legiert sind. Betreffend derartiger Stähle wird auf den Artikel H. Berns: "Werkzeuge aus martensitaushärtendem Stahl in 292 Z w F 66 (1971), Heft 6" hingewiesen.
Das erfindungsgemäße Eindiffundieren erfolgt durch ein als Nitrokarburieren bezeichnetes Verfahren bei Temperaturen bis 570° Celsius. Vorzugsweise liegt die Temperatur oberhalb von 480° Celsius. Bei dieser Behandlungstemperatur entstehen temperaturabhängige, komplexe Verbindungen mit unterschiedlichen Stickstoff- und Kohlenstoffgehalten. In Karbiden kann Stickstoff einen Teil des Kohlenstoffs ersetzen und in den Karbiden aufgenommen werden, wobei sich Karbonitride bilden. Im Cegensatz zum reinen Ammoniak-Nitrieren entfällt die da arttypische rauhe Oberfläche. Der Stahl kann vor der Behandlung zur Verbesserung seiner Kerneigenschaften vergütet werden. Bei einer vorhergehenden Vergütung oder Anlaßbehandlung muß die Anlaßtemperatur allerdings 20° bis 30° höher liegen, als die Behandlungstemperatur bei thermochemischen Behandlung. Sie kann aber auch niedriger liegen. Dann erfolgt ein weiteres Anlassen im Kern.
Das Nitrokarburieren kann sowohl in einem Gas erfolgen als auch durch aufgebrachtes Pulver. Bei ersterem Verfahren erfolgt die Eindiffusion von Kohlenstoff und Stickstoff in einer Mischung aus Ammoniak und einem Aufkohlungsgas. Bei der zweiten Verfahrensvariante wird beispielsweise Kalkstickstoff als Pulver verwendet. Die Menge des eindiffundierten Kohlenstoffs ist aber wesentlich geringer als die des Stickstoffs. Die Nitrokarburierung erfolgt aber bevorzugt im Salzbad.
Die so gefertigten Basisblätter, bei denen entweder später Hartmetallschneiden aufgelötet werden oder Diamantreibkörper aufgebracht werden oder Zähne eingeschnitten werden, können sich im Betrieb bis ca. 500° Celsius erwärmen, ohne daß eine schädliche Umwandlung erfolgt.
Die erfindungsgemäße Technologie erlaubt es, die Dicke der Sägeblätter zu reduzieren. Bei einem Basisblatt mit einem Durchmesser von 400 Millimeter, welches beispielsweise eine Wandstärke von 3 Millimeter besitzt, kann die Wandstärke auf 2,4 Millimeter oder sogar weniger reduziert werden. Es ist eine Reduzierung um 20 % möglich. Die im Außenbereich aufgebauten Druckeigenspannungen kompensieren die durch die Dickenreduzierung verringerte Formstabilität. Die Dauerschwingfestigkeit wird wesentlich erhöht.
Erfindungsgemäß entsteht ein Schichtmaterial (Sediment-Werkstoff) mit einem gehärteten bzw. vergütetem Kern, der im Gegensatz zum bekannten Schichtmaterial nicht weich ist, sondern ein einheitliches Martensitgefüge aufweist. Zum Rand bildet das Material zunächst eine gehärtete Zone mit zum Rand hin steigenden Stickstoffanteilen aus. Die unmittelbar am Rand liegende Verbindungsschicht bildet besondere Nitrokarbide aus und besitzt eine gut gleitende Oberfläche.
Das Hartwerden findet während der Diffusionsphase statt und kann ohne Abschrecken erzielt werden. Die Behandlungstemperatur ist vergleichsweise niedrig. In einer Variante des Verfahrens kann sie bei 520 bis 560° liegen. Das Verfahren ist auf alle Stahlsorten, legiert oder nicht legiert, anwendbar. Vorteilhaft ist die Erhöhung der Dauerfestigkeit, des Korrosionswiderstandes und die Temperaturbeständigkeit. Die nitrierte Schicht behält ihre hohe Härte bis ca. 500° Celsius. Die Kombination der einerseits die Wärmeerzeugung reduzierenden glatten Verbindungszone mit andererseits der hohen Temperaturstabilität erlaubt höhere Verschließfestigkeit und bessere Gleiteigenschaften. Die mit der Fertigung einhergehende große Druckeigenspannung erlaubt die Fertigung dünner Sägeblätter, bei gleichbleibender Stabilität. Mit der Fertigung geht eine große Verspannung einher, die es erlaubt, dünne Sägeblätter zu fertigen, ohne daß bei hohen Drehzahlen ein Flattern auftritt.
