SE467830B - Foerfarande foer att skapa ytor med sjaelvsmoerjande egenskaper paa metaller - Google Patents

Description

467 850 partiklar, t.ex. titankarbider, i en matris av den omsmälta grundmetallen.

Det är också känt att man till en smälta, skapad med t.ex. laser, kan tillföra olika legeringsämnen, t.ex. molybden, var- vid en ny legering skapas i det omsmälta området, så kallad upplegering med laser.

Syftet med denna teknik är alltså att tillföra partiklar till smältan som går i lösning och på detta sätt t.ex. uppnå en högre hårdhet eller förbättrade korossionsegenskaper i det om- smälta området.

Syftet med föreliggande uppfinning är bl.a. att åstadkomma ett med grundmetallen homogent ytskikt med smörjande karaktär, genom att ytskiktet smälts med hög energi, t.ex. laser, samtidigt som åtminstone en metall, metallegering eller metallblandning i form av molybden tillförs smältan, varvid en metallkomposit skapas bestående av i stort sett oförändrade partiklar av det tillförda molybdenmaterialet i en matris av den omsmälta grundmetallen.

Syftet med föreliggande uppfinning är också att skapa nämnda ytor med hjälp av ytbehandlingssträngar.

Enligt uppfinningen uppnås dessa syften med hjälp av de känne- tecken som framgår av efterföljande patentkrav l.

Till skillnad från laserimpregnering enligt US patent 4 299 860 eller upplegering med molybden tillförs här molybden så att det tillförda molybdenmaterialet förblir i huvudsak oför- ändrat i smältan. Vid relativglidning mellan den behandlade metallytan och en obehandlad metallyta kommer molybdenpartik- _ larna, som vid användning av sintermetall enligt ovan, att ge en "smörjande" verkan mellan de två ytorna. En viktig fördel jämfört med US patent 4 299 860 och sintermetall är att man med föreliggande uppfinning minimerar nötningen på den obehandlade ytan och att ytorna efter behandling kan bearbetas med konven- tionell skärande bearbetning och ända behålla det "smörjande" skiktet. 467 830 Föreliggande uppfinning möjliggör också partiell behandling av t.ex. vevaxlar, varvid behovet av speciella lagermetaller, såsom lagerbrons eller sintermetall, helt kan elimineras.

Med föreliggande uppfinning uppnås alltså ett ytskikt med självsmörjande karaktär som är homogent förbundet med grund- materialet utan risk för att detta flisar ur eller lossnar på annat sätt. Grundmaterialet erhåller med andra ord ett ytskikt med långtidsverkande självsmörjande karaktär mellan exempelvis glidande metallytor, som kan utsättas för höga belastningar utan att ytskiktet lossnar.

Med föreliggande uppfinning uppnås vidare att det ytbehandlade området får goda tribologiska egenskaper så att kraftiga för- svängningar i området förhindras och därigenom risken för rep- bildning och adhesiv nötning.

Uppfinningen skall nedan förklaras närmare med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka figur 1 med en perspektivvy visar ett metallföremål vars metall- yta behandlats enligt föreliggande uppfinning; figur 2 visar en metallografisk bild av ett etsat metallföremål 'som ytimpregnerats; figur 3 illustrerar ett snitt i en ytimpregnerad yta; figur 4 illustrerar ett snitt av en ytimpregnerad yta efter tilljämning av densamma; figur 5 illustrerar ett exempel på två maskinkomponenter,_kuggar, som ytimpregnerats; figur 6 illustrerar med en perspektivvy ett metallföremål med en cirkulär ytimpregneringssträng; figur 7 illustrerar med en perspektivvy metallföremålet enligt figur 6 under ett trådgnistningsmoment; 4. 467 850 figur 8 illustrerar med en perspektivvy en dyna som åstadkommits genom trådgnistning av metallföremålet enligt figur 6; figur 9 illustrerar med en perspektivvy en stämpel som sam- tidigt åstadkommits genom trådgnistning av metallföremålet enligt figur 6; figur 10 illustrerar ett snitt genom den övre delen av dynan och den undre delen av stämpeln enligt figurerna 8 och 9; figur ll illustrerar med en perspektivvy en dyna som ytimpreg- nerats längs botten- och ändkanter; figur 12 illustrerar ett snitt av dynan enligt figur 11; figur 13 illustrerar ett snitt av en dyna enligt figur 11 och 12 under en sänkgnistoperation; figur 14 illustrerar med ett snitt ytimpregnerade och sänkgnist- behandlade partier av en dyna enligt figur 10 och ll.

