WO2015091103A1 - Textilwerkzeug und herstellungsverfahren für dieses - Google Patents

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WO2015091103A1
WO2015091103A1 PCT/EP2014/077022 EP2014077022W WO2015091103A1 WO 2015091103 A1 WO2015091103 A1 WO 2015091103A1 EP 2014077022 W EP2014077022 W EP 2014077022W WO 2015091103 A1 WO2015091103 A1 WO 2015091103A1
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textile
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deformation
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PCT/EP2014/077022
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Simone Schwarz
Frank-Martin Durst
Richard Zeller
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Groz-Beckert Kg
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    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
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    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/10—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the whole cross-section, e.g. of concrete reinforcing bars

Definitions

  • the invention relates to a textile tool, in particular ⁇ special a needle, such as a felting needle, a sewing needle, a tufting needle, a knitting needle, a Strickna ⁇ del, a knife, a spring, a board, a loop grab, or the like.
  • a textile tool in particular ⁇ special a needle, such as a felting needle, a sewing needle, a tufting needle, a knitting needle, a Strickna ⁇ del, a knife, a spring, a board, a loop grab, or the like.
  • Such textile tools are used for the mechanical production or processing of textiles.
  • Textile tools in particular needles, are ty ⁇ pically made of carbon steel and needs ⁇ hardened.
  • DE 199 36 082 A1 discloses a sewing needle and a knitting needle, each made of carbon steel.
  • the blank for the production of the needle is subjected to a heat treatment and a shot peening treatment. This results in a surface hardening of the textile tool.
  • DE PS 21 14 734 describes a method for tempering hardened needles, wherein longitudinal sections of different hardness arise. This is effected by supplying different amounts of heat at the individual longitudinal sections of the needles. In this method, the size of the hardened zones is largely be true ⁇ by the size of the heated on the needles during the curing process zones.
  • US 4,049,430 hardening stainless ⁇ free chromium-nickel steel by precipitation is loading knows.
  • the steel consists essentially of a chromium-nickel-copper-aluminum structure, with the content of carbon is limited to less than 0.05%.
  • a nickel content of 8 5 "6 to 9.5% is provided.
  • the chromium content is limited to be ⁇ 11.75% in order to avoid ferrite formation.
  • WO 2011/017495 AI provides that the curable subject stainless steel to ⁇ next from a hindering the carbon entry passive layer of chromium oxide freed and then at relatively low temperatures of less than 540 ° C a carbon donating low pressure atmosphere is exposed.
  • WO 2011/017495 Al provides acetylene as the carbon-donating gas. Both publications aim to avoid carbide formation in the steel.
  • Textile tools typically have relatively fine structures that are subject to different conditions during operation.
  • the so-called working part for example, in felt needles by a front provided with one or more hooks or barbs elongated tip in a sewing needle through the eye and other coming into contact with textile and thread lots in a hook needle through the hook and the immediately adjacent part of the shaft, in a tufting gripper formed by the lower edge for Schiingenamide and a knife by the cutting edge.
  • These workpieces must be highly wear-resistant and as hard as possible, but it must be made break-proof.
  • the remaining shaft of the textile Tooling is often designed to meet other conditions.
  • the textile tool is subject to a large ⁇ ° range of storage and operating conditions. It must be able to be stored for a long time at various temperatures and humidities without losing its properties or corroding it. Compensation treatments, as proposed by DE 199 36 082 Al, are provided to increase the corrosion resistance. Such tempering treatments may be, for example, galvanic chrome plating.
  • the textile tool according to the invention has a Tool body ie a body on which consists of a chrome steel. This naturally brings a high Cor ⁇ rosionsfestmaschine with it. Its chromium content is in the range from Be ⁇ 11 (preferably 12) to 30 weight percent. Before ⁇ preferably is an iron-based alloy. The total carbon content of more than 0.8 percent in at least a surface portion ⁇ allows hardening by martensite. Thus, low-corrosion textile tools with high hardness and thus great Ver ⁇ less wear can be made available.
  • the nickel content is preferably limited to a value of less than 12%, preferably less than 11% by weight or else less than 10% by weight.
  • the steel is preferably aluminum and copper-free, but preferably the aluminum content is below 0.3 wt.%, The copper content below 0.4 wt.%.
  • the steel is preferably not deliberately alloyed with aluminum and copper , the respective limit values can be found in DIN EN 10020: 2000. , This can be an unwanted hardening of the entire textile tool avoided and the hardening by locally different carbon diffusion ge ⁇ controls.
  • the invention has particular advantages in non-cutting textile tools. These are often non-cutting needles. Such needles can be also be ⁇ forms to pierce textile materials, which is the case for sewing, felt and tufting.
  • the total carbon content includes the carbon bonded in the carbides and the metal space lattice, ie the total carbon present.
  • the felkohlenstoffgehalt can be found, inter alia, by the metal is evaporated (plasma formation) and are fed to a spectrometer and analyzed there, the Le ⁇ g réelles sheeper.
  • Curing can be restricted to certain sections section section section section section section section section section section section section section section section section section section section section section section.
  • the material that was the basis of the formation of the body is preferably X10Crl3, X20Crl3, X46Crl3, X65Crl3, X6Crl7, X6CrNil8-10 or X10CrNil8-8. It is advantageous if material containing the element carbon still in its initial concentration, still in the
  • Basic body is present.
  • the concentration is on carbon in the body between 0.1 and 0.8 wt.%, But preferably between 0.2 and 0.6 wt.% In the low-carbon regions of the body, between 0.8 and 1.2 wt.% Preferably, however between 0.9 and 1.1 wt.% in the carbon-rich regions thereof.
  • the body contains Einlagerun ⁇ conditions of chromium carbide. These may have been generated in a carburizing process. This means that more chromium carbides are keeping ent ⁇ in the base material of the textile tool ready-prepared than in the chromium steel, which was used as starting material.
  • the chromium carbide produced by the carburizing process may be at least partially concentrated at the surface of the textile tool. Preferably, there forms a layer rounded projecting from the surface Kris ⁇ metals, which are separated from one another by small distances. Preferably, adjacent crystals are not or only rarely connected by melt bridges.
  • the existing chromium carbide brings a considerable hardness and therefore counteracts wear of the upper ⁇ surface.
  • the moreover in the body carbon present allows hardening of the body.
  • the base body preferably at least a part portion near the surface, has a higher total carbon content as surface-remote (tie ⁇ fer).
  • sections which still have the total carbon concentration of the starting material of preferably at most 0.3% by weight can be located in the center of the textile tool.
  • the diffusion depth of the coal Stoffs be different zones. In this way, through-hardened areas and only surface-hardened areas can be formed on one and the same workpiece. This is, as mentioned, also possible by the ge ⁇ entire textile tool is exposed to curing a uniform temperature treatment and not simply a zoned temperature treatment. In this way, the zone-wise curing can be obtained safely and reproducibly.
  • the main body may consist entirely or partly of martensite full of hardness.
  • full hardness is meant the maximum achievable by martensite hardness, which is about 67 HRC and is also referred to as "glass hardness”. Because the glass hardness is achieved by bracing of the Martensitkristallgitters by incorporation of carbon, but the Ge ⁇ felkohlenstoffgehalt may decrease from the surface towards the core, it is possible that martensite full hardening is present only in selected zones of the textile tool. In addition, martensite full hardness by thermal aftertreatment (tempering) relaxed and thus its hardness (locally) be reduced.
  • the main body can contain through hardened entirely of martensite full hardness existing sections and other sections that contain only partially for example in a near-surface area martensite full hardness or consist of such. It is preferably free of oxides, especially on its surface.
  • the main body contains sectionab ⁇ sections with different geometries and different Um- shape degrees.
  • high degrees of deformation are encountered in particular in the working part of the textile tool.
  • These sections typically have an increased number of dislocations and, moreover, mostly an increased surface / volume ratio.
  • These sections are preferably hardened before ⁇ .
  • the carbon which is not bound in chromium carbide, can be fairly uniformly distributed over the entire cross section of the material. Sections with a lower degree of deformation (and / or Vietnamesever Strukturrtem surface / volume ratio), however, preferably have a higher carbon gradient, ie a Kohlenstoffab ⁇ would take from the surface into the body on.
