WO1980000718A1 - Anneau de filage en acier pour metiers a anneau et continus a retordre a anneau - Google Patents

Anneau de filage en acier pour metiers a anneau et continus a retordre a anneau Download PDF

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WO1980000718A1
WO1980000718A1 PCT/EP1979/000067 EP7900067W WO8000718A1 WO 1980000718 A1 WO1980000718 A1 WO 1980000718A1 EP 7900067 W EP7900067 W EP 7900067W WO 8000718 A1 WO8000718 A1 WO 8000718A1
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PCT/EP1979/000067
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G Staehli
Original Assignee
Rieter Ag Maschf
G Staehli
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01H—SPINNING OR TWISTING
    • D01H7/00—Spinning or twisting arrangements
    • D01H7/02—Spinning or twisting arrangements for imparting permanent twist
    • D01H7/52—Ring-and-traveller arrangements
    • D01H7/60—Rings or travellers; Manufacture thereof not otherwise provided for ; Cleaning means for rings
    • D01H7/602—Rings

Definitions

  • the invention relates to a spinning ring made of steel for ring spinning and ring twisting machines with a rotor guide surface, which has a hardened structure and an outer layer with a non-metal diffused into it.
  • a known spinning ring of the aforementioned type (for example US Pat. No. 2,987,871 or US Pat. No. 3,084,501) is subjected to case hardening at 830 ° C. and then sulfurization in a salt bath at approx. 565 ° C., which results in a soft, sulfur-containing surface layer with a thickness of 50 u to a few tenths of a millimeter is achieved.
  • This is followed by another case-hardening or induction hardening at about 855 ° C in order to restore the hardness lost during the sulfurization.
  • Due to the sulfur introduced, the outer hardened layer has lubricating properties which can reduce the run-in time for the runner. However, this run-in layer can be completely removed by the runner.
  • Another known spinning ring made of hardened steel (CH-PS 430.522) has an outer, approximately 3-50 ⁇ deep surface layer made of soft unhardened steel, which is caused by the removal of carbon as a result of annealing during the hardening process and therefore a lack of structural change during the hardening process.
  • This known spinning ring also has the disadvantage that as the soft layer progresses, the rotor gets onto the hardened steel base and e.g. the dimensional stability of the ring is also impaired when it is annealed above the structural transformation temperature. The lack of an alloy component extracted during the hardening process therefore does not overcome the disadvantages of a ring made of hardened steel with a non-metal doped in the surface layer.
  • the ring in an hardened zone containing the rotor guide surface has an outer, nitrogen-containing inlet layer which is softer than the hardened steel and has an increasing cross-section inward hardness.
  • the invention is based on the knowledge that the behavior of nitrogen and its influence on the structure of steel are used to control the structural change in the hardened zone and thus the structure formation in the area of the spinning ring containing nitrogen and thus in the inlet layer.
  • an outer iron nitride layer enriched by diffusion with nitrogen can be formed, which, when hardened, supplies a nitrogen-rich, softer structure containing residual austenite. It is thus possible to reverse the known undesirable effects and properties of the non-metallic component nitrogen in the steel structure and those of a hardened structure for a spinning ring by combining them into an advantageous effect.
  • the running-in layer is preferably present with an austenitic-martensitic structure
  • Austenite content in the direction of the hardened steel base decreases in the mass of the content of the diffused nitrogen and thus results in the inward increasing hardness.
  • a continuously in the structure of the hardened steel base that merges with the inlet layer which anchors the inlet layer in the steel base due to the nitrogen diffused in during hardening and avoids a sudden transition of the structure from the inlet layer to the hardened steel base.
  • the spinning ring according to the invention is thus protected against adhesive scuffing and the occurrence of welded material, as has been the case with the ungreased sliding of two metallic materials onto one another and therefore between a rotor and the previously known spinning rings.
  • the running-in layer is quickly smoothed due to its lower hardness in the outer area, so that there is no risk of seizure in the rotor guide surface even at rotor speeds of, for example, over 30 m / sec.
  • a considerable shortening of the running-in process can be achieved without any appreciable reduction in the normal production speed because the runner is continuously increasing on a surface Hardness and thus increasing stability can occur, with damage to the runner guide surface, such as, for example, by G. Stähli, signs of wear on the running surfaces of high-speed steel spinning rings, causes and mechanism of formation, Melliand Textile Reports 53 (1972), pages 1101 to 1103, are described, avoided.
  • the non-metallic component nitrogen is introduced into the surface of the ring made of unhardened steel at a temperature below the structural transformation temperature and an outer, nitrogen-rich iron nitride layer is formed. Only then is the ring hardened at a temperature above the structural transformation temperature, preferably in a locally limited zone containing the rotor guide surface, which remains limited to the part of the ring containing the rotor guide surface, whereby the finished shape of the ring can be maintained unchanged.
  • This ensures the dimensional accuracy of the spinning ring, for example its roundness and flatness, which is known to always be impaired when the entire ring body is hardened.
  • the partial hardening can be controlled in such a way that in the locally limited zone, for example, the entire core of a flange cross section is hardened or only a hardened layer is present and a core made of unhardened steel remains in the flange cross section.
  • 1 is a spinning ring made of hardenable steel, in section, in a schematic representation
  • Fig. 3 shows a part of a spinning ring made of hardenable steel, in section, in a schematic, enlarged representation
  • Fig. 4 shows a part of another spinning ring made of hardenable steel, in section, in a schematic, enlarged
  • a spinning ring 1 made of steel, as can be used for a ring spinning or ring twisting machine, has an annular upper rotor flange 2 with a rotor guide surface 3 for receiving a rotor 4 guiding a thread.
  • a web 5, which is also annular, is connected to the flange 2 on which an outwardly angled, annular mounting flange 6 for attaching the spinning ring 1 is formed on a ring bench of the machine, not shown.
