DE2304557B2

DE2304557B2 - Verfahren zum herstellen hochverschleissfester, verzugsarmer, rotationssymmetrischer teile, insbes. stahlstangen, mit hoher oberflaechenguete

Info

Publication number: DE2304557B2
Application number: DE19732304557
Authority: DE
Inventors: Franz Josef 5820 Gevelsberg Overkott
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-01-31
Filing date: 1973-01-31
Publication date: 1977-02-17
Also published as: DE2304557A1; GB1448154A; JPS49106416A; CH567101A5; FR2216353A1; FR2216353B1; US3980506A; NL7400722A; BR7400701D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen hochverschleißfester, verzugsarmer, rotationssymmetrischer Teile aus härtbaren Metallen, insbesondere Stahlstangen, mit hoher Oberflächengüte.

Teile dieser Art finden häufig als Maschinenelemente Verwendung und müssen durch die Art ihrer Behandlung insbesondere den Anforderungen entsprechen, die sich beim Zusammenwirken mit anderen Maschinenteilen ergeben. In besonderem Maße trifft dies für Kolbenstangen zu, die dichtend aus einem Zylinder mit Hilfe einer Führungsbüchse herausgeführt sind. Von derartigen Stangen wird nämlich nicht nur verlangt, daß sie eine besonders hohe Oberflächengüte haben, sondern daß sie auch in besonderem Maße gerade und somit verzugsarm sind. Die Oberfläche muß weiterhin sehr hart sein, damit sie nicht durch fortschreitenden Verschleiß im Laufe längerer Betriebszeit zu Undichtigkeiten des Zylinders führt. Während die Oberfläche einerseits somit sehr glatt sein muß, muß der Stab andererseits selbst gerade sein. Biegungen des Stabes, die durch Verziehen während des Härtens eintreten können, würden ihn für viele Anwendungsfälle und insbesondere für die Verwendung bei Kolbenstangen ungeeignet machen.

Aus diesem Grunde werden Teile der erwähnten Art einer Oberflächenbehandlung unterzogen, die sich, von der Oberfläche ausgehend, bis zu einer geringen Tiefe in das Kei-nmaterial fortsetzt Oberflächenbehandlungen ίο dieser Art sind Gefügeumwandlungen oder das Eindringen anderer, chemischer Elemente, wie Kohlenstoff und Stickstoff, so daß es zu einer Vergrößerung des Volumens und dadurch zu einer Streckung der Oberflächenschichten kommen kann, die in Längsrichtung wirksam ist und demgemäß in Längsrichtung verlaufende Spannungen erzeugt, durch die es zum Verziehen kommen kana Derartig verzogene Stangen müssen dann zunächst gerichtet werden, wobei bekanntlich Richtwerkzeuge an der Oberfläche angreifen und auch dort Spuren hinterlassen. Im Anschluß daran ist deshalb ein Poliervorgang erforderlich, desgleichen wird in vielen Fällen eine galvanische Behandlung, insbesondere eine Verchromung, vorgenommen. Diese Bearbeitungsvorgänge sind jedoch verhältnismäßig aufwendig.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den erheblichen Herstellungsaufwand bei der Produktion der einleitend erwähnten Teile zu verrin gern. Überraschenderweise gelingt dies erfindungsgemaß dadurch, daß die Teile zunächst einem oberflächlichen Druckpoliervorgang und sodann einer Oberüa· chenhärtung unterzogen werden, wobei die Teile während beider Behandlungsstufen eine Drehbewegung erfahren. Dieses Prinzip macht also von an sich bekannten Einzelverfahren der OberflächenbehandSung Gebrauch. Durch die spezielle Art der Aufeinanderfolge beider Verfahren wird jedoch überraschenderweise gewährleistet, daß man ein Verziehen der Teile vermeiden kann, und daß die Teile nach dem Härtevorgang in einer derart hohen Oberflächengüte vorliegen, daß sie sich dann unmittelbar, vor allem als Kolbenstangen, verwenden lassen können. Sie brauchen also weder gerichtet noch auf galvanische Weise beschichtet bzw. abschließend nochmals poliert werden.

Hierdurch entfallen gerade diejenigen Bearbeitungsstufen, die besonders aufwendig sind und sich nur schwer in einen kontinuierlichen Materialdurchfluß einschalten lassen. Zumindest galvanische Behandlungen setzen nämlich in der Regel eine satzweise Beschickung voraus, wohingegen die erfindungsgemäß zur Anwendung gelangenden Behandlungen am laufenden Material durchgeführt werden können.