  • the body has its greatest hardness in sectionab ⁇ cut with the highest degrees of deformation and / or increased surface / volume ratio. Sections that should receive the highest hardness and the highest hardness depth are usually high and the highest degree of deformation be ⁇ riding provided and / or increased surface / volume ratio.
  • a preferably plastic deformation of the tool blank has taken place, which has plastically deformed the entire material cross-section.
  • the participation of the entire cross section in the flow of the material has resulted in a high number of dislocations, which provide additional diffusion paths for the carbon and thus a high penetration depth.
  • An additionally or alternatively existing enlarged Oberflä ⁇ chen / volume ratio creates the conditions for it ⁇ creased Kohlenstoffaufnähme.
  • the inventive method comprises the
  • the steel contains little or no nickel, but the nickel content is at least below 12 wt.% To avoid uncontrolled austenite formation.
  • the content of copper, aluminum and other metallic precipitation hardening constituents is preferably less than 2% by weight in total.
  • various sections of the blank are deformed to different degrees, so that at least one working portion and at least one shaft portion formed ⁇ the.
  • the working part is preferably considerably more deformed than the shaft part.
  • the geometry of the working part is geometrically designed so that an increased surface / volume ratio is given.
  • the carburizing of the tool blank is done by chromium carbide formation.
  • the carburized horrinus ⁇ ling is brought to a suitable temperature for curing. For hardening, cooling or heating of the tool blank may be necessary. During exposure to high temperature, excess carbons not bound in carbides may diffuse from near-surface regions to deeper regions further away from the surface.
  • a steel which contains little or no nickel.
  • the nickel content is less than 12%.
  • (0.3 max. Wt.%) 0.1 is preferably omitted metal ⁇ metallic alloy constituents promote dungshärtungsmechanismen the excretion such as aluminum, copper (max. 0.4 wt.%), Niobium (max. Wt .%).
  • the tool blank is brought to a uniform temperature both during carburizing and during curing.
  • the working part and the shaft part are exposed to substantially the same temperature.
  • a temperature difference does not have to be maintained at the blank. Inaccuracies in the size of the hardened areas, default or other unwanted ⁇ wished effects in quenching the tool blank un ⁇ be suppresses.
  • the forming of the tool blank detects at least in the working part ⁇ preferably the material of the entire tool cross-section. So the degree of deformation is higher than in the shaft part. In addition, the surface / volume ratio is preferably greater than in the shaft part. This increases the hardness during subsequent carburizing and quenching in these more highly deformed areas.
  • the carburizing is preferably carried out at a temperature between 900 ° and 1050 °, not only carbon in the horrkör ⁇ per diffused but also carbides, in particular chromium carbides, for example Cr23C6 but also mixed carbides ME23C6 and other form.
  • the carburizing is low Pressure (a few millibars) and the presence of a carbon-carrying gas, for example a hydrocarbon, preferably ethane, Athens or ethyl.
  • a carbon-carrying gas for example a hydrocarbon, preferably ethane, Athens or ethyl.
  • the gas can be supplied to the textile tool in a reaction vessel permanently or in cycles (batchwise).
  • the process may be carried out as a low pressure carburizing process, as disclosed, for example, in EP882811B1. This method ermögli ⁇ chen manufacturing edge oxidation of free tools.
  • carburizing in the salt bath is known here, as described, inter alia, in DE 10 2006 026 883 B3.
  • a suitable hardening temperature is set, which may be the same as the temperature during carburizing. However, the hardening temperature can also be up to 100 Kelvin above or below this temperature. All these measures have specific advantages.
  • the quenching may include one or more cooling steps and performed uniformly on parts of the textile tool or on the entire textile tool who ⁇ .
  • quenching involves freezing. This can be done with liquid nitrogen.
  • the concentration limits given here can be measured as follows.
  • the concentration of Cr in the steel can be determined with a spark spectrometer or an optical emission spectrometer.
  • Concentration of the substance in steel can be determined with a carbon-sulfur analyzer (CSA).
  • CSA carbon-sulfur analyzer
  • a sample of material at a high temperature (about 2000 ° C) ge ⁇ melted, rinsed with pure oxygen and the entwei ⁇ ⁇ sponding C02 gas is measured with an infrared measuring cell.
  • wavelength dispersive spectroscopy in which the sample is excited with an electron beam and the X-ray spectroscopy ⁇ is measured, possible.
  • the presence of martensite or of carbides can be detected by evaluation of the microstructure in the cut.
  • FIG. 1 Figure 1 to 3 different embodiments of textile tools, in schematic representations.
  • Figure 4 shows a suture needle according to Figure 2, in schematic ⁇ tarraer fragmentary side view with Querschnit ⁇ th,
  • FIG. 5 shows a temperature-time diagram for the hardening of the textile tool
  • FIG. 6 is a greatly enlarged detail of the working part of a textile tool according to FIG. 1,
  • FIG. 7 shows a greatly enlarged surface sees the working part according to FIG. 6 in the region of its notch
  • Figure 9 is a greatly enlarged surface view of a working part of Figure 6 in the region of its tip with inadequate surface quality.
  • a textile tool 10 is illustrated in various embodiments.
  • Figure 1 shows the textile tool 10 as a felting needle 11.
  • Figure 2 shows the textile tool 10 as a sewing needle 12.
  • Figure 3 shows the textile tool 10 as the knitting needle 13.
  • the textile tool 10 may also include a knitting needle, a tufting needle, a Huh ⁇ kelnadel, a sling gripper, a Board, or the like.
  • a textile tool no matter what type, on a working part 14, which can come into contact with the Kla ⁇ , the yarns or the fibers.
  • the textile tool 10 also has a shaft portion 15, which serves to store the textile tool in a receptacle and to guide the working part 14 and hold.
  • the textile tool 10 is preferably made of an elongated material blank, for example a Drahtab ⁇ section , a metal strip or the like. After provision of such a blank this is plastically deformed in a forming process to the working part 14 and the shaft portion 15, the desired structures train. In the working part 14, these are typically far further from the prototype than in the shank part 15.
  • the example of the felting needle 11 shows that the working part 14 has been reduced substantially more in diameter than the shank part 15 Diverge from circular shape. The change in shape is generated in areas that are to have a high hardness later, mainly by plastic deformation. Forming techniques are used that generate a large number of dislocations.
  • the process is conducted so that those zones undergo a strong plastic deformation, which should later have a high hardness. It is also possible, as a substitute or supplementary, to carry out a machining operation in order to produce or finish the desired surface geometries.
  • Ab ⁇ sections can occur at the working portion, the surface / volume ratio is greater than in other areas.
  • the existing material has normally been deformed much more plastically than in the shaft portion 15.
  • the Oberflä ⁇ chen / volume ratio may be greater than in other areas ⁇ chen.
  • the working part 15 is positioned ⁇ hooks and / or barbs.
  • the sewing needle 12 can be seen that in particular the area of its eye 16 and a subsequent yarn groove 17 and its tip 18 has been subjected to a strong plastic deformation and optionally also a material removal in order to produce the desired structures.
  • the working part 14 is also substantially stronger. ker been deformed than the shaft part 15.
  • their hooks 19, which has been produced by plastic deformation characterized by a much stronger Flie ⁇ SEN of the material during manufacture, as if it is recorded on the shaft part 15 °.
  • the sewing needle 12 has in its shaft portion 15 and its working part 14 different hardnesses. These are produced in a uniform hardening treatment.
  • the needle 12, as well as any other textile tool 10, in the method according to the invention, during heating and quenching, can be exposed to the same heating and cooling media both on the working part 14 and on the shaft part 15. Nevertheless, the textile tools and the resulting approximately equal ⁇ From cooling rate of shaft portion 15 and working part can form 14 different hardness profiles, despite the delicate structure.
  • the cross-section 20 may be in an outer ren near-surface zone 24 have a relatively high carbon content and a high hardness, while a surface remote core zone 25 has a lower carbon ⁇ content and thus a lower hardness.
  • a near-surface zone 24 and a core zone 25 may also be present.
  • the near-surface zone 24 is thicker here.
  • the upper surface ⁇ distant core zone 25 is much smaller. It can disappear completely.