  • the spinning ring 1 is made in one piece with the flange 2, the ring web 5 and the limiting flange 6.
  • the spinning ring 1 has an outer layer 7 in the steel on its entire surface, which layer consists of iron nitride.
  • a locally limited zone 8 in which the flange 2 with the rotor guide surface 3 is located, the spinning ring 1 is completely made of unhardened steel caught in the entire core 9 of the.
  • Zone 8 hardened, so that in the flange 2 a fully hardened structural finger is formed with a rotation surface RF given by the outer contour of the flange 2.
  • a transition layer 10 is formed with a hardness which is lower than that of the hardened steel base, and which together with the iron nitride layer 7 in the Zone 8 gives a run-in layer 11 for the rotor 4.
  • the hardened zone 8 extends from a flange upper edge 2a away beyond the rotor flange 2 to an immediately adjoining area 12 of the ring web 5 at a height of the spinning ring 1 indicated by A, which is less than a total height B of the spinning ring 1.
  • the hardened zone adjoins an area 13 of the spinning ring 1 made of the uncured steel.
  • the zone height A is preferably chosen to be so large that all areas of the outer surfaces of the spinning ring 1 that come into contact with parts of the rotor, for example also with rotor ends 4a, within the hardened area
  • Zone 8 Between the hardened structure 9a in zone 8 and the remaining area 13, which has an unhardened structure 13a, there is a delimited structure transition 14 which results from the temperature profile or temperature gradient in the steel material during hardening.
  • the spinning ring 1 manufactured with the desired usable dimensions is completely nitrided in its surface at a temperature which is below the structural transformation temperature of the steel used, preferably at 500-600 ° C., for example at 560-580 ° C., whereby the dimensional accuracy of the spinning ring 1 remains guaranteed.
  • Bath nitriding for example according to the so-called Tenifer process, can also be carried out using the tuff ride process mentioned, as it is stated in Durferrit-Hausmit notoriousen, number 35, December 1962, by Degussa, Dept. Durferrit, Frankfurt / Main, or a short-term gas nitriding, such as is carried out by G.
  • the iron nitride layer 7, known as the connecting zone, is formed in the surface of the steel, for example with about 10-12 percent by weight of nitrogen, depending on the duration and intensity of the nitriding and the type of steel, the layer 7 can have a thickness C of up to about 50 ⁇ m. eg 5 - 10 ⁇ and compared to the hardness of the unhardened steel with a Vickers hardness of 100 - 200 HV, a higher hardness, for example a Vickers hardness of 400 - 600 HV, can be achieved.
  • a so-called diffusion layer (not shown) can result in the ferrite of the uncured steel.
  • the spinning ring is then hardened in the locally limited zone 8, ie only partially, by heating to temperatures above the structural transformation temperature of the steel used, for example to 800-900 ° C., and cooling, ie hardening.
  • nitrogen diffuses from the iron nitride layer 7 into the steel base, ie into the steel base, which leads to a transition zone corresponding to the transition layer 10 with a falling nitrogen content away from the layer 7 towards the inside.
  • a conversion of austenite into martensite is inhibited in accordance with the gradient of the nitrogen content in the transition zone and the transition layer 10 is formed with a decreasing content of austenite and an increasing content of martensite.
  • the layer 10 therefore has a lower hardness than the hardened steel base of the core 9 containing austenite-free martensite structure and has z.
  • B starting from a Vickers hardness of about 700 HV increasing hardness inwards except for the steel base having, for example, a Vickers hardness of more than 700 HV, for example 900 HV.
  • the spinning ring 1 can be formed in the locally limited zone 8 in succession with the inlet layer 11 from the remaining iron nitride layer 7 and the adjoining transition layer 10 with increasing hardness and the core 9 made from hardened steel. After hardening, the spinning ring 1 has a fine-porous surface in the hardened zone 8.
  • the spinning ring 1 is therefore preferably mechanically in zone 8, e.g. reworked by grinding or slurry blasting, whereby the running-in layer 11 with the outer iron nitride layer 7 is exposed and smoothed and a low-pore surface, free of processing traces of manufacture and scale, is achieved.
  • the rotor 4 can thus work smoothly into the initially soft iron nitride layer 7 and remove it quickly, and then becomes increasingly hard on the transition layer 10, thereby preventing damage to the running surface.
  • the iron nitride layer 7 also achieves a significantly improved corrosion resistance for the spinning ring 1, whereby the covering of the spinning ring 1 e.g. with an anti-rust agent.
  • the partial hardening of the spinning ring 1 can be done by means of an electrical induction hardening, for example by means of a complete one closed, non-overlapping induction coil take place, which is applied to the part of the ring 1 to be hardened, ie the flange 2 thereof, for example around its outer circumference.
  • zone 8 can be formed seamlessly, ie without an abutting point or overlap.
  • the well-defined structural transition 14 occurs, which, as is known, is already well recognizable, for example, in a loop pattern with the unarmed eye.
  • the partial hardening of the spinning ring 1 in zone 8 can e.g. depending on the type of steel, a thickness D and a height E of the flange 2, the desired height A of the zone 8 with a correspondingly adapted intensity, or high energy density and / or duration, e.g. using high-frequency (HF) or medium-frequency (MF) induction curing for a short time, e.g. for a duration of only seconds, in other words in the range of seconds, or in fractions of a second.
  • HF curing e.g.
  • the flange thickness D in the range of 3 - 5 mm and the flange height E in the range of 1.5 - 2 mm hardening can be achieved, in which the hardened structure 9a away from the upper flange edge 2a at a zone height of e.g. Can extend 0.5 - 1.0 mm.
  • the spinning ring 1 can be hardened from the upper edge 2a into the ring web 5 at a height in the range of 2-3 mm.
