SE526501C2 - Method of surface modifying a precipitation-hardened stainless steel - Google Patents
Method of surface modifying a precipitation-hardened stainless steelInfo
- Publication number
- SE526501C2 SE526501C2 SE0300073A SE0300073A SE526501C2 SE 526501 C2 SE526501 C2 SE 526501C2 SE 0300073 A SE0300073 A SE 0300073A SE 0300073 A SE0300073 A SE 0300073A SE 526501 C2 SE526501 C2 SE 526501C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- stainless steel
- max
- coating
- steel
- static friction
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 claims description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 3
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 3
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 2
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 8
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 abstract description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 abstract description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 abstract description 3
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 abstract description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 13
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 12
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000006396 nitration reaction Methods 0.000 description 2
- 229910001256 stainless steel alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 239000008207 working material Substances 0.000 description 2
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000760 Hardened steel Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CMPNPRUFRJFQIB-UHFFFAOYSA-N [N].[Cu] Chemical compound [N].[Cu] CMPNPRUFRJFQIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- UFGZSIPAQKLCGR-UHFFFAOYSA-N chromium carbide Chemical compound [Cr]#C[Cr]C#[Cr] UFGZSIPAQKLCGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000000275 quality assurance Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 229910003470 tongbaite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007514 turning Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/02—Hardening by precipitation
-
- 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
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/06—Surface hardening
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/004—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F2226/00—Manufacturing; Treatments
- F16F2226/02—Surface treatments
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
20 25 30 526 501 2 sätthärdningsprocesser utförs vid höga temperaturer; medan uppkolningsprocesser utförda vid temperaturer runt 540 °C eller högre (för rostfria stâllegeringar) kan gynna bildning av karbider i ytan av det nämnda rostfria stålet. Set curing processes are performed at high temperatures; while carbonization processes performed at temperatures around 540 ° C or higher (for stainless steel alloys) may favor the formation of carbides in the surface of said stainless steel.
I många mekaniska applikationer är inte bara hårdhet utan även den statiska friktionen av stålytan, vilket indikerats ovan, ett känt problem. Även om smörjning görs kan den statiska friktionen orsaka avsevärd friktionsförlust, speciellt i fall där en växelverkande rörelse förekommer. Exempel på sådana applikationer är stötdämpare för fordon, hydrauliska system inom process industrin och inre delar av förbränningsmotorer, så som ventillyftare. Vid högfrekventa ändringar av rörelsetyp eller riktning kan den statiska friktionen orsaka en lokal temperaturhöjning, vilket leder till försämrad prestanda, livslängd och risk för läckage.In many mechanical applications, not only hardness but also the static friction of the steel surface, as indicated above, is a known problem. Even if lubrication is done, the static friction can cause considerable friction loss, especially in cases where an interactive movement occurs. Examples of such applications are shock absorbers for vehicles, hydraulic systems in the process industry and internal parts of internal combustion engines, such as valve lifters. With high-frequency changes in movement type or direction, the static friction can cause a local temperature rise, which leads to reduced performance, service life and risk of leakage.
För att minska den statiska friktionen beläggs vanligtvis utsatta ytor med någon form av lager med bättre egenskaper än det underliggande stålsubstratet. Förutom att ge en minskad friktion är en önskad egenskap hos sagda lager att skydda substratet mot mekanisk nötning. Därför ska det pålagda lagret vara så hårt som möjligt. l hydraulisk styrningskontrollutrustning inom processindustrin kan en hög statisk friktion orsaka ett rörelsemotstånd, vilket försämrar precisionen hos den hydrauliska komponenten. Nämnda problem med statisk friktion kan uppkomma till exempel i förbränningsmotorer, ventillyftare för inlopps- och utloppsventiler.To reduce the static friction, exposed surfaces are usually coated with some kind of layer with better properties than the underlying steel substrate. In addition to reducing friction, a desired property of said layer is to protect the substrate from mechanical abrasion. Therefore, the applied layer should be as hard as possible. In hydraulic control equipment in the process industry, a high static friction can cause a movement resistance, which impairs the precision of the hydraulic component. The mentioned problems with static friction can arise, for example, in internal combustion engines, valve lifters for inlet and outlet valves.