  • the carbon content in the near-surface zone 24 of the shaft portion 15 may be as large or less than the carbon content of the devisflä ⁇ chennahen zone 24 of the working part 14, for example, at the eye 16. While the carbon content in the shaft portion 15 decreases from the surface to the core, For example, the carbon content in the working part 14 may show a small decrease from the surface to the core. In addition, the carbon content in the working part 14 may be higher overall than in the shaft part 15. It is also possible that the carbon content in the entire cross section 22 (21 or 23) of the working part 14 is constant.
  • the textile tool 10 before the heat treatment of a chromium steel for example, X10Crl3, X20Crl3, X46Crl3, X65Crl3, X6Crl7, X6CrNil8-10 or the X10CrNil8-8.
  • a chromium steel for example, X10Crl3, X20Crl3, X46Crl3, X65Crl3, X6Crl7, X6CrNil8-10 or the X10CrNil8-8.
  • a chromium steel for example, X10Crl3, X20Crl3, X46Crl3, X65Crl3, X6Crl7, X6CrNil8-10 or the X10CrNil8-8.
  • These may contain additional carbon and chromium carbides after the heat treatment.
  • FIG. 6 shows a greatly enlarged detail of the working part 124 of the felting needle 11 according to FIG. 1 in the region of a notch 26.
  • the surface has, for example, 4000x magnification in the region of the notch 26, the appearance of Figure 7.
  • the individual roundish carbide crystals have a diameter, preferably 0.2 to 1 ⁇ m. If they are elongated, they may have a longitudinal blade of between 2 and 3 ym and a transverse blade between 0.5 and 2 ym.
  • the bid ⁇ bid crystals 27 are stochastically distributed over the surface 28 and predominantly round bean or pea shaped. Again, this results in an overall spotty surface with a layer of carbide crystals that are embedded in the surface and partially protrude from this.
  • the individual carbide crystals 27 are spaced apart and only rarely or not fused together. Fusible links 29 are found only in a small minority of individual Karbidkristallen, ie preferably dersel ⁇ ben at less than 20 percent.
  • the size of the individual carbide crystals 27 varies between 0.3 ym and 1.5 ym.
  • the felting needle 11 and generally a textile tool
  • FIG. 9 A comparison of FIGS. 7 and 8 with FIG. 9 shows how the surfaces, which have proved advantageous, differ qualitatively from the surface shown in FIG. 9:
  • the carbides in Figures 7 and 8 have a predominantly convex shape and are substantially free of kon ⁇ kaven areas, while the carbides are formed mainly concave in FIG. 9
  • the carbides in FIGS. 7 and 8 are largely free from fusion bridges.
  • the carburizing of the tool can be carried out as follows:
  • a tool blank which consists, for example, of a sheet metal strip, a wire section or the like of a steel with a chromium content of at least 11% by weight.
  • steel is meant here an iron-based alloy.
  • the tool blank of X10Crl3, X20Crl3, X46Crl3, X65Crl3, X6Crl7, X6CrNil8-8 or
  • This tool blank is now subjected to non-cutting and / or machining forming processes.
  • These forming processes include at least in the working part 14 plas ⁇ tables forming processes.
  • the forming processes may include embossing, rolling, kneading, and the like plastic forming processes.
  • the plastic deformation covers the entire material cross-section. The more deformed material has thereby more Ver ⁇ settlements as the weaker deformed material.
  • an increase in the surface / volume ratio can be brought about in the context of plastic deformation or as part of a machining process.
  • the tool blank is brought to a carbonization temperature T c .
  • a carbonization temperature T c is preferably between 900 ° C and 1050 ° C.
  • the carbonization is carried out in a vacuum oven. This is fed with low pressure of a few millibars a carbon carrier gas such as acetylene. This can be done in continuous gas flow or batchwise (pulsed).
  • a carbon carrier gas such as acetylene.
  • carbon accumulates in the surface layer. Part of the carbon reacts with chrome contained in chromium steel to chromium carbide. The increased surface area may result in increased carbon uptake throughout the affected areas during carburization.
  • a subsequent hardening process is preferential ⁇ as the entire textile tool brought to a hardness tempera ture ⁇ 10th
  • the textile ⁇ tool 10 starting to ⁇ deters from the hardening temperature T H. It is worked in one or more cooling stages. For example, the textile tool can be cooled to 10 ⁇ next to a quenching temperature T Q, which is, for example, at or slightly above the room tempera ture ⁇ . After a time of a few seconds to minutes, the textile tool 10 can then be cooled to a freezing temperature T K in order to stay there for a longer time (one minute to several hours). The manufacturing process then ends with the reheating of the textile tool 10 to room temperature T z .
  • T Q quenching temperature
  • T K freezing temperature
  • textile tools having hardness gradients both in the longitudinal and in the transverse direction from the outside to the inside and from the working part 14 to the shaft part 15 can be achieved. It is a high wear resistance and despite high carbon content, a high rust resistance achieved. This results in an increased life.
  • the process does not Oberflä ⁇ chenepttechnik. Due to the carbonization at high temperature, passive layers on the surface of the textile tool do not disturb the carbon input.
  • the textile tool 10 consists of chromium steel, in which carbon has been incorporated into a carbonization process to a locally different extent.
  • a formation of martensitic hardness especially in those zones in which larger amounts of carbon have been introduced. It can thus be a textile tool zone-wise under ⁇ produce different degrees of hardness, without having to expose the individual different hardness zones of different process conditions in the manufacturing process.
  • the hardness control is based on the degree of deformation of the textile tool.

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Abstract

Das erfindungsgemäße Textilwerkzeug (10) besteht aus Chromstahl, in den in einem Karbonisierungsprozess in lokal unterschiedlichem Maße Kohlenstoff eingelagert worden ist. In einer Wärmebehandlung wird eine Bildung von Martensit voller Härte insbesondere in solchen Zonen erreicht, in die größere Kohlenstoffanteile eingetragen worden sind. Es lässt sich so ein Textilwerkzeug mit zonenweise unterschiedlichen Härten erzeugen, ohne im Herstellungsprozess die einzelnen verschieden harten Zonen unterschiedlichen Prozessbedingungen aussetzen zu müssen. Die Härtesteuerung erfolgt anhand des Umformgrades des Textilwerkzeugs.

Description

Textilwerkzeug und Herstellungsverfahren für dieses
[0001] Die Erfindung betrifft ein Textilwerkzeug, insbe¬ sondere eine Nadel, wie zum Beispiel eine Filznadel, eine Nähnadel, eine Tuftingnadel , eine Wirknadel, eine Strickna¬ del, ein Messer, eine Feder, eine Platine, einen Schiingengreifer, oder dergleichen. Solche Textilwerkzeuge werden zum maschinellen Herstellen oder Verarbeiten von Textilien eingesetzt .
[0002] Textilwerkzeuge, insbesondere Nadeln, werden ty¬ pischerweise aus Kohlenstoffstahl hergestellt und bedarfs¬ weise gehärtet. Zum Beispiel offenbart die DE 199 36 082 AI eine Nähnadel und eine Stricknadel, jeweils bestehend aus Kohlenstoffstahl . Zur oberflächlichen Erhöhung der Härte wird der Rohling zur Herstellung der Nadel einer Wärmebehandlung und einer Kugelstrahlbehandlung unterzogen. Es ergibt sich somit eine oberflächliche Härtung des Textil- werkzeugs .
[0003] Die DE PS 21 14 734 beschreibt ein Verfahren zum Anlassen gehärteter Nadeln, wobei sich Längsabschnitte unterschiedlicher Härte ergeben. Dies wird durch Zuführung unterschiedlicher Wärmemengen an den einzelnen Längsabschnitten der Nadeln bewirkt. Bei diesem Verfahren wird die Größe der gehärteten Zonen maßgeblich durch die Größe der an den Nadeln während des Härtevorgangs beheizten Zonen be¬ stimmt .
[0004] Aus der US 4,049,430 ist die Härtung von rost¬ freiem Chrom-Nickel-Stahl durch Ausscheidungshärtung be- kannt . Der Stahl besteht maßgeblich aus einer Chrom- Nickel-Kupfer-Aluminium-Struktur, wobei der Gehalt an Kohlenstoff auf weniger als 0,05 % begrenzt ist. Zur Erzeugung der gewünschten Härte wird ein Nickelgehalt von 8 5 "6 bis 9,5 % vorgesehen. Der Chromgehalt ist auf 11,75 % be¬ schränkt, um Ferritbildung zu vermeiden.
