DE102004021043A1 - Surface treatment method - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Behandlung einer metallischen Oberfläche (10), insbesondere eines Federstahldrahts zur Herstellung von Druckspiralfedern, beschrieben, wobei die metallische Oberfläche (10) einem Nitrier- oder einem Nitrocarburierverfahren unterzogen wird. Dabei werden diejenigen Bereiche (14) der metallischen Oberfläche, die nicht nitriert oder nitrocarburiert werden sollen, vor der Durchführung des Nitrier- oder Nitrocarburierverfahrens einer Kaltverformung unterzogen.The invention relates to a method for treating a metallic surface (10), in particular a spring steel wire for producing compression coil springs, wherein the metallic surface (10) is subjected to a nitriding or a nitrocarburizing process. In this case, those regions (14) of the metallic surface which are not to be nitrided or nitrocarburized are subjected to cold working before the nitriding or nitrocarburizing process is carried out.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung einer metallischen Oberfläche und dessen Verwendung nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.The The invention relates to a method for treating a metallic surface and its use according to the preamble of the independent claims.
Es ist bekannt, metallische Oberflächen mittels Nitrier- oder Nitrocarburierverfahren zu härten. Die Härtung beruht auf einer Diffusion von Stickstoff beispielsweise in den Stahl der zu behandelnden metallischen Oberfläche. Dabei kommt es zur Einlagerung von Stickstoff auf Zwischengitterplätze und Bildung von Nitriden sowie zur Stickstoffanlagerung an Carbide unter Bildung von Carbonitriden. Durch die Nitrierung werden harte Oberflächenschichten erzeugt, wodurch die Härte, der Verschleißwiderstand und die Dauerfestigkeit der metallischen Oberfläche erhöht werden.It is known, metallic surfaces harden by nitriding or Nitrocarburierverfahren. The hardening is based on a diffusion of nitrogen, for example in the Steel of the metallic surface to be treated. This leads to storage from nitrogen to interstitials and formation of nitrides and for nitrogen attachment to carbides to form carbonitrides. Nitriding produces hard surface layers, resulting in the hardness, the wear resistance and the fatigue strength of the metallic surface can be increased.
Eine
erste Möglichkeit
zur Nitrierung metallischer Ohrflächen besteht darin, die entsprechend Oberfläche einem
sogenannten Gasnitrieren zu unterziehen. Ein derartiges Verfahren
ist beispielsweise der
Eine
weitere Möglichkeit
zur Nitrierung metallischer Oberflächen stellt die sogenannte
Plasmanitrierung dar. Hierbei wird das Werkstück bei einer erhöhten Temperatur
einem Gasgemisch ausgesetzt, wobei die Nitrierung durch Einwirkung
eines Plasmas unterstützt
wird. Ein solches Verfahren ist beispielsweise der
Nitrierte Bauteiloberflächen sind jedoch aufgrund ihrer Schichtcharakteristik und Härte nach einer Nitrierbehandlung nur eingeschränkt mechanisch bearbeitbar. Zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit wird beim Nitrieren häufig eine partielle Wärmebehandlung durchgeführt. Dabei werden Bereiche, die zu einem späteren Zeitpunkt mechanisch bearbeitet und somit nicht nitriert werden sollen, lokal abgedeckt. Dies erfolgt beispielsweise beim Gasnitrieren durch den vorherigen Auftrag entsprechender Pasten, wodurch eine Wechselwirkung der stickstoffhaltigen Atmosphäre mit den abgedeckten Oberflächenbereichen verhindert wird. Bei der Plasmanitrierung wird eine Maskierung der nicht zu nitrierenden Oberflächenbereiche vorgenommen, wodurch das Auftreten eines Glimmsaumes an der maskierten Bauteiloberfläche vermieden und somit die Erzeugung reaktiven Stickstoffs verhindert wird.nitrided component surfaces However, due to their layer characteristics and hardness after a nitriding treatment only limited mechanical machinability. In order to improve processability, nitriding often produces a partial heat treatment carried out. This will be areas that become mechanical at a later date processed and thus should not be nitrated, covered locally. This is done, for example, in gas nitriding by the previous one Order appropriate pastes, creating an interaction of nitrogenous the atmosphere with the covered surface areas is prevented. In plasma nitriding, a masking of the non-nitriding surface areas made, whereby the occurrence of a Glimmsaumes at the masked component surface avoided and thus prevents the generation of reactive nitrogen becomes.
Beide Methoden zu Abdeckung nicht zu nitrierender Oberflächenbereiche sind jedoch auf kleine Oberflächenbereiche beschränkt und es können insbesondere beim Plasmanitrieren nur Bereiche mit geringer geometrischer Komplexität wirkungsvoll maskiert werden.Both Methods for covering non-nitriding surface areas are however on small surface areas limited and it can especially in plasma nitriding only areas with low geometric complexity be effectively masked.
Aus
der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Behandlung metallischer Oberflächen bereitzustellen, bei dem während der Durchführung eines Nitrier- oder Nitrocarburierverfahrens ein Nitrieren bzw. Nitrocarburieren vorbestimmter Oberflächenbereiche verhindert wird.task The present invention is a method of treatment metallic surfaces to provide during which the implementation nitriding or nitrocarburizing a nitriding or Nitrocarburieren predetermined surface areas is prevented.