Ytan på vilken lyftaren verkar utsätts för en mycket hög lokal last, vilket kan resultera i betydande nötningsproblem.The surface on which the lifter operates is exposed to a very high local load, which can result in significant abrasion problems.
Ett konventionellt sätt att minska den statiska friktionen och att öka hårdheten är att bereda en mycket jämn yta och därefter att applicera hård krombeläggning på denna yta. Därmed uppnås en hårdhetsnivå för låglegerat smidesstål till omkring 1000 Hv. För att stödja lagret görs ofta en ythärdning innan den hårda krombeläggningen. Denna process är relativt komplicerad 10 15 20 25 30 526 501 3 och involverar flera omflyttningar av arbetsmaterialet till följd av de dimensionsförändringar det genomgår under härdningen.A conventional way to reduce the static friction and to increase the hardness is to prepare a very smooth surface and then to apply hard chromium coating on this surface. This achieves a hardness level for low-alloy wrought steel to around 1000 Hv. To support the bearing, a surface hardening is often done before the hard chrome coating. This process is relatively complicated and involves several displacements of the working material due to the dimensional changes it undergoes during curing.
En möjlig lösning på problemet med skillnaden i hårdhet mellan substratet och den applicerade beläggningen är att applicera ett system av skikt. Ett behandlat arbetsstycke består till exempel av en baskropp eller substrat av stål och ett hårt materiallagersystem bredvid substratet, pålagt ett metallager och slutligen ett glidlagersystem, varvid det sistnämnda företrädesvis är gjort av karbid, speciellt wolframkarbid eller kromkarbid och dispergerat kol. Även om bra hårdhetsvärden och låg statisk friktion uppnås är komposit-systemet av flera lager komplicerat, tidskrävande och dyrt att tillverka.One possible solution to the problem of the difference in hardness between the substrate and the applied coating is to apply a system of layers. A treated workpiece consists, for example, of a base body or substrate of steel and a hard material storage system next to the substrate, applied to a metal bearing and finally a plain bearing system, the latter preferably being made of carbide, especially tungsten carbide or chromium carbide and dispersed carbon. Even if good hardness values and low static friction are achieved, the composite system of lager your bearings is complicated, time consuming and expensive to manufacture.
Ett annat alternativ är att bilda ett skiktsystem vilket består av ett adhesivt lager som placeras pâ ett substrat, ett övergångslager som placeras på det adhesiva lagret och ett yttre lager vilket är gjort av diamant-liknande kol. Det adhesiva lagret består av åtminstone ett element från gruppen bestående av 4:e, 5:e och 6:e subgruppen och kisel. Övergångslagret består av diamant-liknande kol. Skiktsystemet har en hårdhet av åtminstone 15 GPa, företrädesvis av åtminstone 20 GPa, och en adhesiv styrka av åtminstone 3 HF enligt VDl 3824 ("Quality Assurance in the Case of PVD and CVD Hard Coatings"), blad 4.Another alternative is to form a layer system which consists of an adhesive layer which is placed on a substrate, a transition layer which is placed on the adhesive layer and an outer layer which is made of diamond-like carbon. The adhesive layer consists of at least one element from the group consisting of the 4th, 5th and 6th subgroups and silicon. The transition layer consists of diamond-like carbon. The layer system has a hardness of at least 15 GPa, preferably of at least 20 GPa, and an adhesive strength of at least 3 HF according to VD1 3824 ("Quality Assurance in the Case of PVD and CVD Hard Coatings"), sheet 4.
SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Med bakgrund av det ovanstående är det ett primärt syfte med föreliggande uppfinning att åstadkomma en låg statisk friktions och nötningsbeständig rostfritt stålyta.SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, it is a primary object of the present invention to provide a low static friction and abrasion resistant stainless steel surface.
Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma låg statisk friktion på en mycket hård och nötningsbeständig rostfritt stålyta på ett enkelt och kostnadseffektivt sätt, med så få processteg som möjligt. 10 15 20 25 30 526 501 Ytterligare ett syfte med föreliggande uppfinning är att producera komponenter med avancerad geometri av nämnda rostfria stål med en låg statisk friktion på en mycket hård och nötningsbeständig yta.Another object of the present invention is to provide low static friction on a very hard and abrasion resistant stainless steel surface in a simple and cost effective manner, with as few process steps as possible. Another object of the present invention is to produce components with advanced geometry of said stainless steel with a low static friction on a very hard and abrasion resistant surface.