[0005] Prinzipiell ist es auch bekannt, chromhaltige
Stähle durch Aufkohlung zu härten. Dazu sehen zum Beispiel die WO 2011/ 017495 AI wie auch die US PS 6,093,303 vor, dass der zu härtende Gegenstand aus rostfreiem Stahl zu¬ nächst von einer den Kohlenstoffeintritt hindernden Passivschicht aus Chromoxid befreit und dann bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von weniger als 540°C einer kohlen- stoffspendenden Niederdruckatmosphäre ausgesetzt wird. Die WO 2011/017495 AI sieht als kohlenstoffspendendes Gas Ace- tylen vor. Beide Druckschriften streben die Vermeidung einer Karbidbildung im Stahl an.
[0006] Textilwerkzeuge weisen typischerweise relativ feine Strukturen auf, die im Betrieb unterschiedlichen Bedingungen unterworfen sind. Der sogenannte Arbeitsteil wird beispielsweise bei Filznadeln durch eine vordere mit ein oder mehreren Haken oder Widerhaken versehene längliche Spitze, bei einer Nähnadel durch das Öhr und sonstige mit Textil und Faden in Berührung kommende Partien, bei einer Hakennadel durch den Haken und den sich unmittelbar anschließenden Teil des Schafts, bei einem Tufting-Greifer durch die untere Kante zur Schiingenaufnahme und bei einem Messer durch die Schneidkante gebildet. Diese Arbeitsteile müssen hoch verschleißfest und möglichst hart, dabei aber bruchfest ausgebildet sein. Der übrige Schaft des Textil- Werkzeugs soll hingegen häufig anderen Bedingungen genügen. Daraus ergibt sich nicht nur der Wunsch nach einer lediglich zonenweisen Härtung, sondern auch der Wunsch nach unterschiedlichen Härtungstiefen bzw. Härtegradienten im Tex- tilwerkzeug. Beispielsweise kann es bei einer Nähnadel an¬ gestrebt werden, den Öhrbereich durch und durch zu härten, während der sich anschließende, nicht mit dem Faden in Be¬ rührung kommende Schaftteil lediglich oberflächengehärtet sein soll. Es können somit an verschiedenen Stellen der Oberfläche des Textilwerkzeugs verschiedene Härtetiefen ge¬ wünscht sein. Darüber hinaus können an verschiedenen Stellen dieser Oberfläche verschiedene Härteverläufe in der Tiefenrichtung des Textilwerkzeugs gewünscht sein.
[0007] Außerdem unterliegt das Textilwerkzeug einer gro¬ ßen Bandbreite von Lager- und Einsatzbedingungen. Es muss bei verschiedenen Temperaturen und Feuchtigkeiten langfristig lagerbar sein, ohne seine Eigenschaften zu verlieren oder zu korrodieren. Vergütungsbehandlungen, wie von der DE 199 36 082 AI vorgeschlagen, sind zur Erhöhung der Korrosionsfestigkeit vorgesehen. Solche Vergütungsbehandlungen können beispielsweise die galvanische Chromplattierung sein .
[0008] Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Konzept anzuge¬ ben, das diesen Anforderungen genügt.
[0009] Diese Aufgabe wird mit dem Textilwerkzeug nach Anspruch 1 und auch mit dem Verfahren nach Anspruch 10 gelöst:
[0010] Das erfindungsgemäße Textilwerkzeug weist einen Werkzeugkörper d.h. einen Grundkörper auf, der aus einem Chromstahl besteht. Dieser bringt naturgemäß eine hohe Kor¬ rosionsfestigkeit mit sich. Sein Chromgehalt liegt im Be¬ reich von 11 (vorzugsweise 12) bis 30 Gewichtsprozent. Vor¬ zugsweise handelt es sich um eine Eisenbasislegierung. Der Gesamtkohlenstoffgehalt von mehr als 0,8 Prozent in zumin¬ dest einem Oberflächenabschnitt ermöglicht eine Härtung durch Martensitbildung . Damit lassen sich korrosionsträge Textilwerkzeuge mit hoher Härte und somit großer Ver¬ schleißfestigkeit bereitstellen.
[0011] Der Nickelgehalt ist vorzugsweise auf einen Wert von unter 12%, vorzugsweise unter 11 Gew.% oder auch unter 10 Gew.% begrenzt. Der Stahl ist vorzugsweise aluminium- und kupferfrei, vorzugsweise liegt der Aluminiumgehalt aber unter 0,3 Gew.%, der Kupfergehalt unter 0,4 Gew.%. Der Stahl ist vorzugsweise nicht bewusst mit Aluminium und Kup¬ fer legiert, die jeweiligen Grenzwerte können der Din EN 10020:2000 entnommen werden. . Damit kann eine unerwünschte Härtung des gesamten Textilwerkzeugs vermieden und die Härtung durch lokal unterschiedliche Kohlenstoffdiffusion ge¬ steuert werden.
[0012] Die Erfindung hat besondere Vorteile bei nicht schneidenden Textilwerkzeugen . Dies sind oft nichtschneidende Nadeln. Solche Nadeln können auch dazu ausge¬ bildet sein, textile Materialien zu durchstechen, was bei Näh-, Filz und Tuftingnadeln der Fall ist.
[0013] Der Gesamtkohlenstoffgehalt umfasst den in den Karbiden und den in dem Metallraumgitter gebundenen Kohlenstoff, d.h. den insgesamt vorhandenen Kohlenstoff. Der Ge- samtkohlenstoffgehalt kann unter anderem ermittelt werden, indem das Metall verdampft wird (Plasmabildung) und die Le¬ gierungsbestandteile einem Spektrometer zugeführt und dort untersucht werden. Der zumindest eine Oberflächenabschnitt, in dem sich Kohlenstoffgesamtkonzentrationen von mindestens 0,8 Gew.% einstellen, befindet sich bevorzugt im Arbeits¬ teil und/oder weist einen hohen Umformgrad auf, wie weiter unten detaillierter beschrieben ist.
[0014] Die Härtung lässt sich auf bestimmte Teilab¬ schnitte (Arbeitsteil, Schaftteil) beschränken oder in ver¬ schiedenen Teilabschnitten unterschiedlich gestalten. Insbesondere ist es möglich, in unterschiedlichen Teilabschnitten des Textilwerkzeugs unterschiedliche Kohlenstoff¬ gehalte oder unterschiedliche Kohlenstoffverteilungen zu erzeugen. Z.B. ist es möglich, Kohlenstoff im Schaftteil im Wesentlichen in oberflächennahen Bereichen zu konzentrieren, während der Arbeitsteil einen höheren Kohlenstoffge¬ halt auch in oberflächenfernen, kernnahen Bereichen aufweist. Damit lassen sich unterschiedliche Materialeigen¬ schaften im Schaftteil und im Arbeitsteil erzeugen. Durch die unterschiedlichen Kohlenstoffgehalte und/oder -Vertei¬ lungen in Schaft- und Arbeitsteil können diese der gleichen Wärmebehandlung unterliegen und dennoch unterschiedliche Eigenschaften ausbilden.
[0015] Das Material, das der Bildung des Grundkörpers zugrunde lag, ist vorzugsweise X10Crl3, X20Crl3, X46Crl3, X65Crl3, X6Crl7, X6CrNil8-10 oder X10CrNil8-8. Es ist von Vorteil, wenn Material, welches das Element Kohlenstoff noch in seiner Ausgangskonzentration enthält, noch im
Grundkörper vorhanden ist. Allgemein liegt die Konzentrati- on von Kohlenstoff im Grundkörper zwischen 0,1 und 0,8 Gew.%, bevorzugt jedoch zwischen 0,2 und 0,6 Gew.% in den kohlenstoffärmsten Bereichen des Grundkörpers, zwischen 0,8 und 1,2 Gew.% bevorzugt jedoch zwischen 0,9 und 1,1 Gew.% in den kohlenstoffreichsten Bereichen desselben.