  • the structural hardening can also be carried out by means of electron beam, laser beam or flame hardening. Depending on the shape of the spinning ring and / or the flange and depending on the hardening process, the hardening can be carried out on a desired one
  • Zone height be made from the outside or the inside of the spinning ring. It can also be a so-called
  • a flame-hardenable steel is preferably used as the steel grade.
  • steel grades as specified by ISO standard No. 683 / XII-1972, are suitable, such as a. Cf45 or .Cf53 steel, or a steel specified in accordance with DIN standard No. 17.212, such as, for example, a Cf70 or 49CrMo4 steel, or a 100Cr6 steel, as described, for example, in the steel-iron material sheet No. 200 and 350 of the iron and steel industry standards , Association of German Ironworkers, Düsseldorf.
  • a spinning ring 16 as can also be used on a ring spinning or ring twisting machine, has a locally limited, hardened zone 17, in which an upper, adjoining a ring web 18 and machined therewith from one piece Flange 19 lies with a rotor guide surface 20.
  • the zone 17 extends from a flange upper edge 19a away beyond the flange 19 into an immediately adjoining region 21 of the ring web 18 at a height F which is less than a total height G of the spinning ring 16 which is shown in part.
  • a run-in layer 22 for a rotor (not shown) is formed in the surface of the steel, which has an outer layer 23 containing iron nitride, which extends over the entire outer surface of the spinning ring 16, to which one is hardened in zone 17 this is bounded by a limited, nitrogen-containing transition layer 24, in which there is an austenitic-martensitic structure with an inwardly decreasing austenite content and therefore increasing hardness. Due to the partial hardening of the spinning ring 16, which can be carried out as described in the embodiment according to FIG.
  • a layer 25 is formed in the zone 17 which adjoins the transition layer 24 and is hardened in accordance with the contour of the flange 19, so that in the hardened layer Zone 17 is the successive entry layer 22, the hardened layer 25 and a core 26 made of unhardened steel. Between the hardened layer 25 and the unhardened structure 26a there is again a delimited structure transition 27.
  • the inlet layer 22 has the same properties as were described for the inlet layer 11 of the embodiment according to FIGS. 1 and 2.
  • Contour hardening can be done, for example, by so-called pulse hardening in a fraction of a second, for example in the range of milliseconds, as described, for example, by G.
  • FIG. 4 shows a spinning finger 28 made of steel, with an annular web 29 and a flange 30 located thereon with a rotor guide surface 31 and with a hardened zone 32 which is locally limited to a part of the spinning ring 28 containing the flange 30.
  • a spinning finger 28 made of steel, with an annular web 29 and a flange 30 located thereon with a rotor guide surface 31 and with a hardened zone 32 which is locally limited to a part of the spinning ring 28 containing the flange 30.
  • the running-in layer 33 consists of the entire thickness H of the

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Description

Spinnring aus Stahl für Ringspinn- und Ringzwirnmaschinen
Die Erfindung betrifft einen Spinnring aus Stahl für Ringspinn-und Ringzwirnmaschinen mit einer Läuferführungsfläche, der ein gehärtetes Gefüge und eine äussere Schicht mit einem in dieselbe eindiffundierten Nichtmetall aufweist.
Ein bekannter Spinnring der vorgenannten Art (z.B. US-PS 2.987.871 oder US-PS 3.084.501) wird zur Herstellung nach seiner Ausformung einer Einsatzhärtung bei 830 C und danach einer Sulphurierung in einem Salzbad bei etwa 565 C unterworfen, wodurch eine weiche, schwefelhaltige Oberflächenschicht mit einer Dicke von 50 u bis zu einigen Zehntelmillimetern erreicht wird. Anschliessend erfolgt eine nochmalige Einsatz- oder Induktionshärtung bei etwa 855° C, um die bei der Sulphurierung verlorengegangene Härte wiederherzustellen. Die äussere gehärtete Schicht besitzt durch eingebrachten Schwefel Schmiereigenschaften, durch die die Einlaufzeit für den Läufer herabgesetzt werden kann. Diese Einlaufschicht lässt sich jedoch durch den Läufer vollständig abtragen. Damit gehen an dem bekannten Ring nicht nur die gewünschten Schmiereigenschaften der Läuferführungsflächen verloren, sondern es wird der gehärtete, schwefel freie Stahlgrund freigelegt, sodass die bekannten Nachteile des Verschweissens von Läufer und Ring wieder auftreten. Der fertiggehärtete Ring weist z.B. auch nicht mehr die bei der Ausformung erzielte notwendige Gestalt, z.B. Rundheit, auf, weil dieselbe bekanntlich durch die über der Gefügeumwandlungstemperatur erfolgenden Härtungen beeinträchtigt wird. Eine in der äusseren Schicht gegebenenfalls ausgeglichene Unrundheit wirkt sich daher auf dem gehärteten Stahlgrund auf den Läufer wieder aus. Die bekannten Spinnringe mit gehärtetem Gefüge besitzen daher nicht die gewünschten
Eigenschaften, wie sie für einen fertiggestellten einsatzfähigen Ring erforderlich sind.
Ein anderer bekannter Spinnring aus gehärtetem Stahl (CH-PS 430.522) besitzt eine äussere, etwa 3-50 μ tiefe Oberfläche schicht aus weichem ungehärtetem Stahl, die durch Entzug des Kohlenstoffes infolge Ausglühens beim Härteprozess und daher ausbleibender Gefügeumwandlung beim Abhärtvorgang desselben hervorgerufen wird. Trotz Glättung durch den Läufer beim Einlaufen unter Abtragen des Weichstahles liegt infolge der Entkohlung eine ferritische Oberfläche vor, welche die Fressneigung gegenüber dem Läufer begünstigt. Auch bei diesem bekannten Spinnring besteht der Nachteil, dass bei fortschreitender Abtragung der weichen Schicht der Läufer auf den gehärteten Stahlgrund gelangt und z.B. auch die Masshaltigkeit des Ringes bei dem über der Gefügeumwandlungstemperatur erfolgenden Ausglühen desselben beeinträchtigt wird. Durch einen fehlenden, beim Härtungsprozess entzogenen Legierungsbestandteil werden daher die Nachteile eines Ringes aus gehärtetem Stahl mit einem in der Oberflächenschicht dotierten Nichtmetall nicht behoben..