Dessa och andra syften har på ett överraskande sätt uppnåtts genom användning av ett specifikt rostfritt stål och ett rostfritt stål i sig självt enligt de självständiga patentkraven. Föredragna utföringsformer av uppfinningen definieras i de osjälvständiga patentkraven.These and other objects have surprisingly been achieved by the use of a specific stainless steel and a stainless steel itself according to the independent claims. Preferred embodiments of the invention are defined in the dependent claims.
Föreliggande uppfinning avser metoder för applicering av en beläggning med låg statisk friktion på en specifik klass av rostfria stål.The present invention relates to methods for applying a coating with low static friction to a specific class of stainless steels.
Dessutom resulterar denna beläggning med låg statisk friktion också i en mycket hård och nötningsbeständig yta. Beläggningen appliceras enligt den väl kända PVD-tekniken (”Physical Vapour Deposition”) i enlighet med den ovan refererade bakgrundstekniken. Stålet har visat sig ha den överraskande egenskapen att uppnå en betydande inre hårdhetsökning när beläggningen appliceras, varvid det nödvändiga hårda och bärande ytlagret skapas för att bära den håra och lågfriktions toppbeläggningen. Eftersom PVD-förfarandet utförs vid relativt låg temperatur bibehålls dimensionerna hos arbetsmaterialet utan nâgra forrnförändringar. Användningen av PVD-tekniken på några specifika rostfria stållegeringar ger ett antal fördelar vid produktionen av, till exempel, cylindriska rör och kolvstänger för stötdämpare, kolvar för hydrauliska styrningsanordningar och ventillyftare för förbränningsmotorer.In addition, this low static friction coating also results in a very hard and abrasion resistant surface. The coating is applied according to the well-known PVD technique ("Physical Vapor Deposition") in accordance with the background technique referred to above. The steel has been found to have the surprising property of achieving a significant internal hardness increase when the coating is applied, creating the necessary hard and load-bearing surface layer to support the high and low friction topcoat. Since the PVD process is carried out at a relatively low temperature, the dimensions of the working material are maintained without any modifications. The use of PVD technology on some specific stainless steel alloys provides a number of advantages in the production of, for example, cylindrical tubes and piston rods for shock absorbers, pistons for hydraulic control devices and valve lifters for internal combustion engines.
Innan några ytmodifieringar gjorts valdes en passande grupp av stål ut för föreliggande uppfinning. Den har de följande kompositionsintervallen (i vikts-%): Kol max 0,1 max 0,1 0,5 - 4 Kväve Koppar 526 501 5 Krom 10 - 14 Molybden 0,5 - 6 Nickel 7 - 11 Kobolt 0 - 9 Tantal max 0,1 Niob max 0,1 Vanadin max 0,1 Wolfram max 0,1 Aluminium 0,05 - 0,6 Titan 0,4 - 1,4 Kisel max 0,7 Mangan max 1,0 Järn resten jämte normalt förekommande ståltillverkningstillsatser samt föroreningar.Before any surface modifications were made, a suitable group of steels was selected for the present invention. It has the following composition ranges (in% by weight): Carbon max 0.1 max 0.1 0.5 - 4 Nitrogen Copper 526 501 5 Chromium 10 - 14 Molybdenum 0.5 - 6 Nickel 7 - 11 Cobalt 0 - 9 Tantalum max 0.1 Niob max 0.1 Vanadium max 0.1 Tungsten max 0.1 Aluminum 0.05 - 0.6 Titanium 0.4 - 1.4 Silicon max 0.7 Manganese max 1.0 Iron residue plus normal steelmaking additives and contaminants.
BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN För att åstadkomma en ytbehandling enligt föreliggande uppfinning valdes ett specifikt utskiljningshärdat stål med följande sammansättning (i vikts-%): C + N max 0,05 Cr 12,00 Mn 0,30 Ni 9,00 Mo 4,00 Ti 0,90 Al 0,30 Si 0,15 Cu 2,00 Fe Resten 10 15 20 25 30 526 501 6 På detta stål appliceras en beläggning med låg statisk friktion, sagda beläggning bestående av huvudsakligen titannitrid eller DLC som appliceras med PVD-teknik. Detta inkluderar att metallbiten exponeras för temperaturer mellan 450 och 500 °C under ett par timmar. Inom samma temperaturregion, och efter bestämda intervall, sker en härdning av stålet varvid en hårdhet i storleksordningen 650 Hv uppnås. På detta sätt uppnås ett utmärkt stöd för beläggningen under samma arbetssteg. Tack vare den relativt låga behandlingstemperaturen behåller arbetsstycket sin form och dimensioner med stor noggrannhet, vilket resulterar in en betydligt förenklad framställningsprocess. På samma gång åstadkommes, trots ett tunnare skikt, tjockleken av vilken är i storleksordningen 6 um, en överlägsen nötningsbeständighet ijämförelse med konventionella 25 um tjocka hårda kromlager på en härdad yta. Därmed är den stora fördelen med föreliggande uppfinning att appliceringen av den låg statisk friktions- och nötningsbeständiga beläggningen och den nödvändiga ythärdningen är frambringad i ett och samma förfarande.DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION To achieve a surface treatment according to the present invention, a specific precipitation hardened steel having the following composition (in% by weight) was selected: C + N max 0.05 Cr 12.00 Mn 0.30 Ni 9.00 Mo 4 .00 Ti 0.90 Al 0.30 Si 0.15 Cu 2.00 Fe Residual 10 15 20 25 30 526 501 6 On this steel is applied a coating with low static friction, said coating consisting mainly of titanium nitride or DLC which is applied with PVD technology. This includes exposing the piece of metal to temperatures between 450 and 500 ° C for a couple of hours. Within the same temperature region, and after certain intervals, a hardening of the steel takes place, whereby a hardness of the order of 650 Hv is achieved. In this way, an excellent support for the coating is achieved during the same work step. Thanks to the relatively low treatment temperature, the workpiece retains its shape and dimensions with great accuracy, which results in a considerably simplified manufacturing process. At the same time, despite a thinner layer, the thickness of which is in the order of 6 μm, a superior abrasion resistance compared to conventional 25 μm thick hard chromium layers on a hardened surface is achieved. Thus, the great advantage of the present invention is that the application of the low static friction and abrasion resistant coating and the necessary surface hardening is produced in one and the same process.
En annan betydande fördel av föreliggande uppfinning är då arbetsstycket är i rörform för framställning av rörformade artiklar. Tack vare en utmärkt kallbearbetbarhet hos det rostfria stålet enligt uppfinningen, framställs enkelt rörfonniga produkter. Kostsamma långhålsborrningsförfaranden vilka annars krävs för vanligt förekommande stavformade produkter elimineras därmed.Another significant advantage of the present invention is when the workpiece is in tubular shape for making tubular articles. Thanks to an excellent cold workability of the stainless steel according to the invention, tubular products are easily produced. Costly long hole drilling procedures which are otherwise required for commonly occurring rod-shaped products are thereby eliminated.
Det ska påpekas att när extremt hårda och nötningsbeständiga ytor krävs, till exempel i vissa motorkomponenter, skulle det vara en möjlig modifiering av föreliggande uppfinning att inkludera ett plasmanitrerat mellan nämnda substrat och PVD beläggningen enligt föreliggande uppfinning.It should be noted that when extremely hard and abrasion resistant surfaces are required, for example in certain engine components, it would be a possible modification of the present invention to include a plasma nitrided between said substrate and the PVD coating of the present invention.