[0016] Vorzugsweise enthält der Grundkörper Einlagerun¬ gen von Chromkarbid. Diese können in einem Aufkohl-Prozess erzeugt worden sein. Damit sind in dem Grundmaterial des fertig hergestellten Textilwerkzeugs mehr Chromkarbide ent¬ halten, als in dem Chromstahl, der als Ausgangsmaterial verwendet wurde. Das durch den Aufkohlprozess erzeugte Chromkarbid kann zumindest teilweise an der Oberfläche des Textilwerkzeugs konzentriert sein. Vorzugsweise bildet es dort eine Lage rundlicher aus der Oberfläche ragender Kris¬ talle, die voneinander durch geringe Abstände getrennt sind. Vorzugsweise sind benachbarte Kristalle miteinander nicht oder nur selten durch Schmelzbrücken verbunden.
[0017] Das vorhandene Chromkarbid bringt eine erhebliche Härte mit sich und wirkt deshalb einem Verschleiß der Ober¬ fläche entgegen. Der darüber hinaus in dem Grundkörper vorhandene Kohlenstoff ermöglicht ein Härten des Grundkörpers. Insbesondere weist der Grundkörper vorzugsweise zumindest einen Teilabschnitt auf, der oberflächennah einen höheren Gesamtkohlenstoffanteil besitzt als oberflächenfern (tie¬ fer) . Hierbei können sich im Zentrum des Textilwerkzeugs Abschnitte befinden, die nach wie vor die Gesamtkohlenstoffkonzentration des Ausgangsmaterials von vorzugsweise höchstens 0,3 Gew.% besitzen.
[0018] Allgemein kann die Diffusionstiefe des Kohlen- Stoffs zonenweise unterschiedlich sein. Auf diese Weise können durchgehärtete Bereiche und nur oberflächlich gehärtete Bereiche an ein und demselben Werkstück ausgebildet werden. Dies ist, wie erwähnt, auch möglich, indem das ge¬ samte Textilwerkzeug bei dem Härten einer einheitlichen Temperaturbehandlung und nicht lediglich einer zonenweisen Temperaturbehandlung ausgesetzt wird. Auf diese Weise kann die zonenweise Härtung sicher und reproduzierbar erhalten werden. Der Grundkörper kann ganz oder teilweise aus Mar- tensit voller Härte bestehen.
[0019] Unter „voller Härte" wird dabei die maximal von Martensit erzielbare Härte verstanden, die bei etwa 67 HRC liegt und auch als „Glashärte" bezeichnet wird. Weil die Glashärte durch Verspannung des Martensitkristallgitters durch Einlagerung von Kohlenstoff erreicht wird, der Ge¬ samtkohlenstoffgehalt jedoch von der Oberfläche zum Kern hin abnehmen kann, ist es möglich, dass Martensit voller Härte nur in ausgewählten Zonen des Textilwerkzeugs vorhanden ist. Außerdem kann Martensit voller Härte durch thermische Nachbehandlung (Anlassen) entspannt und somit dessen Härte (lokal) gemindert werden.
[0020] Der Grundkörper kann durchgehärtete ganz aus Martensit voller Härte bestehende Teilabschnitte und andere Teilabschnitte enthalten, die nur bereichsweise zum Bei¬ spiel in einem oberflächennahen Bereich Martensit voller Härte enthalten oder aus solchem bestehen. Er ist vorzugsweise insbesondere an seiner Oberfläche oxidfrei.
[0021] Vorzugsweise enthält der Grundkörper Teilab¬ schnitte mit verschiedenen Geometrien und verschiedenen Um- formgraden. Typischerweise sind insbesondere im Arbeitsteil des Textilwerkzeugs hohe Umformgrade anzutreffen. Diese Teilabschnitte weisen typischerweise eine erhöhte Anzahl von Versetzungen und außerdem meist ein erhöhtes Oberflächen/Volumen-Verhältnis auf. Diese Teilabschnitte sind vor¬ zugsweise durchgehärtet. Der nicht in Chromkarbid gebundene Kohlenstoff kann sich hier einigermaßen gleichmäßig auf den gesamten Materialquerschnitt verteilen. Teilabschnitte mit niedrigerem Umformgrad (und/oder nichtvergrößertem Oberflächen/Volumen-Verhältnis) weisen hingegen vorzugsweise einen deutlichen Kohlenstoffgradienten, d.h. eine Kohlenstoffab¬ nähme von der Oberfläche in den Körper hinein auf. Vorzugs¬ weise hat der Grundkörper seine größte Härte in Teilab¬ schnitten mit den höchsten Umformgraden und/oder vergrößertem Oberflächen/Volumen-Verhältnis. Teilabschnitte, die die größte Härte und die größte Härtetiefe erhalten sollen, werden in der Regel mit hohem und höchstem Umformgrad be¬ reitgestellt und/oder vergrößertem Oberflächen/Volumen- Verhältnis. So hat dann vor dem Härten eine vorzugsweise plastische Verformung des Werkzeugrohlings stattgefunden, die den gesamten Materialquerschnitt plastisch verformt hat. Die Teilnahme des gesamten Querschnitts am Fließen des Materials hat zu einer hohen Anzahl von Versetzungen geführt, die zusätzliche Diffusionswege für den Kohlenstoff und somit eine hohe Eindringtiefe schaffen. Ein zusätzlich oder alternativ vorhandenes vergrößertes Oberflä¬ chen/Volumen-Verhältnis schafft die Voraussetzung zur er¬ höhten Kohlenstoffaufnähme .
[0022] Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst den
Schritt des Bereitstellens eines Werkzeugrohlings aus einem Chromstahl mit einem Chromgehalt von mindestens 11 Prozent, vorzugsweise 12 Prozent oder mehr. Vorzugsweise enthält der Stahl wenig oder kein Nickel, der Nickelgehalt liegt aber zur Vermeidung unkontrollierter Austenitbildung jedenfalls unter 12 Gew.%. Der Gehalt an Kupfer, Aluminium und anderen metallischen, die Ausscheidungshärtung fördernden Bestandeilen liegt vorzugsweise insgesamt unter 2 Gew.%. In einem nächsten Schritt werden verschiedene Teilabschnitte des Rohlings unterschiedlich stark verformt, so dass mindestens ein Arbeitsteil und mindestens ein Schaftteil geformt wer¬ den. Der Arbeitsteil ist dabei vorzugsweise wesentlich stärker verformt als der Schaftteil. Zusätzlich oder alternativ wird die Geometrie des Arbeitsteils geometrisch so gestaltet, dass ein erhöhtes Oberflächen/Volumen-Verhältnis gegeben ist. Nach diesem Schritt erfolgt das Aufkohlen des Werkzeugrohlings unter Chromkarbidbildung. In einem weiteren Bearbeitungsschritt wird der aufgekohlte Werkzeugroh¬ ling auf eine zum Härten geeignete Temperatur, gebracht. Zur Härtung kann ein Abkühlen oder ein Erhitzen des Werkzeugsrohlings nötig sein. Während der Beaufschlagung mit hoher Temperatur kann nicht in Karbiden gebundener überschüssiger Kohlenstoff von oberflächennahen Bereichen in tiefere oberflächenfernere Bereiche diffundieren.
[0023] Vorzugsweise wird ein Stahl eingesetzt, der kein oder nur wenig Nickel enthält. Der Nickelgehalt liegt aber jedenfalls unter 12%. Außerdem wird vorzugsweise auf metal¬ lische Legierungsbestandteile verzichtet, die Ausschei- dungshärtungsmechanismen fördern, wie z.B. Aluminium (max. 0,3 Gew.%), Kupfer (max. 0,4 Gew.%), Niob (max. 0,1 Gew.%).
[0024] Zum Härten des Werkzeugrohlings wird dieser einer
Härtetemperatur ausgesetzt und danach abgeschreckt, wobei sich Martensit mit lokal unterschiedlicher Härte bildet.
[0025] Bei den vorliegenden Verfahren wird der Werkzeugrohling sowohl beim Aufkohlen als auch beim Härten auf jeweils eine einheitliche Temperatur gebracht. Insbesondere werden der Arbeitsteil und der Schaftteil im Wesentlichen der gleichen Temperatur ausgesetzt. Dies eröffnet die Mög¬ lichkeit, den Diffusionsprozess an dem aufgekohlten Rohling längere Zeit (mehrere Minuten) ablaufen zu lassen. Eine Temperaturdifferenz muss am Rohling nicht aufrechterhalten werden. Dadurch werden Ungenauigkeiten hinsichtlich der Größe der gehärteten Bereiche, Verzug oder sonstige uner¬ wünschte Effekte beim Abschrecken des Werkzeugrohlings un¬ terdrückt .