Als Basisstahl kann sowohl kohlenstoffreicher als auch kohlenstoffarmer Stahl verwendet werden. Bevorzugt wird aber ein derartiger Stahl verwendet, der ohne Nachbehandlung härtbar ist, ein Basisstahl mit vom Rand zum Kern hin konstanten Kohlenstoffgehalt. In den Basisstahl wird durch die thermochemische Behandlung beidseitig in den oberflächennahen Bereich Stickstoff und Kohlenstoff eindiffundiert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand beigefügter Zeichnungen nachfolgend erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
einen Ausschnitt aus einem Sägeblatt aus nitrokarburiertem Basisstahl mit aufgebrachten Hartmetallplättchen,
Fig. 2
ein Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3
ein Basisblatt für einen Kreismesser vor dem Abziehen der Schneide,
Fig. 4
ein Kreismesserblatt gemäß Fig. 3 nach durch Abziehen ausgebildeter Schneide,
Fig. 5
einen Härtequerschnitt im oberflächennahen Bereich dreier Basisblätter für ein Kreissägeblatt aus unterschiedlichen Stählen, wobei nach links die Tiefe in Millimetern und nach oben die Vickers-Härte 1 abgetragen ist und
Fig. 6
eine Darstellung gemäß Fig. 5 eines Basisblattes für einen Kreismesser.
Die Ausführungsbeispiele, deren Härteverläufe in der Fig. 5 mit den Buchstaben A, B, C dargestellt sind, beziehen sich auf ein Kreissägeblatt, wie es in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Das Basissägeblatt 1 bildet zwei gegenüberliegende Oberflächen 3, 4 aus und besitzt zahnartige Fortsätze, die die Hartmetallplättchen 2 tragen, welche die Sägezähne ausbilden. Die Breite der Hartmetallplättchen 2 ist größer als die Stärke des Basisblattes 1, so daß die eigentliche Spantätigkeit von den Hartmetallplättchen 2 und nicht von dem im oberflächennahen Bereich beidseitig nitrokarburiertem Basisblatt ausgeübt wird.
Beim Beispiel A handelt es sich um einen sogenannten CV2-Stahl mit einer Kernhärte von 438 HV 1. Im Wege des Nitrokarburierens bei Temperaturen unter 600° Celsius, vorzugsweise um 500° Celsius, bildet sich eine Oberflächenhärte von 707 bis 720 HV 1 aus. Die Härtetiefe beträgt 0,09 mm und die Verbindungsschichtdicke 3 bis 4 Mikrometer. Durch das Nitrokarburieren wird also nur die äußerste dünne Oberflächenschicht mit Kohlenstoff angereichert, wobei es sich dort um eine Stickstoff-Kohlenstoff-Verbindung handelt. Zu tieferen Bereichen des Basisblattes nimmt dann die Stickstoffkonzentration stetig ab. Wie aus Fig. 5 zu entnehmen ist, beträgt der Härtegradient im oberflächennahen Bereich 2,9 HV 1 pro Mikrometer bzw. 0,148 HRC pro Mikrometer.
Beim Beispiel B handelt es sich um einen Stahl des Typs 032 mit einer Kernhärte von 376 HV 1. Die durch das Nitrokarburieren erzeugte Oberflächenhärte beträgt 614 bis 624 HV 1. Die Härtetiefe beträgt 0,1 mm und die Verbindungsschichtdicke 4 bis 5 Mikrometer. Der Härtegradient an der Oberfläche beträgt 4 HV 1 pro Mikrometer bzw. 0,22 HRC pro Mikrometer.
Beim Beispiel C wurde ein Stahl mit der Bezeichnung S2 verwendet, dessen Kernhärte 375 HV 1 beträgt. Nach dem Nitrokarburieren beträgt die Oberflächenhärte 695 bis 705 HV 1. Die Härtetiefe beträgt 0,09 mm und die Verbindungsschichtdicke 3 bis 4 Mikrometer. Der Härtegradient im oberflächennahen Bereich beträgt 3 HV 1 pro Mikrometer bzw. 0,18 HRC pro Mikrometer.
Alle Stähle haben eine Stärke von 2,5 mm. Durch das Nitrokarburieren wird eine keramisch glatte, hohe Gleiteigenschaften aufweisende Stahloberfläche erzeugt, so daß beim Sägen die Aufwärmung minimiert ist und auch der Abrieb durch das zu sägende Holz.
In Fig. 3 bzw. 4 ist ausschnittsweise im Querschnitt ein Stammblatt für ein Kreismesser dargestellt. Die Stahldicke beträgt 5 mm. Während es sich bei den Stählen der Beispiele A bis C um niedrig legierte Stähle gehandelt hat, handelt es sich beim Ausführungsbeispiel, betreffend die Fig. 3 und 4, um einen hoch legierten Stahl. Der Verlauf der Vickers-Härte ist in der Fig. 6 dargestellt.