Von Vorteil ist dabei, wenn die Teile vor dem Druckpolieren eine Wärmebehandlung in Form eines Anlaßvorganges derart erfahren, daß sich eine etwa 10 bis 20 kp/mm² über der Normalisierungsfestigkeit liegende Festigkeit einstellt. In diesem Zustand läßt sich das erfindungsgemäß vorgesehene Druckpolieren besonders gut durchführen, wobei es zu einer obe. flächlichen Kaltverfestigung kommt. Da sich das Material während der Behandlung dreht, baut sich die genannte Kaltverfestigung in gleichmäßiger Verteilung auf der Oberfläche auf. Somit kommt es gleichfalls zu in Längsrichtung wirkenden Spannungen, die das Material überraschenderweise völlig gerade gestreckt halten. Die Drehgeschwindigkeit liegt sowohl während des Druckpolierens als auch während der dann sich anschließenden Oberflächenhärte bei einer Drehzahl von etwa 500

bis 1000 Umdrehungen je Minute.

Ein auf diese Weise oberflächlich verfestigter Stab hat zugleich bereits eine weitgehend eingeebnete, polierte Oberfläche, die überraschenderweise durch den anschließenden Härtevorgang praktisch nicht mehr in ihrer Oberflächengüte verändert wird.

Besonders vorteilhaft ist eine unmittelbare Aufeinanderfolge des Druckpolierens und des sich daran anschließenden Oberflächenhärtens; dabei können die für das Druckpolieren vorgesehenen Rollen zugleich als Vorschuborgane für das Oberflächenhärten Verwendung finden. Durch das Druckpolieren nimmt die Oberfläche der Teile eine Festigkeit bis zu etwa 110 kg/mm² an. Die dank dieser Verfestigung völlig gerade gestreckt gehaltenen Stangen bzw. Teile verlieren zwar bei der für das Hänen erforderlichen Erhitzung zunächst in einer Übergangszone ihre Festigkeit wieder, jedoch nehmen sie im unmittelbaren Anschluß an das Erhitzen durch das Abschrecken dann erneut eine entsprechende Härte bis auf etwa 60 bis 64 Rc an. Während eines kontinuierlichen Durchganges wird also zunächst eine Mantelzone größerer Festigkeit erzeugt, deren Festigkeit dann wieder aufgehoben und abschließend wieder neu geschaffen wird. Für das Oberflächenhärten können dabei die an sich bekannten Verfahren der induktiven, konduktiven oder auch der Brennerbeheizung vorgesehen werden. Vor allem ist es vorteilhaft, die Oberfläche der Teile bzw. Stangen beim Erhitzen einer Gasbehandlung zu unterziehen. Diese Gasbehandlung kann beispielsweise eine Aufkohlung oder eine Aufstickung zum Ziel haben. Für Kolbenstangen eignet sich zweckmäßig eine Aufstickung bei einer Temperatur oberhalb der As-Temperatur.

Grundsätzlich läßt sich das neue Verfahren bei einer Vielzahl von Metallen, die einerseits härtbar sind und andererseits durch Druckpolieren eine Verfestigung erfahren, anwenden. Vor allem eignet es sich jedoch für Stähle, da bei diesen die Wärmeleitfähigkeit die Erzeugung der nur oberflächlichen Härteschicht besonders begünstigt Insbesondere hat sich für Kolbenstangen ein martensitischer Stahl mit 12 bis 18% Chrom und 0,4 bis 0,6% Kohlenstoff als zweckmäßig erwiesen, sofern man ihn der Nitrierung unterzieht Die auf derartige Weise hergestellten Kolbenstangen lassen sich unmittelbar verwenden, ohne daß es eines weiteren Richtvorganges, einer galvanischen Behandlung oder eines abschließenden Poliervorganges bedarf. Die anmeldungsgemäß geschaffene Oberfläche gewährleistet dabei eine besonders günstige Ausnutzung der Korrosionsfestigkeit des genannten Stahls.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen hochverschleißfester, verzugsarmer, rotationssymmetrischer Teile aus härtbaren Metallen, insbesondere Stahlstangen, mit hoher Oberflächengüte, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile zunächst einem oberflächlichen Druckpolier vorgang, sodann einer Oberflächenhärtung unterzogen und ohne galvanische oder mechanische Nachbehandlung verwendet wer den, wobei die Teile während der beiden BehanJ-lungsstufen eine Drehbewegung erfahren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile vor dem Druckpolieren eine Wärmebehandlung in Form eines Anlaßvorganges derart erfahren, daß sich eine etwa 10 bis 20 kp/mm² über der Normalisierungsfestigkeit liegende Festigkeit einstellt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Druckpolierens und des Oberflächenhärtens eine Drehzahl von 500 bis 1000 Umdrehungen je Minute eingehalten wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckpolieren und das Oberflächenhärten in unmittelbarer Aufeinanderfolge durchgeführt werden, wobei das Druckpolieren mittels zugleich den Vorschub für das Oberflächenhärten übernehmenden Druckrollen erfolgt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Teile durch das Druckpolieren bis auf etwa 110 kp/mm² und durch das Härten bis auf etwa 60 bis 64 Rc verfestigt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Teile beim Erhitzen einer Gasbehandlung unterzogen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasbehandlung ein bei einer oberhalb der A₃-Temperatur erfolgende Nitrierung ist.

8. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 7 auf Teile aus einem martensitischen Stahl mit 12 bis 18% Chrom und 0,4 bis 0,6% Kohlenstoff.