[0026] Das Umformen des Werkzeugrohlings erfasst zumin¬ dest im Arbeitsteil vorzugsweise das Material des gesamten Werkzeugquerschnitts. So ist der Umformgrad höher als im Schaftteil. Außerdem ist das Oberflächen/Volumen-Verhältnis vorzugsweise größer als im Schaftteil. Dadurch wird die Härte beim nachfolgenden Aufkohlen und Abschrecken in diesen stärker umgeformten Bereichen größer.
[0027] Ein Aktivierungsschritt zur Entfernung von Passivschichten ist nicht unbedingt erforderlich. Das Aufkohlen erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 900° und 1050°, wobei nicht nur Kohlenstoff in den Werkzeugkör¬ per eindiffundiert, sondern sich auch Karbide, insbesondere Chromkarbide, z.B. Cr23C6 aber auch Mischkarbide ME23C6 und andere bilden.
[0028] Vorzugsweise wird das Aufkohlen bei geringem Druck (wenige Millibar) und der Anwesenheit eines kohlen- stofftragenden Gases, zum Beispiel eines Kohlenwasserstoffs, vorzugsweise Äthan, Athen oder Äthin vorgenommen. Das Gas kann dem Textilwerkzeug in einem Reaktionsgefäß permanent oder in Zyklen (schubweise) zugeführt werden. Im Großen und Ganzen kann das Verfahren als ein Niederdruck Aufkohlverfahren durchgeführt werden, wie es zum Beispiel in der EP882811B1 offenbart ist. Diese Verfahren ermögli¬ chen die Herstellung randoxidationsfreier Werkzeuge.
[0029] Kostengünstiger sind jedoch atmosphärische Verfahren zum Aufkohlen des Werkzeugs. Bekannt ist hier unter anderem das Aufkohlen im Salzbad, wie es unter anderem in der DE 10 2006 026 883 B3 beschrieben ist.
[0030] Beim nachfolgenden Härten wird eine geeignete Härtetemperatur eingestellt, die gleich sein kann wie die Temperatur beim Aufkohlen. Die Härtetemperatur kann jedoch auch bis zu 100 Kelvin über oder unter dieser Temperatur liegen. Alle diese Maßnahmen bringen spezifische Vorteile mit sich.
[0031] Das Abschrecken kann eine oder mehrere Kühlschritte umfassen und an Teilen des Textilwerkzeugs oder an dem gesamten Textilwerkzeug einheitlich durchgeführt wer¬ den. Vorzugsweise gehört zum Abschrecken ein Tiefkühlen. Dieses kann mit flüssigem Stickstoff durchgeführt werden.
[0032] Die hier angegebenen Konzentrationsgrenzen können folgendermaßen gemessen werden. Die Konzentration von Cr im Stahl kann mit einem Funkenspektrometer bzw. einem optischen Emissionsspektrometer bestimmt werden. Die Kohlen
il Stoffkonzentration im Stahl kann mit einem Kohlenstoff- Schwefel Analysator (CSA) bestimmt werden. Zur Messung wird eine Materialprobe bei hoher Temperatur (ca. 2000° C) ge¬ schmolzen, mit reinem Sauerstoff gespült und das entwei¬ chende C02~Gas wird mit einer Infrarotmesszelle gemessen. Alternativ aber weniger vorteilhaft sind auch Messungen mit Wavelength Dispersiv Spectroscopy, bei denen die Probe mit einem Elektronenstrahl angeregt wird und das Röntgenspekt¬ rum spektroskopisch gemessen wird, möglich.
[0033] Das Vorhandensein von Martensit bzw. von Karbiden kann durch Bewertung des Gefüges im Schliff nachgewiesen werden .
[0034] Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung oder Ansprüchen. Es zeigen:
[0035] Figur 1 bis 3 verschiedene Ausführungsformen von Textilwerkzeugen, in schematisierten Darstellungen.
[0036] Figur 4 eine Nähnadel nach Figur 2, in schema¬ tisierter ausschnittsweiser Seitenansicht mit Querschnit¬ ten,
[0037] Figur 5 ein Temperaturzeitdiagramm für das Härten des Textilwerkzeugs ,
[0038] Figur 6 ein stark vergrößerter Ausschnitt aus dem Arbeitsteil eines Textilwerkzeugs nach Figur 1,
[0039] Figur 7 eine stark vergrößerte Oberflächenan- sieht des Arbeitsteils nach Figur 6 im Bereich seiner Kerbe,
[0040] Figur 8 eine stark vergrößerte Oberflächenansicht des Arbeitsteils nach Figur 6 im Bereich seiner Spit¬ ze und
[0041] Figur 9 eine stark vergrößerte Oberflächenansicht eines Arbeitsteils nach Figur 6 im Bereich seiner Spitze bei unzulänglicher Oberflächenqualität.
[0042] In Figur 1 bis 3 wird ein Textilwerkzeug 10 in verschiedenen Ausgestaltungen veranschaulicht. Figur 1 zeigt das Textilwerkzeug 10 als Filznadel 11. Figur 2 zeigt das Textilwerkzeug 10 als Nähnadel 12. Figur 3 zeigt das Textilwerkzeug 10 als Stricknadel 13. Das Textilwerkzeug 10 kann außerdem eine Wirknadel, eine Tuftingnadel , eine Hä¬ kelnadel, ein Schiingengreifer, eine Platine, oder dergleichen mehr sein.
[0043] Typischerweise weist ein Textilwerkzeug, gleich welcher Bauart, einen Arbeitsteil 14 auf, der mit den Fä¬ den, den Garnen oder den Fasern in Berührung kommen kann. Das Textilwerkzeug 10 weist außerdem einen Schaftteil 15 auf, der dazu dient, das Textilwerkzeug in einer Aufnahme zu lagern und den Arbeitsteil 14 zu führen und zu halten.
[0044] Das Textilwerkzeug 10 wird vorzugsweise aus einem länglichen Materialzuschnitt, beispielsweise einem Drahtab¬ schnitt, einem Blechstreifen oder dergleichen, hergestellt. Nach Bereitstellung eines solchen Rohlings wird dieser in einem Umformvorgang plastisch verformt, um an dem Arbeitsteil 14 und dem Schaftteil 15 die gewünschten Strukturen auszubilden. Diese sind in dem Arbeitsteil 14 typischerweise wesentlich weiter von der Urform entfernt als in dem Schaftteil 15. Am Beispiel der Filznadel 11 ist erkennbar, dass der Arbeitsteil 14 im Durchmesser wesentlich stärker reduziert worden ist als der Schaftteil 15. Auch kann der Querschnitt deutlich von der Kreisform abweichen. Die Formänderung wird in Bereichen, die später eine große Härte aufweisen sollen, vorwiegend durch plastisches Umformen erzeugt. Es werden Umformtechniken genutzt, die eine große Anzahl von Versetzungen generieren. Insbesondere wird der Prozess so geführt, dass diejenigen Zonen einer starken plastischen Verformung unterliegen, die später eine große Härte aufweisen sollen. Es ist auch möglich, ersatzweise oder ergänzend eine spanende Bearbeitung durchzuführen, um die gewünschten Oberflächengeometrien zu erzeugen oder fertigzustellen. Dabei können an dem Arbeitsabschnitt Ab¬ schnitte entstehen, deren Oberflächen/Volumen-Verhältnis größer ist, als an anderen Bereichen.
[0045] In dem Arbeitsteil 14 ist das vorhandene Material normalerweise wesentlich stärker plastisch verformt worden als im Schaftteil 15. Außerdem kann das Oberflä¬ chen/Volumen-Verhältnis größer sein, als in anderen Berei¬ chen. Dies betrifft sowohl die Durchmesserreduktion als auch nicht weiter veranschaulichte, am Arbeitsteil 15 ange¬ ordnete Haken und/oder Widerhaken. Am Beispiel der Nähnadel 12 ist erkennbar, dass insbesondere der Bereich ihres Öhrs 16 sowie einer sich anschließenden Fadenrinne 17 sowie ihre Spitze 18 einer starken plastischen Verformung und gegebenenfalls auch einem Materialabtrag unterworfen worden ist, um die gewünschten Strukturen zu erzeugen. Bei der Stricknadel 13 ist der Arbeitsteil 14 ebenfalls wesentlich stär- ker verformt worden als der Schaftteil 15. Insbesondere ihr Haken 19, der durch plastische Verformung hergestellt worden ist, zeichnet sich durch ein wesentlich stärkeres Flie¬ ßen des Materials während der Herstellung aus, als es am Schaftteil 15 zu verzeichnen ist.