Die Fig. 3 stellt das Stammblatt für ein Kreismesser dar, bei welchem noch keine Schneide vorhanden ist. Diese erfolgt erst nach dem Nitrokarburieren durch einen entsprechenden Materialabtrag an der Oberfläche, so daß die spitz aufeinander zulaufenden Oberflächenabschnitte 13, 14 des Basisblattes 11 durch Ausbildung eines beidseitigen Anschliffes eine Schneide 15 ausbilden.
Erkennbar ist, daß die Schneide 15 in einem Material liegt, der außerhalb des Stickstoffdiffussionsbereiches, nämlich in der Blattmitte liegt.
Der hoch legierte Stahl wird beidseitig nitrokarburiert derart, daß die Oberflächenhärte bei 1.150 HV 1 liegt. Im Kernbereich ist die Härte bei etwa 540 HV 1. Der Gradient im oberflächennahen Bereich liegt bei etwa 7 HV 1 pro Mikrometer bzw. 0,3 HRC pro Mikrometer.
Wie auch bei den anderen Ausführungsbeispielen wird bei dem Kreismesser die schneidende Zone nicht von einem nitrokarburierten Oberflächenabschnitt ausgebildet, sondern von dem später erst zur Schneide geformten Kernbereich aus Basismaterial. Während des Betriebes wird die Schneide auch kontinuierlich nachgeschliffen. Auch hier wird als Erfolg der Erfindung die Änderung der Gleiteigenschaften der Oberflächen angesehen, die in Reibwirkung zum Werkstück stehen. Durch die nitrokarburierte Oberfläche wird nicht nur der Reibwiderstand erheblich verringert, sondern auch die Stabilität des Werkzeuges gesteigert.
Alle offenbarten Merkmale sind erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims (12)

  1. Thermochemisch behandeltes Basisblatt für ein Stammblatt, eines Kreissägeblattes, Trennsägeblattes, Kreismessers, Maschinenmessers oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl derart nitrokarburiert ist, daß die Eindringtiefe von Kohlenstoff bei maximal 20 Mikrometern liegt und die Eindringtiefe von Stickstoff bei maximal 400 Mikrometern.
  2. Basisblatt nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß Stickstoff mit zum Kern hin flacher werdenden Konzentrationsgradienten eindiffundiert ist.
  3. Basisblatt nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung aus einem ohne Nachbehandlung härtbarem Basisstahl besteht mit vom Rand zum Kern hin konstanten Kohlenstoffgehalt, wobei in dem Basisstahl durch thermochemische Behandlung beidseitig in den oberflächennahen Bereich Stickstoff und Kohlenstoff eindiffundiert ist mit einem zum Kernbereich hin abfallenden Stickstoffgehalt.
  4. Basisblatt nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ausprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenhärte im Bereich bis 60 HRC bzw. 715 HV 1 oder höher beispielsweise zwischen 54 und 68 HRC bzw. 600 und 940 HV 1 liegt und im Kernbereich die Härte zwischen 32 und 50 HRC bzw. 315 und 530 HV 1 liegt.
  5. Basisblatt nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ausprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte im Stickstoffdiffusionsbereich mit einem Härtegradient von 0,05 bis 0,04 HRC/Mikrometer, vorzugsweise 0,15 bis 0,25 HRC/Mikrometer für Sägeblätter oder ca. 0,3 bis 0,4 HRC/Mikrometer für Messerblätter, abnimmt.
  6. Basisblatt nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ausprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß im Kern ein vergütetes Martensitgefüge vorhanden ist.
  7. Basisblatt nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ausprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration von Stickstoff sowie die Gesamtdicke des Blattes so gewählt sind, daß die im diffusionsfreien Kern sich zufolge randseitiger Volumenausdehnung aufgebaute Zugspannung größer ist als die bei der Maximaldrehzahl auftretenden Fliehkräfte.
  8. Basisblatt nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisstahl ein martensitbildender Stahl ist.
  9. Verfahren zum Herstellen eines Basisblattes für ein Sägeblatt, insbesondere Stammblatt, wobei in den Basisstahl simultan Stickstoff und Kohlenstoff eindiffundiert werden bei einer Behandlungstemperatur von bis 600° Celsius und einer Behandlungszeit, so daß die Eindringtiefe von Kohlenstoff bei maximal 20 Mikrometern liegt und die Eindringtiefe von Stickstoff bei maximal 400 Mikrometern.
  10. Verfahren insbesondere nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Aufbau der Verbindungszone ein keramische ähnlicher Charakter erzielt wird, der ausgezeichnete Gleiteigenschaften besitzt.
  11. Verfahren insbesondere nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung der Dauerschwingfestigkeit bis ca. 500° Belastungstemperatur erhalten bleibt.
  12. Basisblatt nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht aus einer Fe2-3N oder Fe4N Verbindungsschicht besteht.
EP98118991A 1997-10-09 1998-10-08 Blatt für eine Säge oder ein Messer und Herstellungsverfahren Expired - Lifetime EP0908530B1 (de)

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