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Spinnring der eingangs genannten Art ohne die Nachteile der bisher bekannten Spinnringe mit einer äus.seren Einlaufschicht an der Läuferführungsfläche zu schaffen, durch welche eine rasche Passivierung derselben, d.h. Herabsetzung ihrer Adhäsionsneigung,und Anpassung an die Läuferform und damit ein sicherer Betrieb erreicht werden soll.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Ring in einer die Läuferführungsfläche enthaltenden, gehärteten Zone eine äussere, Stickstoff enthaltende, gegenüber dem gehärteten Stahl weichere Einlaufschicht mit im Querschnitt nach innen zunehmender Härte besitzt.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, das Verhalten von Stickstoff und dessen Einfluss auf das Gefüge von Stahl dazu zu benutzen, in der gehärteten Zone die Gefügeumwandlung und damit die Gefügeausbildung im den Stickstoff enthaltenden Bereich des Spinnringes und damit in der Einlaufschicht zu steuern.
Bei dem Ring nach der Erfindung kann daher eine äussere, durch Diffusion mit Stickstoff angereicherte Eisennitridschicht ausgebildet werden, die beim Härten ein Restaustenit enthaltendes, Stickstoffreiches, weicheres Gefüge liefert. Damit gelingt es, die bekanntlich unerwünschten Wirkungen und Eigenschaften der nichtmetallischen Komponente Stickstoff im Stahlgefüge und diejenigen eines gehärteten Gefüges für einen Spinnring durch Kombination gerade in eine vorteilhafte Wirkung umzukehren. Bei dem Ring nach der Erfindung liegt daher die Einlaufschicht vorzugsweise mit einem austenitisch-martensitischen Gefüge vor, dessen
Austenitgehalt in Richtung auf den gehärteten Stahlgrund in dem Masse des Gehaltes des eindiffundierten Stickstoffes abnimmt und damit die nach innen zunehmende Härte ergibt. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ein kontinuierlich in das Gefüge des gehärteten Stahlgrundes übergehendes Gefüge der Einlaufschicht erreicht werden, das die Einlaufschicht im Stahlgrund durch den beim Härten dort eindiffundierten Stickstoff verankert und einen sprunghaften Gefügeübergang von der Einlaufschicht auf den gehärteten Stahlgrund vermeidet. Mit dem Spinnring nach der Erfindung kann der Läufer beim Einlaufen unter Abtragen der Einlaufschicht kontinuierlich auf das zunehmend härter und abnützungsbeständiger werdende Gefüge derselben gelangen.
Der Spinnring nach der Erfindung ist damit gegen adhäsiven Fress-Verschleiss und das Auftreten von aufgeschweisstem Material geschützt, wie es beim ungeschmierten Gleiten von zwei metallischen Werkstoffen aufeinander und daher zwischen einem Läufer und den bisher bekannten Spinnringen der Fall gewesen ist.
Auch nach dem Einarbeiten des Läufers in die Einlaufschicht kann daher für diesen eine Läuferführungsfläche geschaffen werden, die infolge ihres Stickstoffgehaltes hohe Fresswidrigkeit besitzt und auch nicht zu dem berüchtigten Verschweissen von Läufer und Ring führt. Während des Einlaufens werden dabei z.B. noch vorhandene Formfehler der Läuferführungsfläche infolge der weicheren Einlaufschicht beseitigt.
Bei dem Spinnring nach der Erfindung wird z.B. die Einlaufschicht infolge ihrer im äusseren Bereich geringeren Härte rasch geglättet, sodass auch bei Läufergeschwindigkeiten z.B. von über 30 m/sec keine Fressgefahr in der Läuferführungsfläche besteht. Es kann eine erhebliche Abkürzung des Einlaufvorganges ohne nennenswerte Herabsetzung der normalen Produktionsgeschwindigkeit erreicht werden , weil der Läufer kontinuierlich auf eine Oberfläche zunehmender Härte und damit zunehmender Stabilität gelangen kann, wobei Schädigungen der Lauferführungsflache, wie sie z.B. durch G. Stähli, Abnützungserscheinungen auf den Laufflächen von Hochgeschwindigk-eits-St-ahlspinnringen, Ursachen und Bildungsmechanismus, Melliand Textilberichte 53 (1972), Seiten 1101 bis 1103, geschildert sind, vermieden werden. So kann bereits z.B. nach 1 - 3 Spulenwechseln, d.h. nach kurzer Zeit auf volle Produktionsgeschwindigkeit, z.B. auf eine Läufergeschwindigkeit von 34 m/sec übergegangen werden, sodass z.B. auch ein zeitraubender Einlaufplan für Ring und Läufer entfällt. Es wird eine geringere Läuferabnutzung und damit eine höhere Lebensdauer für diesen erreicht, wodurch auch die Fadenbruchzahl gesenkt werden kann.