Vorteile der ErfindungAdvantages of invention
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass auf einfache und kostengünstige Weise bestimmte Bereiche einer zu nitrierenden Oberfläche dem Einwirken einer Nitrier- oder Nitrocarburierbehandlung wirkungsvoll entzogen werden können, sodass diese einer späteren mechanischen Weiterverarbeitung zugänglich sind. Dazu werden diejenigen Bereiche der metallischen Oberfläche, die nicht nitriert oder nitrocarburiert werde sollen, vor der Durchführung des Nitrier- oder Nitrocarburierverfahrens einer Kaltverformung unterzogen.The inventive method with the characterizing features of claim 1 has the advantage that in a simple and cost effective way certain areas of a surface to be nitrided the action of a nitrating or Nitrocarburierbehandlung can be effectively removed, so that this one later mechanical processing are accessible. These are the ones Areas of the metallic surface, which should not be nitrided or nitrocarburised before the implementation of the Nitriding or Nitrocarburierverfahrens subjected to cold working.
Die so vorbehandelten Oberflächenbereiche können danach ohne eine weitere Abdeckung sowohl einer Gas- als auch einer Plasmanitrierung unterzogen werden. Dies ermöglicht die partielle Behandlung auch von Bauteiloberflächen mit hoher geometrischer Komplexität. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine Kaltverformung leicht automatisierbar und somit kostengünstig durchgeführt werden kann. Darüber hinaus wird eine Verschmutzung der Bauteile bzw. Ofenanlagen durch Pastenrückstände verhindert.The pretreated surface areas can thereafter without further coverage of both gas and plasma nitriding be subjected. this makes possible the partial treatment also of component surfaces with high geometric Complexity. Another advantage is that cold working is easy can be automated and thus carried out inexpensively. About that In addition, a pollution of the components or furnace systems by Paste residues prevented.
Mit den in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen möglich.With in the subclaims listed activities Advantageous developments are possible.
So ist es von Vorteil, wenn als Kaltverformung ein Kugelstrahlen, Prägen oder Überwalzen erfolgt, da diese Kaltverformungsverfahren wirkungsvoll sind und dennoch einfach durchgeführt werden können.So it is advantageous if as cold deformation Shot peening, embossing or rolling over is done since these cold working methods are effective and yet easy to perform.
Zeichnungdrawing
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
Ausführungsbeispielembodiment
In
Eine
Härteverteilung
der kaltverformten Bereiche
Zum
Vergleich ist in
In
Die
Nitrierung der Bauteiloberfläche
kann bspw. durch Gasnitrieren erfolgen, wobei das Bauteil bei höheren Temperaturen
einer Atmosphäre
ausgesetzt wird, die Stickstoff oder eine stickstoffhaltige Verbindung
wie Ammoniak enthält,
und zusätzlich sauerstoffhaltige
Verbindungen wie Sauerstoff oder Wasser enthalten kann. Das Gasnitrieren
kann beispielsweise so durchgeführt
werden, wie es der
Vorzugsweise erfolgt die Nitrierung der Bauteiloberfläche jedoch mittels eines Plasmanitrierverfahrens. Der Nitrierprozess erfolgt dabei bei einem Unterdruck von 250 Pa in einer Gasatmosphäre, die 30 bis 40 Vol.% Stickstoff, 15 bis 25 Vol.% Wasserstoff, 15 bis 25 Vol.% Argon und 25 bis 35 Vol.% Methan enthält. Als Prozesstemperatur wird eine Temperatur von 350 bis 450 °C gewählt, die Nitrierdauer beträgt ungefähr 24 Stunden. Die eingestellte elektrische Spannung liegt zwischen 400 und 600 Volt, wobei vorzugsweise eine gepulste Wechselspannung verwendet wird, die ein Puls-/Pausenverhältnis von 1:1 bis 1:3 aufweist.Preferably However, the nitriding of the component surface is done by means of a plasma nitriding process. The nitriding process takes place at a negative pressure of 250 Pa in a gas atmosphere, the 30 to 40 vol.% nitrogen, 15 to 25 vol.% hydrogen, 15 to 25% by volume of argon and 25 to 35% by volume of methane. When Process temperature is selected a temperature of 350 to 450 ° C, the Nitrierdauer amounts approximately 24 hours. The set voltage is between 400 and 600 volts, preferably using a pulsed AC voltage which is a pulse / pause ratio from 1: 1 to 1: 3.
Dem Nitrierprozess bzw. der Kaltverformung kann optional eine Wärmebehandlung der zu nitrierenden Werkstückoberfläche vorangehen, die als sogenanntes Anlassen bezeichnet wird. Weiterhin werden die zu nitrierenden Werkstücke einer Reinigungsbehandlung, bspw. durch Behandlung mit alkalisch-wässrigen Reinigungsmitteln oder Reinigungsmitteln auf Alkoholbasis, unterzogen. Insbesondere bei der Plasmanitrierung kann weiterhin eine Feinreinigung der Werkstückoberfläche durch Sputtern in einem Wasserstoff- bzw. Wasserstoff-Argon-Plasma vor der eigentlichen Plasmanitrierung erfolgen.the Nitriding process or cold deformation can optionally be a heat treatment precede the workpiece surface to be nitrided, which is referred to as so-called tempering. Furthermore, the to nitriding workpieces a cleaning treatment, for example by treatment with alkaline-aqueous Detergents or alcohol-based cleaners. In particular, in the plasma nitriding can continue to fine cleaning the workpiece surface through Sputtering in a hydrogen or hydrogen-argon plasma before the actual plasma nitration done.
An den Nitrierprozess kann sich darüber hinaus eine Nachbehandlung der nitrierten bzw. teilnitrierten Bauteile anschließen. Diese Nachbehandlung kann in Form einer mechanischen Nachbearbeitung beispielsweise durch Mikrostrukturierung des Werkstücks erfolgen.In addition, the nitriding process can be followed by aftertreatment of the nitrided or partially nitrided components. This post-treatment can take the form of a mechanical post-processing, for example by microstructuring the work pieces are made.
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