Plasma nitriering är en alternativ sätthärdningsprocess, vilken utförs i en glimurladdning i en kvävgas-innehållande blandning vid ett tryck av 100 till 10 15 20 25 30 526 äüi 1000 Pa (1 till 10 mbar). Det är en av de använda metoderna för att behandla ytor hos rostfria stål, vilket leder till ett diffusionslager av kväve som har en hög hårdhet och utmärkt nötningsbeständighet. Nitreringshärdning är inducerad av utskiljningen av nitrider i ytskiktet. Plasmanitrering är den senast utvecklade ythärdningsprocessen. Denna process ersätter traditionella nitreringsprocesser så som gasnitrering och uppkolningsnitrering (korttids gasnitrering, badnitrering och tenifer behandling), eftersom identiska termokemiska förhållanden kan uppnås i denna process. Plasmanitrering åstadkommer högre hårdhet och nötningsbeständighet, och orsakar mindre formförändring. Dessutom är plasmanitrering mycket konstnadseffektivt. Detta beror på att efterföljande bearbetning, färdigbearbetning och borttagning av rester ofta inte krävs. På samma sätt behövs kanske inga ytterligare skyddande vidtaganden, så som polering, fosfatering, etc.Plasma nitriding is an alternative set-curing process, which is carried out in a glow discharge in a nitrogen-containing mixture at a pressure of 100 to 526 to 1000 Pa (1 to 10 mbar). It is one of the methods used to treat surfaces of stainless steels, leading to a diffusion layer of nitrogen that has a high hardness and excellent abrasion resistance. Nitration curing is induced by the precipitation of nitrides in the surface layer. Plasma monitoring is the most recently developed surface hardening process. This process replaces traditional nitriding processes such as gas nitriding and carbonization nitriding (short-term gas nitriding, bath nitriding and tenifer treatment), as identical thermochemical conditions can be achieved in this process. Plasma monitoring achieves higher hardness and abrasion resistance, and causes less deformation. In addition, plasma nitriding is very cost effective. This is because subsequent processing, finishing and removal of residues are often not required. In the same way, no additional protective measures may be needed, such as polishing, phosphating, etc.
Plasma nitrering utförs i en vakuumugn. Behandlingstemperaturer inom intervallet 400 till 580 °C används beroende på kraven för processen ifråga.Plasma nitration is performed in a vacuum oven. Treatment temperatures in the range of 400 to 580 ° C are used depending on the requirements of the process in question.
Typiska behandlingstemperaturer liggeri intervallet 420 till 500 °C.Typical treatment temperatures range from 420 to 500 ° C.
Behandlingstider varierar mellan 10 minuter och 70 timmar beroende på komponenten som ska behandlas och den önskade strukturen och tjockleken av det formade lagret(en). De mest använda processgaserna är ammoniak, kväve, metan och väte. Syre och koldioxid används i det korrosionsskyddande steget av post-oxidation. Utöver de typer av processgaser som används är tryck, temperatur och tid huvudparametrarna av behandlingsprocessen.Treatment times vary between 10 minutes and 70 hours depending on the component to be treated and the desired structure and thickness of the shaped layer (s). The most commonly used process gases are ammonia, nitrogen, methane and hydrogen. Oxygen and carbon dioxide are used in the anti-corrosion step of post-oxidation. In addition to the types of process gases used, pressure, temperature and time are the main parameters of the treatment process.
Genom att varierar dessa parametrar kan plasmanitreringsprocessen finjusteras till att uppnå de exakta önskade egenskaperna i vilken behandlad komponent som helst.By varying these parameters, the plasma nitriding process can be adjusted to achieve the exact desired properties of any treated component.
Vilket järnbaserat material som helst kan utsättas för plasmanitrering.Any iron-based material can be subjected to plasma nitriding.
Processen kräver inte användning av speciella typer av nitreringsstål.The process does not require the use of special types of nitriding steels.
Dessutom kan de uppnådda resultatet av plasmanitrering reproduceras med exakt noggrannhet. Detta är speciellt viktigt vid framställning av serieprodukter. Däremot reducerar inte plasmanitrering den statiska friktionen 10 15 20 25 30 526 501 betydligt. Det skulle inte förorsaka några problem att utsätta det rostfria stålet för temperaturer inom intervallet 450 till 500 °C eftersom det enkelt kommer att motstå dessa temperaturer utan att visa tendenser till att mjukna.In addition, the results obtained from plasma nitriding can be reproduced with exact accuracy. This is especially important in the production of series products. In contrast, plasma nitriding does not significantly reduce static friction. It would not cause any problems to expose the stainless steel to temperatures in the range of 450 to 500 ° C as it will easily withstand these temperatures without showing tendencies to soften.