För att skapa ytor med självsmörjande egenskaper hos metall- ytor 1 på föremål 2 av metall eller annat lämpligt material, ytimpregneras metallytorna 1 genom att deras ytskikt 3 smältes med hög energi, t.ex. laserstrålar 4, samtidigt som en metall, metallegering eller metallblandning 5, tillföres smältan 6, var- vid en metallkomposit skapats efter stelning bestående av en matris av det omsmälta ytskiktet 3 och i stort sett oförändrade korn/partiklar av det tillförda materialet. Metallen, metall- legeringen eller metallblandningen kan tillföras smältan 6 från ett magasin (ej visat) via ett munstycke 7.

Figur 2 visar, med en metallografisk bild, ett tvärsnitt i ett metallföremål (SS 2258) som ytbehandlats enligt ovanstånde metod, där molybden i pulverform tillförts smältan via ett mun- stycke. Av bilden framgår att molybdenpartiklarna trängt in i smältan, varvid en metallkomposit skapats bestående av i stort sett oförändrade molybdenpartiklar i en matris av den omsmälta grundmetallen. Hårdheten hos molybdenpartiklarna uppgår till ca. HV 400 och hos den omsmälta grundmetallen till ca. HV 600. 467 830 Det tillförda materialet kan lämpligen vara molybden och/eller bly och/eller tenn och/eller indium eller föreningar av dessa ämnen. Exempel på det senare är molybdendisulfid, eller till- försel av molybden till en smälta innehållande svavel, eller tillförsel av molybden och svavel till en smälta för att i den bilda molybdendisulfid.

Ytimpregneringen kan ske partiellt på valda delar av föremålet 2 och ytbehandlingssträngar 8 bildas genom att föremålet 2 och laserstrålarna 4 flyttas relativt varandra. Ytbehandlingssträn- garna 8 placeras lämpligen så i förhållande till varandra att en del b på 2-50%, företrädesvis 20-40% av bredden B av den ena ytbehandlingssträngen 8, är integrerad med en del b på 2-50%, företrädesvis 20-40% av bredden B av den andra ytbehandlings- _ strängen 8 (se figur 3). Detta arrangemang säkerställer homo- gena egenskaper hos de behandlade metallytorna 1 och ger en ökad bearbetningsmån efter behandling.

För att ytterligare förbättra metallytans 1 nötningsresistens _ kan samtidigt, som en metall, metallblandning eller metall- legering 5 enligt ovan, en nötningsresistent partikel, såsom karbider eller keramer, tillföras smältan 6. På detta sätt skapas en metallkomposit bestående av "mjuka partiklar" med smörjverkande karaktär och hårda partiklar med hög nötnings- resistens i en matris av den omsmälta grundmetallen.

Vidare bibringas ytbehandlingssträngarna 8 lämpligen ett största inträngningsdjup D i metallytan 1 på 0,1-5 mm.

Vid behov jämnas de ytimpregnerade metallytorna till (se figur 4) och det erhålles ytimpregnerade ytor 9 med låg friktion och förbättrad nötningsresistens.

Ytbehandlingssträngarna 8 anbringas lämpligen i huvudsak lokalt på sådana ytor på föremål, t.ex. pressverktyg, verktyg, kuggar, som är särskilt utsatta för nötning medan föremålens övriga ytor lämpligen kan lämnas fria från ytbehandlingssträngar 8. Ett exempel på var ytbehandlingssträngar 8 lämpligen kan anbringas i friktionsnedbringande syfte visas i figur 5 där ytbehandlings- strängar 9 anbringats på krökta ytor 10 på kuggar 11, 12. 467 830 För erhållande av slitytor med önskade mått och/eller yt- jämnhet kan de ytimpregnerade metallytorna 1 gnistbearbetas.

I vissa fall kan det vara lämpligt att trådgnistbearbeta metallytorna medan det i andra fall kan vara lämpligt att sänkgnistbearbeta metallytorna 1.

Ett exempel på trådgnistbearbetning av impregnerade metall- ytor visas i figurerna 7-10. I dessa figurer visas ett före- mål 2, som på en metallyta ytimpregnerats lokalt utmed en konturlinje, som svarar mot en (exempelvis cirkulär) ändkant 13 och/eller 14 av en dyna 15 och/eller en stämpel 16 (och/ eller en stans) varefter dynan 15 och/eller stämpeln 16 (och/ eller stansen) åstadkommes genom trådgnistbearbetning utmed nämnda konturlinje med hjälp av ett trådgnistaggregat 17. Yt- impregneringen av metallytan 1 kan i detta fall ske genom att utmed nämnda konturlinje åstadkommes en ytimpregneringssträng 8 som har tillräcklig bredd T för att en del T 1 av dess bredd T skall bilda slityta på dynan 15 och den resterande delen T 2 skall bilda slityta på ändytan hos stämpeln 16 (eller stansen), varvid ett hål 18 i dynan 15 för stämpeln 16 (eller stansen) och stämpeln 16 (eller stansen) åstadkommes i samma moment genom trådgnistbearbetning utmed nämnda (i detta fall cirkulära) kon- turlinje.

I figurerna ll-14 visas ett exempel på sänkgnistbearbetning av impregnerade metallytor. I dessa figurer visas som exempel ett föremål 2 i form av en schematiskt visad verktygsdyna med en för- sänkning 19, vars ändkanter 20, 21 och bottenkanter 22, 23 yt- impregneras lokalt lämpligen genom att förses med ytbehandlings- strängar 8, varefter de ytimpregnerade kanterna sänkgnistbe- arbetas till färdigt mått. Detta kan ske med hjälp av en sänk- gnistningselektrod 24, (se figur 13) som är formad efter den slutform och/eller yta (se figur 14), som försänkningen 19 skall erhålla efter sänkgnistbearbetningen.

Uppfinningsförfarandet är inte begränsat till det ovan angivna utan kan variera inom ramen för efterföljande patentkrav. Som exempel på alternativ kan nämnas att smältningen av ytskiktet kan ske med annan hög energi än laserstrålar.

Claims (17)

467 830 Patentkrav:

1. Förfarande för att skapa ytor med självsmörjande egenskaper på metaller (1) genom att åstadkomma ett med grundmetallen homogent ytskikt med smörjande karaktär, varvid metallens yt- skikt (3) smältes med hög energi, t.ex. laser (4), k ä n n e - t e c k n a t a v att metallens ytskikt smältes samtidigt som en sådan metall, metallegering eller metallblandning (5) i form av molybden tillföres smältan (6), varvid en metall- komposit skapas, bestående av en i huvudsak oförändrade till- förda partiklar av det tillförda molybdenmaterialet i en mat- ris av den omsmälta grundmetallen, varvid nämnda yta skapas genom att placera ytbehandlingssträngar (8) så i förhållande till varandra att de förlöper delvis integrerade med varandra, varvid en del (b) på 2-50%, företrädesvis 20-40%, av bredden (B) av den ena ytbehandlingssträngen (8) är integrerad med en del (b) på 2-50%, företrädesvis 20-40%, av bredden (B) av den andra ytbehandlingssträngen (8) och varvid en viss del (b) av den ena ytbehandlingssträngens (8) bredd (B) företrädesvis är integrerad med en lika stor eller i huvudsak lika stor del (b) av den andra ytbehandlingssträngens (8) bredd (B).

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k_n a t a v att till smältan (6) tillföres en metall, metallegering eller metallblandning i form av tenn och/eller bly och/eller indium eller föreningar av dessa ämnen.

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a t a v att till smältan (6) tillföres en metall, metall- legering eller metallblandning i form av molybdendisulfid.

4. Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t a v att molybden insmältes i en smälta (6) innehållande svavel till bildande av molybdendisulfid i smältan (6).

5. Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t a v att smältan (6) impregneras med molybden och svavel för att i smältan (6) bilda molybdendisulfid. -467 830

6. Förfarande enligt patentkrav 4 eller 5, k ä n n e t e c k - n a t a v att smältan (6) bringas innehålla 5-80 volymprocent molybden.

7. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - a v att till smältan (6) tillsättes 0,01-80 volymprocent partiklar i form av karbider och/eller keramer och/ t e c k n a t eller legeringsämnen.

8. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a t a v att ytbehandlingssträngarna (8) bibringas ett största inträngningsdjup (D) i nämnda material på 0,1-5 mm.

9. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a t a v att ytbehandlingssträngarna (8) anbringas i huvudsak lokalt på sådana ytor på föremål (2), t.ex. på press- verktyg, verktyg eller kuggar, som är särskilt utsatta för nötning medan föremålens övriga ytor lämnas fria från ytbehand- lingssträngar (8).

10. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a t a v att krökta ytor hos föremålen (2) förses med ytbehandlingssträngar.

11. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a t a v att de ytimpregnerade metallytorna (1) gnist- bearbetas för erhållande av slitytor med önskat mått och/eller lämplig ytjämnhet.

12. Förfarande enligt patentkrav 11, k ä n n e t e c k n a t a v att de ytimpregnerade metallytorna (1) trådgnistbearbetas.

13. Förfarande enligt patentkrav 12, k ä n n e t e c k n a t a v att metallytorna (1) ytimpregneras lokalt utmed en konturlinje som svarar mot en ändkant (13 och/eller 14) av en dyna och/eller en stämpel (16) och/eller en stans, varefter dynan (15) och/ eller stämpeln (16) och/eller stansen åstadkommas genom tråd- gnistbearbetning utmed nämnda konturlinje.

14. Förfarande enligt patentkrav 13, k ä n n e t e c k n a t a v *r i 467 850 att utmed nämnda konturlinje åstadkommes en ytimpregnerings- sträng (8) som har tillräcklig bredd (T) för att en del (T 1) av dess bredd skall bilda slityta på ändkanten på en dyna och den resterande delen (T 2) slityta på ändytan hos en stämpel (16) eller en stans, varvid ett hål (18) i dynan (15) för stämpeln (16) och/eller stansen och stämpeln (16) och/eller stansen åstadkommes i samma moment genom trådgnistbearbetning utmed nämnda konturlinje.

15. Förfarande enligt patentkrav 12, k ä n n e t e c k n a t a v att de ytimpregnerade metallytorna (1) sänkgnistbearbetas.

16. Förfarande enligt patentkrav 15, k ä n n e t e c k n a t a v att åtminstone en ändkant (20 och/eller 21) och/eller en botten- kant (22 och/eller 23) hos en försänkning (19) i en verktygsdyna, som åstadkommas i nämnda yta, ytimpregneras lokalt, varefter den ytimpregnerade ändkanten (20 och/eller 21) och/eller botten- kanten (22 och/eller 23) sänkgnistbearbetas till färdigt mått.

17. Förfarande enligt patentkrav 16, k ä n n e t e c k n a t a v att försänkningens (19) ändkant (20 och/eller 21) och/eller bottenkant (22 och/eller 23) sänkgnistbehandlas med hjälp av en sänkgnistningselektrod (24), som är formad efter den slut- form som försänkningen skall erhålla efter sänkgnistbearbetningen.