[0046] Diesen Umstand veranschaulicht Figur 4 am Bei¬ spiel der Nähnadel 12 näher. Im Bereich des runden Schafts ist der Querschnitt im Wesentlichen rund. Wurde die Nadel 12 aus einem Draht hergestellt, ist der Querschnitt 20 nur geringfügig verändert. Das Material ist hier wenig ge¬ staucht und geflossen. Im Bereich der Fadenrinne 17 ist der Querschnitt 21 hingegen wesentlich stärker verformt. Bei der plastischen Deformation wurde der gesamte Querschnitt 21 umgeformt. Noch stärker ist der Umformgrad im Bereich des Öhrs 16. Hier ist der Querschnitt 22 aufgetrennt und insgesamt sehr stark verformt. Etwas geringer ist der Ver¬ formungsgrad wieder zu der Spitze 18 hin, wie der Quer¬ schnitt 23 zeigt.
[0047] Die Nähnadel 12 weist in ihrem Schaftteil 15 und ihrem Arbeitsteil 14 unterschiedliche Härten auf. Diese werden in einer einheitlichen Härtungsbehandlung erzeugt. Dabei kann die Nadel 12, wie auch jedes andere Textilwerk- zeug 10, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, beim Erhitzen und Abschrecken, jeweils sowohl am Arbeitsteil 14 als auch am Schaftteil 15 gleichen Heiz- und Kühlmedien ausgesetzt sein. Dennoch können sich trotz der filigranen Struktur der Textilwerkzeuge und der daraus folgenden etwa gleichen Ab¬ kühlgeschwindigkeit von Schaftteil 15 und Arbeitsteil 14 unterschiedliche Härteprofile ausbilden. Beispielsweise kann in dem Schaftteil 15 der Querschnitt 20 in einer äuße- ren oberflächennahen Zone 24 einen relativ hohen Kohlenstoffanteil und eine große Härte aufweisen, während eine oberflächenferne Kernzone 25 einen geringeren Kohlenstoff¬ gehalt und somit eine geringere Härte aufweist. In dem Querschnitt 22 können ebenfalls eine oberflächennahe Zone 24 und eine Kernzone 25 vorhanden sein. Vorzugsweise ist hier jedoch die oberflächennahe Zone 24 dicker. Die ober¬ flächenferne Kernzone 25 ist wesentlich kleiner. Sie kann auch ganz verschwinden. Der Kohlenstoffanteil in der oberflächennahen Zone 24 des Schaftteils 15 kann so groß oder auch geringer sein als der Kohlenstoffgehalt der oberflä¬ chennahen Zone 24 des Arbeitsteils 14, beispielsweise am Öhr 16. Während der Kohlenstoffgehalt im Schaftteil 15 von der Oberfläche zu dem Kern hin abnimmt, kann der Kohlenstoffgehalt im Arbeitsteil 14 eine geringe Abnahme von der Oberfläche zum Kern hin zeigen. Zusätzlich kann der Kohlenstoffgehalt in dem Arbeitsteil 14 insgesamt höher als in dem Schaftteil 15 sein. Es ist auch möglich, dass der Kohlenstoffgehalt im gesamten Querschnitt 22 (21 oder 23) des Arbeitsteils 14 konstant ist.
[0048] Vorzugsweise besteht das Textilwerkzeug 10 vor der Wärmebehandlung aus einem Chromstahl, zum Beispiel X10Crl3, X20Crl3, X46Crl3, X65Crl3, X6Crl7, X6CrNil8-10 o- der X10CrNil8-8. Diese können nach der Wärmebehandlung zusätzlichen Kohlenstoff und Chromkarbide enthalten.
[0049] In Figur 6 ist ein stark vergrößerter Ausschnitt aus dem Arbeitsteil 124 der Filznadel 11 nach Figur 1 im Bereich einer Kerbe 26 dargestellt. Die Oberfläche hat bei beispielsweise 4000facher Vergrößerung im Bereich der Kerbe 26 das Aussehen nach Figur 7. Wie ersichtlich, wird das Aussehen der Oberfläche von einer Anzahl rundlicher oder auch länglicher Karbid-Kristalle, insbesondere Chromkarbid- Kristalle 27, geprägt, die ungefähr bohnen- oder erbsenför- mig sind und aus der sonst von der Oberfläche definierten Ebene 28 herausragen. Sie bilden jedoch vorzugsweise keine zusammenhängende Schicht und sind miteinander kaum oder gar nicht verschmolzen. Die einzelnen rundlichen Karbid-Kristalle weisen einen Durchmesser, vorzugsweise 0,2 bis 1 ym auf. Sind sie länglich, können sie einen Längsmesser von zwischen 2 und 3 ym und einem Quermesser zwischen 0,5 und 2 ym aufweisen.
[0050] Außerhalb der Kerbe 26, insbesondere im Bereich der Spitze des Arbeitsteils, ist die Oberfläche vorzugswei¬ se etwa wie aus Figur 8 ersichtlich ausgebildet. Die Kar¬ bid-Kristalle 27 sind stochastisch über die Oberfläche 28 verteilt und vorwiegend rundlich bohnen- oder erbsenförmig . Wiederum ergibt sich eine insgesamt pickelig erscheinende Oberfläche mit einer Lage aus Karbid-Kristallen, die in die Oberfläche eingebettet sind und teilweise aus dieser heraus ragen. Die einzelnen Karbidkristalle 27 sind voneinander beabstandet und nur selten oder nicht miteinander verschmolzen. Schmelzbrücken 29 sind nur bei einer verschwindenden Minderheit von einzelnen Karbidkristallen anzutreffen, d.h. vorzugsweise bei weniger als 20 Prozent dersel¬ ben. Die Größe der einzelnen Karbid-Kristalle 27 schwankt zwischen 0,3 ym und 1,5 ym. Die Mehrzahl der Karbid-Kris¬ talle hat etwa rundliche Formen mit einem Durchmesser zwischen 0,3 und 1,5 ym. Längliche Typen haben einen Quermes¬ ser von bis zu 1,5 ym und einen Längsmesser von bis zu 4 ym. [0051] Zur besseren Verdeutlichung veranschaulicht Figur
9 noch eine weniger wünschenswerte Oberflächenkonfigurati¬ on, bei der die einzelnen Karbid-Kristalle 27 häufig durch Schmelzbrücken 29 untereinander verbunden sind. Es bilden sich dadurch unregelmäßig geformte zusammenhängende Karbid- Kristalle, deren Länge und Breite 1 ym überschreiten, wobei manche zusammenhängende Karbid-Kristallbereiche auch größer als 2 ym sind.
[0052] Die Filznadel 11 und allgemein ein Textilwerkzeug
10 mit einer gehärteten Oberflächenstruktur nach Figur 7 und 8 am Arbeitsteil 14 zeichnet sich durch geringe Bruch¬ empfindlichkeit, hohe Härte und geringe Fadengleitwider¬ stände aus.
[0053] Ein Vergleich der Figuren 7 und 8 mit der Figur 9 zeigt wie sich die Oberflächen, die sich als vorteilhaft erwiesen haben, qualitativ von der in Figur 9 gezeigten Oberfläche unterscheiden:
[0054] Die Karbide in den Figuren 7 und 8 haben eine überwiegend konvexe Form und sind weitgehend frei von kon¬ kaven Bereichen, während die Karbide in Figur 9 überwiegend konkav geformt sind. Die Karbide in den Figuren 7 und 8 sind weitgehend schmelzbrückenfrei .