Zur Herstellung des Spinnringes nach der Erfindung wird nach der endgültigen Formgebung desselben in die Oberfläche des Ringes aus ungehärtetem Stahl bei einer unterhalb der Gefügeumwandlungstemperatur liegenden Temperatur die nichtmetallische Komponente Stickstoff eingebracht und eine äussere, Stickstoffreiche Eisennitridschicht ausgebildet. Erst danach wird der Ring mit einer über der Gefügeumwandlungstemperatur liegenden Temperatur vorzugsweise in einer lokal begrenzten, die Lauferführungsflache enthaltenden Zone, die auf den die Läuferführungsfläche enthaltenden Teil des Ringes beschränkt bleibt, gehärtet, wodurch die gefertigte Form des Ringes unverändert aufrechterhalten werden kann. Damit kann die Masshaltigkeit des Spinnringes, z.B. Rundheit und Planheit desselben, gewährleistet werden, die bei der Härtung des gesamten Ringkörpers bekanntlich immer beeinträchtigt wird. Die partielle Härtung kann derart gesteuert werden, dass in der lokal begrenzten Zone z.B. der gesamte Kern eines Flanschguerschnittes gehärtet wird oder nur eine gehärtete Schicht vorliegt und im Flanschquerschnitt ein Kern aus ungehärtetem Stahl verbleibt. Die Erfindung ist nachstehend in weiteren Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Spinnring aus härtbarem Stahl, im Schnitt, in schematischer Darstellung,
Fig. 2 einen Teil des Spinnringes von Fig. 1, in vergrösserter Darstellung,
Fig. 3 einen Teil eines Spinnringes aus härtbarem Stahl, im Schnitt, in schematischer, vergrösserter DarStellung und
Fig. 4 einen Teil eines anderen Spinnringes aus härtbarem Stahl, im Schnitt, in schematischer, vergrösserter
Darstellung.
Ein Spinnring 1 aus Stahl, wie er für eine Ringspinn- oder Ringzwirnmaschine verwendet werden kann, besitzt einen ringförmigen oberen Läuferflansch 2 mit einer Lauferführungsfläche 3 zur Aufnahme eines einen Faden führenden Läufers 4. An den Flansch 2 schliesst sich ein- ebenfalls ringförmig ausgebildeter Steg 5 an, an welchem ein nach aussen abgewinkelter, ringförmig verlaufender Befestigungsflansch 6 zum Anbringen des Spinnringes 1 auf einer nicht dargestellten Ringbank der Maschine ausgebildet ist. Der Spinnring 1 ist mit dem Flansch 2, dem Ringsteg 5 und dem Begrenzungsflansch 6 aus einem Stück gearbeitet.
Wie auch Fig. 2 zeigt, besitzt der Spinnring 1 auf seiner gesamten Oberfläche im Stahl eine äussere Schicht 7, die aus Eisennitrid besteht. In einer lokal begrenzten Zone 8, in der sich der Flansch 2 mit der Läuferführungsfläche 3 befindet, ist der Spinnring 1 aus ungehärtetem Stahl vollum fänglich im gesamten Kern 9 der. Zone 8 gehärtet, sodaas im Flansch 2 ein voll durchgehärteter Gefügefing mit einer durch die äussere Kontur des Flansches 2 gegebenen Rotationsfläche RF gebildet ist. In der Zone 8 ist weiterhin zwischen der Eisennitridschicht 7 und dem gehärteten Stahlgrund im Kern 9, d.h. dem gehärteten Gefüge 9a desselben, eine Uebergangsschicht 10 mit einer Härte ausgebildet, die gegenüber dem gehärteten Stahlgrund geringer ist, und die zusammen mit der Eisennitridschicht 7 in der Zone 8 eine Einlaufschicht 11 für den Läufer 4 ergibt. Die gehärtete Zone 8 erstreckt sich von einer Flanschoberkante 2a weg über den Läuferflansch 2 hinaus bis in einen unmittelbar anschliessenden Bereich 12 des Ringsteges 5 auf einer durch A angedeuteten Höhe des Spinnringes 1, die kleiner als eine Gesamthöhe B des Spinnringes 1 ist. Im Bereich 12 des Ringsteges 5 schliesst die gehärtete Zone an einen Bereich 13 des Spinnringes 1 aus dem ungehärteten Stahl an. Die Zonenhöhe A wird vorzugsweise so gross gewählt, dass alle mit Teilen des Läufers, z.B. auch mit Läuferenden 4a in Berührung kommenden Bereiche der Aussenflachen des Spinnringes 1 innerhalb der gehärteten
Zone 8 liegen. Zwischen dem gehärteten Gefüge 9a in der Zone 8 und dem verbleibenden, ein ungehärtetes Gefüge 13a aufweisenden Bereich 13 liegt ein abgegrenzter Gefügeübergang 14 vor, der sich durch den Temperaturverlauf bzw. Temperaturgradient im Stahlmaterial beim Härten ergibt.
Zur Ausbildung der Einlaufschicht 11 wird der mit gewünschten einsatzfähigen Abmessungen gefertigte Spinnring 1 zur Gänze in seiner Oberfläche bei einer Temperatur nitriert, die unterhalb der Gefügeumwandlungstemperatur des. verwendeten Stahls, vorzugsweise bei 500 - 600 C, z.B. bei 560 - 580 ºC, liegt, wobei die Masshaltigkeit des Spinnringes 1 gewährleistet bleibt. Es kann eine Badnitrierung, z.B. nach dem sogenannten Tenifer-Verfahren, auch Tufftride-Verfahren genannt, wie es in Durferrit-Hausmitteilungen, Heft 35, Dezember 1962, der Degussa, Abt. Durferrit, Frankfurt/Main, angegeben ist, oder eine z.B. kurzzeitige Gasnitrierung erfolgen, wie sie z.B. durch G. Stähli et al., Vergleichende Untersuchungen an badnitrierten und nicotrierten Proben, Material und Technik, 2 (1974), Nr. 3, 126-135, beschrieben ist. Hierbei wird in der Oberfläche des Stahls die bekanntlich als Verbindungszone bezeichnete Eisennitridschicht 7, z.B. mit etwa 10 - 12 Gewichtsprozent Stickstoff, ausgebilde Je nach Dauer und Intensität der Nitrierung sowie der Stahlart kann die Schicht 7 eine Dicke C von bis zu ca. 50 μ, z.B. 5 - 10 μ haben und gegenüber der Härte des ungehärteten Stahles mit z.B. einer Vickers-Härte von 100 - 200 HV, eine grössere Härte, z.B. eine Vickers-Härte von 400 - 600 HV, erreicht werden. Durch einige Zehntelmillimeter über die Schichtdicke C hinaus in einer geringen Menge von weniger als 0,1 Gewichtsprozent eindiffundierter Stickstoff kann dabei im Ferrit des ungehärteten Stahles eine nicht dargestellte sogenannte Diffusionsschicht ergeben.