Mekaniska egenskaper Draghållfasthet, Rm 1700 MPa 2000 MPa Sträckgräns, Rpog 1500 MPa 1800 MPa Töjning 8 % 6 % Elasticitetsmodul 200 000 MPa Generell hårdhet 450 till 650 Hv10, omkring 45 till 58 HRC Ythårdhet omkring 3000 Hv10 Seghet slaghållfasthet (Charpy V) min 27 J vid -20 °C Stålet enligt föreliggande uppfinning bevarar sina mekaniska egenskaper även efter lång användning vid förhöjda temperaturer upp till 400 °C.Mechanical properties Tensile strength, Rm 1700 MPa 2000 MPa Tensile strength, Rpog 1500 MPa 1800 MPa Elongation 8% 6% Elasticity modulus 200,000 MPa General hardness 450 to 650 Hv10, about 45 to 58 HRC Surface hardness around 3000 Hv10 Toughness impact strength (Charpy V) min 27 J at -20 ° C The steel of the present invention retains its mechanical properties even after prolonged use at elevated temperatures up to 400 ° C.
Värmeutvidgningskoefficienten för stålet enligt föreliggande uppfinning är omkring 10 % lägre än den för kolstål och mer än 30 % lägre än den för konventionellt rostfritt stål, så som ASTM 304L. Stålet enligt föreliggande uppfinning är kallbearbetbart och böjbart till en snäv radie. Det är också användbart för vanliga bearbetningsoperationer så som fräsning, svarvning och slipning.The coefficient of thermal expansion of the steel according to the present invention is about 10% lower than that of carbon steel and more than 30% lower than that of conventional stainless steel, such as ASTM 304L. The steel according to the present invention is cold workable and bendable to a narrow radius. It is also useful for common machining operations such as milling, turning and grinding.
Dessutom har stålet goda svetsegenskaper vid användning av TIG och MIG svetsningsmetoder. En annan fördel hos stålet enligt föreliggande uppfinning är det förbättrade korrosionsmotståndet jämfört med till exempel standard stål ASTM 304L.In addition, the steel has good welding properties when using TIG and MIG welding methods. Another advantage of the steel according to the present invention is the improved corrosion resistance compared to, for example, standard steel ASTM 304L.
Claims (3)
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0300073A SE526501C2 (en) | 2003-01-13 | 2003-01-13 | Method of surface modifying a precipitation-hardened stainless steel |
| PCT/SE2004/000018 WO2004063400A1 (en) | 2003-01-13 | 2004-01-12 | Surface modified precipitation hardened stainless steel |
| EP04701444A EP1599611A1 (en) | 2003-01-13 | 2004-01-12 | Surface modified precipitation hardened stainless steel |
| JP2006500745A JP4511514B2 (en) | 2003-01-13 | 2004-01-12 | Surface-modified precipitation hardened stainless steel |
| CNB2004800021021A CN100549189C (en) | 2003-01-13 | 2004-01-12 | surface modified precipitation hardening stainless steel |
| US10/755,347 US20040173288A1 (en) | 2003-01-13 | 2004-01-13 | Surface modified precipitation hardened stainless steel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0300073A SE526501C2 (en) | 2003-01-13 | 2003-01-13 | Method of surface modifying a precipitation-hardened stainless steel |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE0300073D0 SE0300073D0 (en) | 2003-01-13 |
| SE0300073L SE0300073L (en) | 2004-07-14 |
| SE526501C2 true SE526501C2 (en) | 2005-09-27 |
Family
ID=20290113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE0300073A SE526501C2 (en) | 2003-01-13 | 2003-01-13 | Method of surface modifying a precipitation-hardened stainless steel |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20040173288A1 (en) |
| EP (1) | EP1599611A1 (en) |
| JP (1) | JP4511514B2 (en) |
| CN (1) | CN100549189C (en) |
| SE (1) | SE526501C2 (en) |
| WO (1) | WO2004063400A1 (en) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE525291C2 (en) * | 2002-07-03 | 2005-01-25 | Sandvik Ab | Surface-modified stainless steel |
| SE526481C2 (en) * | 2003-01-13 | 2005-09-20 | Sandvik Intellectual Property | Surface hardened stainless steel with improved abrasion resistance and low static friction |