[0055] Die Aufkohlung des Werkzeugs kann folgendermaßen vorgenommen werden:
[0056] In einem ersten Schritt wird ein Werkzeugrohling bereitgestellt, der beispielsweise aus einem Blechstreifen, einem Drahtabschnitt oder dergleichen aus einem Stahl mit einem Chromgehalt von mindestens 11 Gewichtsprozent be- steht. Unter Stahl wird hier eine Eisenbasislegierung verstanden. Bevorzugt besteht der Werkzeugrohling aus X10Crl3, X20Crl3, X46Crl3, X65Crl3, X6Crl7, X6CrNil8-8 oder
X10CrNil8-8. Dieser Werkzeugrohling wird nun spanlosen und/oder spanabhebenden Umformprozessen unterzogen. Diese Umformprozesse umfassen mindestens im Arbeitsteil 14 plas¬ tische Umformprozesse. Bei den plastischen Umformprozessen fließt das Material im Arbeitsteil 14 wesentlich stärker als im Schaftteil 15. Die Umformprozesse können Prägen, Walzen, Kneten, und dergleichen plastische Umformverfahren umfassen. An durchzuhärtenden Stellen des Arbeitsteils 14 erfasst die plastische Umformung den gesamten Materialquerschnitt. Das stärker verformte Material hat dabei mehr Ver¬ setzungen als das schwächer verformte Material. Außerdem kann im Rahmen der plastischen Umformung oder auch im Rahmen einer spanabhebenden Bearbeitung eine Vergrößerung des Oberflächen/Volumen-Verhältnisses herbeigeführt werden.
[0057] In einem nächsten Arbeitsschritt wird der Werkzeugrohling auf eine Karbonisierungstemperatur Tc gebracht. Diese liegt vorzugsweise zwischen 900° C und 1050° C. Das Karbonisieren wird in einem Vakuumofen durchgeführt. Diesem wird mit geringem Druck von einigen Millibar ein Kohlenstoffträgergas beispielsweise Acetylen zugeführt. Dieses kann in kontinuierlichem Gasstrom oder auch schubweise (gepulst) geschehen. Hierbei reichert sich Kohlenstoff in der Oberflächenschicht an. Ein Teil des Kohlenstoffs reagiert mit im Chromstahl enthaltenen Chrom zu Chromkarbid. Die vergrößerte Oberfläche kann dazu führen, dass währende des Aufkohlens in den betroffenen Bereichen eine stärkere Kohlenstoffaufnähme stattfindet. [0058] In einem nachfolgenden Härteprozess wird vorzugs¬ weise das gesamte Textilwerkzeug 10 auf eine Härtetempera¬ tur gebracht .
[0059] In einem nachfolgenden Schritt wird das Textil¬ werkzeug 10 von der Härtetemperatur TH ausgehend abge¬ schreckt. Es wird dabei in einer oder mehreren Kühlstufen gearbeitet. Zum Beispiel kann das Textilwerkzeug 10 zu¬ nächst auf eine Abschrecktemperatur TQ abgekühlt werden, die zum Beispiel bei oder wenig oberhalb der Zimmertempera¬ tur liegt. Nach einer Zeit von wenigen Sekunden bis Minuten kann das Textilwerkzeug 10 dann auf eine Tiefkühltemperatur TK abgekühlt werden, um dort längere Zeit (eine Minute bis mehreren Stunden) zu verweilen. Der Herstellungsprozess endet dann mit der Rückerwärmung des Textilwerkzeugs 10 auf Zimmertemperatur Tz.
[0060] Mit dem erfindungsgemäßen Konzept lassen sich Textilwerkzeuge mit Härtegradienten sowohl in Längs- als auch Querrichtung von außen nach innen sowie von dem Arbeitsteil 14 zu dem Schaftteil 15 hin erzielen. Es wird ein hoher Verschleißwiderstand und trotz hohen Kohlenstoffge- halts eine hohe Rostbeständigkeit erreicht. Es ergibt sich eine erhöhte Lebensdauer. Das Verfahren kommt ohne Oberflä¬ chenaktivierung aus. Infolge der Karbonisierung bei hoher Temperatur stören Passivschichten auf der Oberfläche des Textilwerkzeugs den Kohlenstoffeintrag nicht.
[0061] Das erfindungsgemäße Textilwerkzeug 10 besteht aus Chromstahl, in den in einem Karbonisierungsprozess in lokal unterschiedlichem Maße Kohlenstoff eingelagert worden ist. In einer Wärmebehandlung wird eine Bildung von Marten- sit voller Härte insbesondere in solchen Zonen erreicht, in die größere Kohlenstoffanteile eingetragen worden sind. Es lässt sich so ein Textilwerkzeug mit zonenweise unter¬ schiedlichen Härten erzeugen, ohne im Herstellungsprozess die einzelnen verschieden harten Zonen unterschiedlichen Prozessbedingungen aussetzen zu müssen. Die Härtesteuerung erfolgt anhand des Umformgrades des Textilwerkzeugs.
[0062] Bezugszeichenliste:
0 Textilwerkzeug
1 Filznadel
2 Nähnadel
3 Stricknadel
4 Arbeitsteil
5 Schaftteil
6 Öhr
7 Fadenbereich
8 Spitze
9 Haken
0 - 23 Querschnitt
4 oberflächennahe Zone des Schaftteils 15
5 oberflächenferne Kernzone des Schaftteils 15 6 Kerbe
7 Karbidkristalle
8 Ebene
9 Schmelzbrücken

Claims

Patentansprüche :
1. Textilwerkzeug (10), insbesondere Nadel, das einen Grundkörper aufweist, der aus einem Chromstahl besteht und Bereiche (14, 15) aufweist, deren Material unterschiedliche Umformgrade hat, der einen Chromgehalt von 11% bis 30% und einen Gesamtkohlenstoffgehalt von mehr als 0,8% in zumindest einem Oberflächenabschnitt besitzt
2. Textilwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper aus einem aufgekohlten Chromstahl - mit einem Ausgangskohlenstoffgehalt von nicht mehr als 0,7% oder 0,5% - vorzugsweise jedoch nicht mehr als 0,3% besteht .
3. Textilwerkzeug nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper aus einem Chromstahl - mit einem Nickelgehalt von nicht mehr als 12% besteht.
4. Textilwerkzeug nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper Chromkarbide enthält.
5. Textilwerkzeug nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper in ober- flächennahen Bereichen einen höheren Kohlenstoffgehalt hat als in oberflächenferneren Bereichen.
Textilwerkzeug nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper ganz anteilig aus Martensit voller Härte besteht.
7. Textilwerkzeug nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper länglich ausgebildet ist und entlang seiner Länge Bereiche (14, 15) mit unterschiedlichem Umformgrad und/oder mit unterschiedlichem Oberflächen/Volumen-Verhältnis auf¬ weist.
8. Textilwerkzeug nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper in Berei¬ chen mit größeren Umformgraden und/oder mit größerem Oberflächen/Volumen-Verhältnis eine höhere Härte auf¬ weist als in Bereichen mit niedrigeren Umformgraden und/oder mit niedrigerem Oberflächen/Volumen-Verhält¬ nis .
9. Textilwerkzeug nach einem der vorigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper in Berei¬ chen mit kleineren Umformgraden weniger tief gehärtet ist als in Bereichen mit größeren Umformgraden.
10. Verfahren zur Bereitstellung von Textilwerkzeugen (10), insbesondere Nadeln, mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Werkzeugrohlings aus einem Chrom¬ stahl mit einem Chromgehalt von mindestens 11 %,
Umformen verschiedener Bereiche des Rohlings mit unterschiedlichen Umformgraden zur Erzeugung mindestens eines Arbeitsteils (14) und eines Schaftteils (15),
Aufkohlen des Werkzeugrohlings unter Chromkarbidbil¬ dung,
Beaufschlagen des aufgekohlten Werkzeugrohlings mit ei¬ ner Härtetemperatur,
Abschrecken des Werkzeugrohlings zur Ausbildung von Martensit .
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen des Werkzeugrohlings im Arbeitsteil (14) ein Fließen des Materials im gesamten Werkzeugquerschnitt und/oder ein Abtragen von Material beinhal¬ tet .
12. Verfahren der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufkohlen bei einer Temperatur zwischen 900°C und 1050°C erfolgt.
13. Verfahren der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufkohlen mittels eines kohlenstoffhalti¬ gen Trägergases, vorzugsweise eines Kohlenwasserstoffs, vorzugsweise Äthan, Athen oder Äthin vorgenommen wird. Verfahren der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Härten bei einer Temperatur vorgenommen wird, die größer, gleich oder kleiner ist als die Teirv peratur beim Aufkohlen.
Verfahren der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschrecken ein Tiefkühlen des Werkzeug rohlings umfasst.
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