Anschliessend wird der Spinnring in der lokal begrenzten Zone 8, d.h. nur partiell, unter Aufheizen auf Temperaturen über der Gefugeumwandlungstemperatur des eingesetzten Stahles, z.B. auf 800 - 900 ° C, und Abkühlen, d.h. Abhärten, gehärtet. Beim Aufheizen auf die Härtetemperatur diffundiert Stickstoff aus der Eisennitridschicht 7 in die Stahlunterlage, d.h..in den Stahlgrund nach innen, was zu einer der Uebergangsschicht 10 entsprechenden Uebergangszone mit fallendem Stickstoffgehalt von der Schicht 7 weg nach innen führt. Beim nachfolgenden Abhärten wird entsprechend dem Gefälle des Stickstoffgehaltes in der Uebergangszone daher eine Umwandlung v.on Austenit in Martensit gehemmt und die Uebergangsschicht 10 mit einem abnehmenden Gehalt an Austenit und einem zunehmenden Gehalt an Martensit gebildet. Infolge des Restaustenitgehaltes weist die Schicht 10 daher die geringere Härte auf als der gehärtete, austenitfreies Martensitgefüge enthaltende Stahlgrund des Kernes 9 und besitzt z. B. ausgehend von einer Vickers-Härte von etwa 700 HV zunehmende Härte nach innen bis auf den z.B. eine VickersHärte von mehr als 700 HV, z.B. 900 HV besitzenden Stahlgrund.
Auf die zuvor beschriebene Weise kann der Spinnring 1 in der lokal begrenzten Zone 8 aufeinanderfolgend mit der Einlaufschicht 11 aus der noch verbleibenden Eisennitridschicht 7 und der daran anschliessenden Uebergangsschicht 10 mit der zunehmenden Härte und dem Kern 9 aus gehärtetem Stahl gebildet werden. Nach dem Härten besitzt der Spinnring 1 in der gehärteten Zone 8 eine feinporöse Oberfläche. Der Spinnring 1 wird daher in der Zone 8 vorzugsweise mechanisch, z.B. durch Schleifen oder Schlämmstrahlen nachbearbeitet, wodurch die Einlaufschicht 11 mit der äusseren Eisennitridschicht 7 freigelegt und geglättet und eine porenarme, von Bearbeitungsspuren der Anfertigung und von Zunder freie äussere Oberfläche erreicht wird. Der Läufer 4 kann sich somit störungsfrei in die zunächst weiche Eisennitridschicht 7 einarbeiten und diese rasch abtragen und gelangt dann auf der Uebergangsschicht 10 auf zunehmende Härte derselben, wodurch eine Beschädigung der Lauffläche vermieden wird.
Durch die Eisennitridschicht 7 wird darüberhinaus eine wesentlich verbesserte Korrosionsbeständigkeit für den Spinnring 1 erzielt, wodurch das Ueberziehen des Spinnringes 1 z.B. mit einem Rostschutzmittel entfällt.
Die partielle Härtung des Spinnringes 1 kann mittels einer elektrischen Induktivhärtung, z.B. mittels einer vollständig geschlossenen, sich nicht überlappenden Induktionsspule erfolgen, die an den zu härtenden Teil des Ringes 1, d.h. den Flansch 2 desselben, z.B. um dessen äusseren Umfang herum angelegt wird. Hierdurch kann die Zone 8 nahtlos, d.h. ohne eine aneinanderstossende Stelle oder Ueberlappung ausgebildet werden. Infolge steilen Temperaturabfalls in de ausserhalb des scharf begrenzten elektrischen Feldes liegen den Bereich 13 tritt der gut ausgeprägte Gefügeübergang 14 auf, der z.B. in einem Schuffbild mit unbewaffnetem Auge bekanntlich bereits gut erkennbar ist.
Die partielle Härtung des Spinnringes 1 in der Zone 8 kann z.B. je nach Stahlsorte, einer Dicke D und einer Höhe E des Flansches 2, gewünschter Höhe A der Zone 8 mit entsprechend angepasster Intensität, bzw. hoher Energiedichte und/oder Dauer, z.B. mittels Hochfrequenz- (HF) oder Mittelfrequenz(MF) Induktionshärtung kurzzeitig, z.B. während einer Dauer von nur Sekunden, mit anderen Worten im Sekundenbereich, oder in Bruchteilen von Sekunden erfolgen. Mit einer HF-Härtung können z.B. bei der Flanschdicke D im Bereich von 3 - 5 mm und der Flanschhöhe E im Bereich von 1,5 - 2 mm Härtungen erreicht werden, bei der sich das gehärtete Gefüge 9a von der Flanschoberkante 2a weg auf einer Zonenhöhe von z.B. 0,5 - 1,0 mm erstrecken kann. Mit einer MF-Härtung kann der Spinnring 1 von der Oberkante 2a bis in den Ringsteg 5 hinein auf einer Höhe im Bereich von 2 - 3 mm gehärtet werden. Die Gefügehärtung kann aber auch mittels Elektronenstrahl-, Laserstrahl- oder Flammhärtung erfolgen. Je nach Gestalt des Spinnringes und/oder des Flansches und je nach Härtungsverfahren kann die Härtung auf einer gewünschten
Zonenhöhe von der Aussen- oder der Innenseite des Spinnringes her vorgenommen sein. Es kann auch ein sogenannter
Wendering mit Doppelflansch und mit zwei gehärteten Zonen vorliegen, die auf die beiden Flansche begrenzt sind. Als Stahlsorte wird vorzugsweise ein flammhärtbarer Stahl verwendet. Hierfür eignen sich z.B. Stahlsorten, wie sie durch die Iso-Norm Nr. 683/XII-1972 spezifiziert sind, wie z.B. ein. Cf45- oder .Cf53-Stahl, oder ein nach DIN-Norm Nr. 17.212 spezifizierter Stahl, wie z.B. ein Cf70- oder 49CrMo4-Stahl, oder ein 100Cr6-Stahl, wie er z.B. im Stahl-EisenWerkstoffblatt Nrn. 200 und 350 der EisenhüttenindustrieNormen, Verein Deutscher Eisenhüttenleute, Düsseldorf, angegeben ist.
In der Ausführungsform nach Fig. 3 besitzt ein Spinnring 16, wie er ebenfalls auf einer Ringspinn- oder Ringzwirnmaschine verwendet werden kann, eine lokal begrenzte, gehärtete Zone 17, in welcher ein oberer, an einen Ringsteg 18 anschliessender und mit diesem aus einem Stück gearbeiteter Flansch 19 mit einer Läuferführungsfläche 20 liegt. Die Zone 17 erstreckt sich von einer Flanschoberkante 19a weg über den Flansch 19 hinaus bis in einen unmittelbar anschliessenden Bereich 21 des Ringsteges 18 auf einer Höhe F, die kleiner als eine teilweise dargestellte Gesamthöhe G des Spinnringes 16 ist. In der Zone 17 ist in der Oberfläche des Stahles eine Einlaufschicht 22 für einen nicht dargestellten Läufer ausgebildet, die eine äussere, sich auf der gesamten Aussenfläche des Spinnringes 16 erstreckende Eisennitrid enthaltende Schicht 23 aufweist, an die durch das Härten in der Zone 17 eine auf diese beschränkte, Stickstoff enthaltende Uebergangsschicht 24 anschliesst, in welcher ein austenitischmartensitisches Gefüge mit nach innen abnehmendem Austenitgehalt und daher zunehmender Härte vorliegt. Durch die partielle Härtung des Spinnringes 16, die wie in der Ausführungsform nach Fig. 1 beschrieben durchgeführt werden kann, ist in der Zone 17 eine an die Uebergangschicht 24 anschliessende, der Kontur des Flansches 19 entsprechend gehärtete Schicht 25 ausgebildet, sodass in der gehärteten Zone 17 aufeinanderfolgend die Einlaufschicht 22, die gehärtete Schicht 25 und ein Kern 26 aus ungehärtetem Stahl vorliegt. Zwischen der gehärteten Schicht 25 und dem ungehärteten Gefüge 26a liegt wiederum ein abgegrenzter GefügeÜbergang 27 vor. Die Einlaufschicht 22 besitzt die gleichen Eigenschaften, wie sie für die Einlaufschicht 11 der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 geschildert wurden. Die Konturenhärtung kann z.B. durch eine sogenannte Impulshärtung in Bruchteilen einer Sekunde, z.B. im Bereich von Millisekunden, erfolgen-, wie sie z.B. durch G. Stähli, "Die Kurzzeit-Oberflächenhärtung von Stahl durch energiereiche Impulse", Material und Technik 1974, Nr. 4, Seiten 163-171, bekannt ist. Die auf die Kontur beschränkte Härtung in der Zone 17 hat den Vorteil, dass die Gefahr eines Verzuges des Spinnringes und damit z.B. ein Auftreten von Unrundheit weiter herabgesetzt werden kann.
Die Ausführungsform nach Fig. 4 zeigt einen Spinnfing 28 aus Stahl, mit einem Ringsteg 29 und einem daran befindlichen Flansch 30 mit einer Läuferführungsfläche 31 sowie mit einer gehärteten Zone 32, die auf einen den Flansch 30 enthaltenden Teil des Spinnringes 28 lokal begrenzt ist. In der Zone
32 liegt in der Oberfläche des Stahles eine Einlaufschicht
33 vor, an die ein gehärteter Stahlgrund 34 anschliesst. Die Einlaufschicht 33 besteht auf ihrer gesamten Dicke H von der
Aussenfläche 35 des Flansches 30 weg aus einem kontinuierlic in den gehärteten Stahlgrund 34 übergehenden, Stickstoff enthaltenden, austenitisch-martensitischen Gefüge 33a mit abnehmendem Austenitanteil, sodass wiederum nach innen zunehmende Härte der Einlaufschicht 33 vorliegt. Durch entsprechende Temperaturführung beim Härten einer zuvor in der Oberfläche des ungehärteten Stahls gebildeten Eisennitridschicht 36 kann erreicht werden, dass das Eisennitrid abgebaut und Restaustenit in der Schicht 33 bis an die Aussenflache 35 gebildet wird. Durch die partielle Härtung des Spinnringes 28 liegt zwischen dem gehärteten Gefüge 33a des Stahlgrundes 34 und einem ungehärteten Bereich 37 des Spinnringes 28 wiederum ein Gefügeübergang 38 vor.

Claims

Patentansprüche
1. Spinnring aus Stahl für Ringspinn und Ringzwirnmaschinen mit einer Lauferführungsflache, der ein gehärtetes Gefüge und eine äussere Schicht mit einem in dieselbe eindiffundierten Nichtmetall aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Spinnring (1;16;28) in einer die Läuferführungsfläche (3; 20? 31) enthaltenden gehärteten Zone (8; 17; 32) eine äussere, Stickstoff enthaltende, gegenüber dem gehärteten Stahl weichere
Einlaufschicht (11; 22; 33) mit im Querschnitt nach innen zunehmender Härte besitzt.