| TW200641153A (en) * | 2003-04-08 | 2006-12-01 | Gainsmart Group Ltd | Ultra-high strength weathering steel and method for making same |
| EP1722001A1 (en) * | 2005-05-12 | 2006-11-15 | Gainsmart Group Limited, a Corporation of the British Virgin Islands with offices at: | High strength weathering nickel-cobalt-steel without aluminium and titanium and method for making same |
| EP1722000A1 (en) * | 2005-05-12 | 2006-11-15 | Gainsmart Group Limited, a Corporation of the British Virgin Islands with offices at: | High strength stainless chromium-nickel steel without aluminium and titanium, and method for making same |
| AU2006249789A1 (en) * | 2005-05-27 | 2006-11-30 | Eveready Battery Company, Inc. | Razor blades and compositions and processes for the production of razor blades |
| SE529010C2 (en) * | 2005-10-17 | 2007-04-10 | Sandvik Intellectual Property | Thin walled tube for sport appliance, hand tool, unit for transportation and furniture such as chair, contains precipitated hardenable stainless steel and has ratio of outer circumference and wall thickness in preset range |
| EP2927341A1 (en) | 2005-10-25 | 2015-10-07 | Posco | Corrosion resistance improved steel sheet for automotive muffler and method of producing the steel sheet |
| AT504482B1 (en) * | 2007-03-01 | 2008-06-15 | Ruebig Gmbh & Co Kg | Producing optionally-doped coating of amorphous silicon, germanium or their oxides on metallic substrate, subjects area to oxidation before coating deposition |
| JP2009203541A (en) * | 2008-02-29 | 2009-09-10 | Ntn Corp | Sliding member |
| JP5793556B2 (en) * | 2011-03-03 | 2015-10-14 | エヌケーケーシームレス鋼管株式会社 | 862 MPa class low C high Cr steel pipe having high corrosion resistance and manufacturing method thereof |
| US20140000467A1 (en) * | 2011-03-18 | 2014-01-02 | Allan Lunnerfjord | Blade shaped tool and method for its manufacturing |
| UA109963C2 (en) | 2011-09-06 | 2015-10-26 | CATHANE STEEL, APPROVING CONSEQUENCES OF SEPARATION OF PARTS AFTER HOT FORMING AND / OR CUTTING IN TOOL, THAT HAS A HIGHER MACHINE | |
| CN104694852A (en) * | 2015-03-20 | 2015-06-10 | 苏州科胜仓储物流设备有限公司 | High-strength steel plate for light goods shelves and forging process thereof |
| CN108103402B (en) * | 2017-12-26 | 2019-07-19 | 西华大学 | Stainless steel for rail transit vehicle and preparation method and application thereof |
| JP7409998B2 (en) * | 2020-08-27 | 2024-01-09 | 日立Astemo株式会社 | Buffer and buffer manufacturing method |
| CN114107883B (en) * | 2021-11-29 | 2024-01-12 | 上海航天设备制造总厂有限公司 | Local ion nitriding method for inner cavity of precipitation hardening stainless steel annular part |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3988955A (en) * | 1972-12-14 | 1976-11-02 | Engel Niels N | Coated steel product and process of producing the same |
| USH1210H (en) * | 1990-04-04 | 1993-07-06 | Surface hardening of reprographic machine components by coating or treatment processes | |
| JP2917450B2 (en) * | 1990-07-24 | 1999-07-12 | 大同特殊鋼株式会社 | Stainless steel with excellent corrosion resistance |
| US5197783A (en) * | 1991-04-29 | 1993-03-30 | Esso Resources Canada Ltd. | Extendable/erectable arm assembly and method of borehole mining |
| US5241748A (en) * | 1991-06-27 | 1993-09-07 | Teikoku Piston Ring Co., Ltd. | Method for manufacturing a compression ring |
| JPH0544839A (en) * | 1991-08-09 | 1993-02-23 | Teikoku Piston Ring Co Ltd | Combined oil ring |
| JPH06158230A (en) * | 1992-11-24 | 1994-06-07 | Nippon Steel Corp | Manufacturing method of stainless steel material for ultra-high vacuum equipment excellent in corrosion resistance and ultra-high vacuum container |
| JP3567280B2 (en) * | 1993-03-23 | 2004-09-22 | 日新製鋼株式会社 | Extremely soft austenitic stainless steel |
| DE4421144C2 (en) * | 1993-07-21 | 2003-02-13 | Unaxis Balzers Ag | Coated tool with increased service life |