2. Spinnring nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gehärtete Zone (8; 17; 32) lokal auf einen die Läuferführungsfläche (3; 20; 31) enthaltenden Teil (2,12;18,21;30) des Ringes (1;16;28) begrenzt ist und an einen ungehärteten Bereich (13; 37) des Ringes (1;16;28) anschliesst.
3. Spinnring nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Kern (9) .der die Läuferführungsflache (3) enthaltenden Zone (8) des Spinnringes (1) gehärtet ist.
4. Spinnring nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der gehärteten Zone (17) aufeinanderfolgend die Einlaufschicht (22), eine gehärtete Schicht (25) und ein Kern (26) aus ungehärtetem Stahl vorliegt.
5. Spinnring nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaufschicht (11; 22) eine äussere, auf der gesamten Aussenflache des Spinnringes (1;16) vorliegende Eisennitridschicht (7;23) aufweist, an die in der gehärteten Zone (8; 17) eine kontinuierlich in das Gefüge (9a) der gehärteten Zone (8;17) übergehende, Stickstoff enthaltende, austenitisch-martensitische Uebergangsschicht (10; 24) mit der zunehmenden Härte anschliesst.
6. Spinnring nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gehärtete Zone (8;17;32) eine Vickers-Härte von mehr als 700 HV aufweist.
7. Spinnring nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der lokal begrenzten gehärteten Zone
(8; 17; 32) und dem ungehärteten Gefüge (13a) des Stahles ein gut abgegrenzter Uebergang (14; 27; 38) vorliegt.
8. Spinnring nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gefügeübergang (14; 27; 38) einer Härtung mit hoher Energiedichte, z.B. einer, elektrischen Induktiv-, Elektronenstrahl-, oder Laserstrahlhärtung vorliegt.
9. Spinnring nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl flammhärtbar ist.
10. Spinnring nach einem der Patentansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl z.B. ein 100Cr6-, Cf45-, Cf53-, Cf70- oder 49CrMo4-Stahl ist.
11. Spinnring nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass. die gehärtete Zone (8;17;32) und die ungehärteten Bereiche (13; 26; 37) in dem aus einem Stück gearbeiteten Spinnring (1;16;28) vorliegen.
12. Spinnring nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der lokal begrenzten gehärteten Zone (8; 17; 32) unter der Einlaufschicht (11; 22; 33) vollumfänglich ein durchgehärteter Gefügering vorliegt.
13. Spinnring nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,, dass die Einlaufschicht (11;22; 33) eine kontinuierlich in das Gefüge (9a) der gehärteten Zone (8;17;32) übergehende, Stickstoffreiche, austenitischmartensitische Schicht mit der zunehmenden Härte ist.
14. Spinnring nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein die gehärtete Zone (8; 17; 32) enthaltender Teil des Spinnringes (1;16;28) ein auf einem Ringsteg (5; 18; 29) befindlicher Läuferflansch (2;19;30) ist.
15. Spinnring nach Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die gehärtete Zone (8; 17) sich über den Läuferflansch (2;19) hinaus in einen unmittelbar anschliessenden Bereich (13; 21) des Ringsteges (5;18) hinein erstreckt.
16. Spinnring nach einem der Patentansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Spinnring (1;16;28) in der gehärteten Zone (8; 17; 32) eine feinporöse äussere Randschicht aufweist.
17. Spinnring nach einem der Patentansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Spinnring (1;16;28) in der gehärteten Zone (8; 17; 32) eine porenarme äussere Oberfläche aufweist.
18. Spinnring nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gehärtete Zone (8; 17) eine Höhe (A;F) aufweist, die kleiner als eine Gesamthöhe (B) des Spinnringes
(1; 16) ist.
19. Verfahren zur Herstellung eines Spinnringes aus Stahl für Ringspinn- und Ringzwirnmaschinen mit einer Läuferführungsfläche, bei dem nach der Formgebung des Ringes in die Oberfläche desselben bei unterhalb der Gefügeumwandlungstemperatur liegender Temperatur ein Nichtmetall eingebracht und anschliessend mit einer Temperatur über der Gefugeumwandlungstemperatur gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der äusseren Oberfläche des Ringes aus ungehärtetem Stahl eine äussere, Stickstoffreiche Eisennitridschicht ausgebildet wird und anschliessend der Ring in einer lokal begrenzten, die Läuferführungsfläche enthaltenden Zone gehärtet wird.
20. Verfahren nach Patentanspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte äussere Oberfläche des Ringes unterhalb der Gefugeumwandlungstemperatur nitriert wird und in der äusseren Schicht in der lokal begrenzten Zone ein Restaustenit enthaltendes, martensitisches Gefüge ausgebildet wird.
21. Verfahren nach Patentanspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Eisennitridschicht mit einem Stickstoffgehalt von etwa 10 Gewichtsprozent ausgebildet wird.
22. Verfahren nach Patentanspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass in der lokal begrenzten Zone die gesamte Eisennitridschicht und eine an diese angrenzende Zone des Stahlgrundes in das austenitisch-martensitische Gefüge umgewandelt werden.
23. Verfahren nach Patentanspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein auf einem Ringsteg befindlicher Läuferflansch des Ringes gehärtet wird.
24. Verfahren nach Patentanspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass .nur der Läuferflansch und ein an diesen unmittelbar anschliessender Bereich des Ringsteges gehärtet werden.
25. Verfahren nach Patentanspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die lokal begrenzte Zone während einer im Sekundenoder Sekundenbruchteilbereich liegenden Dauer mit hoher
Energiedichte, z.B. durch elektrische Induktion, Elektronenstrahl oder Laserstrahl gehärtet wird.
26. Verfahren nach Patentanspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Oberfläche des Ringes in der lokal begrenzten Zone nach dem Härten zur Entfernung von Zunder und Porositäten mechanisch nachbearbeitet wird.
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