| SE508684C2 (en) * | 1993-10-07 | 1998-10-26 | Sandvik Ab | Precision-hardened iron alloy with quasi-crystalline structure particles |
| GB9715180D0 (en) * | 1997-07-19 | 1997-09-24 | Univ Birmingham | Process for the treatment of austenitic stainless steel articles |
| SE520169C2 (en) * | 1999-08-23 | 2003-06-03 | Sandvik Ab | Method for the manufacture of steel products of precipitated hardened martensitic steel, and the use of these steel products |
| SE518600C2 (en) * | 1999-11-17 | 2002-10-29 | Sandvik Ab | automotive Suppliers |
| JP2003301888A (en) * | 2002-04-12 | 2003-10-24 | Tsubakimoto Chain Co | Silent chain |
| SE525291C2 (en) * | 2002-07-03 | 2005-01-25 | Sandvik Ab | Surface-modified stainless steel |
| SE526481C2 (en) * | 2003-01-13 | 2005-09-20 | Sandvik Intellectual Property | Surface hardened stainless steel with improved abrasion resistance and low static friction |
-
2003
- 2003-01-13 SE SE0300073A patent/SE526501C2/en not_active IP Right Cessation
-
2004
- 2004-01-12 WO PCT/SE2004/000018 patent/WO2004063400A1/en active Application Filing
- 2004-01-12 EP EP04701444A patent/EP1599611A1/en not_active Withdrawn
- 2004-01-12 CN CNB2004800021021A patent/CN100549189C/en not_active Expired - Fee Related
- 2004-01-12 JP JP2006500745A patent/JP4511514B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2004-01-13 US US10/755,347 patent/US20040173288A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE0300073D0 (en) | 2003-01-13 |
| EP1599611A1 (en) | 2005-11-30 |
| WO2004063400A1 (en) | 2004-07-29 |
| CN1735698A (en) | 2006-02-15 |
| JP4511514B2 (en) | 2010-07-28 |
| JP2006518007A (en) | 2006-08-03 |
| CN100549189C (en) | 2009-10-14 |
| SE0300073L (en) | 2004-07-14 |
| US20040173288A1 (en) | 2004-09-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7270719B2 (en) | Method for manufacturing surface hardened stainless steel with improved wear resistance and low static friction properties | |
| SE526501C2 (en) | Method of surface modifying a precipitation-hardened stainless steel | |
| US9611543B2 (en) | Sliding element having a coating | |
| US20210148471A1 (en) | Durable and low maintenance valve | |
| JP5452734B2 (en) | Process for manufacturing slide elements with a coating, in particular piston rings, and slide elements | |
| US20110162751A1 (en) | Protective Coatings for Petrochemical and Chemical Industry Equipment and Devices | |
| CN106574376B (en) | Sliding element, in particular piston ring and method for producing a sliding element | |
| EP2162561B1 (en) | Piston ring with a sulphonitriding treatment | |
| SE525291C2 (en) | Surface-modified stainless steel | |
| JP4771223B2 (en) | Durable hard material coated mold for plastic working | |
| CN113584438B (en) | Periodic multilayer structure coating band saw blade and preparation method and application thereof | |
| EP3940107A1 (en) | Composite material with coated diffused layer | |
| JP2008057624A (en) | Pulley for continuously variable transmission | |
| WO2017149082A1 (en) | Piston ring | |
| WO2020157332A1 (en) | High performance tool coating for press hardening of coated and uncoated ultrahigh strength steel sheet metals | |
| Sujitno et al. | Effect of diamond-like carbon thin film on the fatigue strength of AISI 4340 steel | |
| US10927452B2 (en) | Substrate having an intermediate coating and a carbon coating | |
| JP2007155022A (en) | Rolling device | |
| RU141213U1 (en) | WEAR-RESISTANT ANTIFRICTION COATING OF PARTS OF FRICTION COUPLES | |
| RU2567125C2 (en) | Wear-resistant anti-friction coating | |
| Gibson | Chemically Formed Ceramic Coatings | |
| GB2252931A (en) | Welding rod | |
| KR20160088888A (en) | Wear-resistant anti-friction coating for friction pair components | |
| JP2004176157A (en) | Sliding member and manufacturing method thereof | |
| WO2015072954A1 (en) | Wear-resistant anti-friction coating for friction pair components |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |