Die Erfindung betrifft ein Textilwerkzeug, insbesondere eine Nadel, wie zum Beispiel eine Filznadel, eine Nähnadel, eine Tuftingnadel, eine Wirknadel, eine Stricknadel, ein Messer, eine Feder, eine Platine, einen Schlingengreifer, oder dergleichen. Solche Textilwerkzeuge werden zum maschinellen Herstellen oder Verarbeiten von Textilien eingesetzt.
Textilwerkzeuge, insbesondere Nadeln, werden typischerweise aus Kohlenstoffstahl hergestellt und bedarfsweise gehärtet. Zum Beispiel offenbart die
Die
Aus der
Prinzipiell ist es auch bekannt, chromhaltige Stähle durch Aufkohlung zu härten. Dazu sehen zum Beispiel die
Schließlich ist aus der
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 Schlingenaufnahme 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 Textilwerkzeugs 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 Textilwerkzeug. Beispielsweise kann es bei einer Nähnadel angestrebt werden, den Öhrbereich durch und durch zu härten, während der sich anschließende, nicht mit dem Faden in Berührung kommende Schaftteil lediglich oberflächengehärtet sein soll. Es können somit an verschiedenen Stellen der Oberfläche des Textilwerkzeugs verschiedene Härtetiefen gewünscht sein. Darüber hinaus können an verschiedenen Stellen dieser Oberfläche verschiedene Härteverläufe in der Tiefenrichtung des Textilwerkzeugs gewünscht sein.
Außerdem unterliegt das Textilwerkzeug einer großen 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
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Konzept anzugeben, das diesen Anforderungen genügt.
Diese Aufgabe wird mit dem Textilwerkzeug nach Anspruch 1 und auch mit dem Verfahren nach Anspruch 10 gelöst:
Das erfindungsgemäße Textilwerkzeug weist einen Werkzeugkörper d.h. einen Grundkörper auf, der aus einem Chromstahl besteht. Dieser bringt naturgemäß eine hohe Korrosionsfestigkeit mit sich. Sein Chromgehalt liegt im Bereich von 11 (vorzugsweise 12) bis 30 Gewichtsprozent. Vorzugsweise handelt es sich um eine Eisenbasislegierung. Der Gesamtkohlenstoffgehalt von mehr als 0,8 Prozent in zumindest einem Oberflächenabschnitt ermöglicht eine Härtung durch Martensitbildung. Damit lassen sich korrosionsträge Textilwerkzeuge mit hoher Härte und somit großer Verschleißfestigkeit bereitstellen.
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, der Aluminiumgehalt liegt aber unter 0,3 Gew.%, der Kupfergehalt unter 0,4 Gew.%. Der Stahl ist vorzugsweise nicht bewusst mit Aluminium und Kupfer 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 gesteuert werden.
Die Erfindung hat besondere Vorteile bei nicht schneidenden Textilwerkzeugen. Dies sind oft nichtschneidende Nadeln. Solche Nadeln können auch dazu ausgebildet sein, textile Materialien zu durchstechen, was bei Näh-, Filz und Tuftingnadeln der Fall ist.
Der Gesamtkohlenstoffgehalt umfasst den in den Karbiden und den in dem Metallraumgitter gebundenen Kohlenstoff, d.h. den insgesamt vorhandenen Kohlenstoff. Der Gesamtkohlenstoffgehalt kann unter anderem ermittelt werden, indem das Metall verdampft wird (Plasmabildung) und die Legierungsbestandteile 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 Arbeitsteil und/oder weist einen hohen Umformgrad auf, wie weiter unten detaillierter beschrieben ist.
Die Härtung lässt sich auf bestimmte Teilabschnitte (Arbeitsteil, Schaftteil) beschränken oder in verschiedenen Teilabschnitten unterschiedlich gestalten. Insbesondere ist es möglich, in unterschiedlichen Teilabschnitten des Textilwerkzeugs unterschiedliche Kohlenstoffgehalte 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 Kohlenstoffgehalt auch in oberflächenfernen, kernnahen Bereichen aufweist. Damit lassen sich unterschiedliche Materialeigenschaften im Schaftteil und im Arbeitsteil erzeugen. Durch die unterschiedlichen Kohlenstoffgehalte und/oder -Verteilungen in Schaft- und Arbeitsteil können diese der gleichen Wärmebehandlung unterliegen und dennoch unterschiedliche Eigenschaften ausbilden.
Das Material, das der Bildung des Grundkörpers zugrunde lag, ist vorzugsweise X10Cr13, X20Cr13, X46Cr13, X65Cr13, X6Cr17, X6CrNi18-10 oder X10CrNi18-8. Es ist von Vorteil, wenn Material, welches das Element Kohlenstoff noch in seiner Ausgangskonzentration enthält, noch im Grundkörper vorhanden ist. Allgemein liegt die Konzentration 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.
Vorzugsweise enthält der Grundkörper Einlagerungen von Chromkarbid. Diese können in einem Aufkohl-Prozess erzeugt worden sein. Damit sind in dem Grundmaterial des fertig hergestellten Textilwerkzeugs mehr Chromkarbide enthalten, 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 Kristalle, die voneinander durch geringe Abstände getrennt sind. Vorzugsweise sind benachbarte Kristalle miteinander nicht oder nur selten durch Schmelzbrücken verbunden.
Das vorhandene Chromkarbid bringt eine erhebliche Härte mit sich und wirkt deshalb einem Verschleiß der Oberfläche 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 (tiefer). Hierbei können sich im Zentrum des Textilwerkzeugs Abschnitte befinden, die nach wie vor die Gesamtkohlenstoffkonzentration des Ausgangsmaterials von vorzugsweise höchstens 0,3 Gew.% besitzen.
Allgemein kann die Diffusionstiefe des Kohlenstoffs 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 gesamte 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 Martensit voller Härte bestehen.
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 Gesamtkohlenstoffgehalt 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.
Der Grundkörper kann durchgehärtete ganz aus Martensit voller Härte bestehende Teilabschnitte und andere Teilabschnitte enthalten, die nur bereichsweise zum Beispiel in einem oberflächennahen Bereich Martensit voller Härte enthalten oder aus solchem bestehen. Er ist vorzugsweise insbesondere an seiner Oberfläche oxidfrei.
Vorzugsweise enthält der Grundkörper Teilabschnitte mit verschiedenen Geometrien und verschiedenen Umformgraden. 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 vorzugsweise 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 Kohlenstoffabnahme von der Oberfläche in den Körper hinein auf. Vorzugsweise hat der Grundkörper seine größte Härte in Teilabschnitten 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 bereitgestellt und/oder vergrößertem Oberflächen/VolumenVerhältnis. 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 Oberflächen/Volumen-Verhältnis schafft die Voraussetzung zur erhöhten Kohlenstoffaufnahme.
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 werden. 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 Werkzeugrohling 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.
Vorzugsweise wird ein Stahl eingesetzt, der kein oder nur wenig Nickel enthält. Der Nickelgehalt liegt aber jedenfalls unter 12%. Außerdem wird auf metallische Legierungsbestandteile verzichtet, die Ausscheidungshärtungsmechanismen fördern, wie z.B. Aluminium (max. 0,3 Gew.%), Kupfer (max. 0,4 Gew.%), Niob (max. 0,1 Gew.%).
Zum Härten des Werkzeugrohlings wird dieser einer Härtetemperatur ausgesetzt und danach abgeschreckt, wobei sich Martensit mit lokal unterschiedlicher Härte bildet.
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 Möglichkeit, 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 unerwünschte Effekte beim Abschrecken des Werkzeugrohlings unterdrückt.
Das Umformen des Werkzeugrohlings erfasst zumindest 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.
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 Werkzeugkörper eindiffundiert, sondern sich auch Karbide, insbesondere Chromkarbide, z.B. Cr23C6 aber auch Mischkarbide ME23C6 und andere bilden.
Vorzugsweise wird das Aufkohlen bei geringem Druck (wenige Millibar) und der Anwesenheit eines kohlenstofftragenden Gases, zum Beispiel eines Kohlenwasserstoffs, vorzugsweise Äthan, Äthen 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
Kostengünstiger sind jedoch atmosphärische Verfahren zum Aufkohlen des Werkzeugs. Bekannt ist hier unter anderem das Aufkohlen im Salzbad, wie es unter anderem in der
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.
Das Abschrecken kann eine oder mehrere Kühlschritte umfassen und an Teilen des Textilwerkzeugs oder an dem gesamten Textilwerkzeug einheitlich durchgeführt werden. Vorzugsweise gehört zum Abschrecken ein Tiefkühlen. Dieses kann mit flüssigem Stickstoff durchgeführt werden.
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 Kohlenstoffkonzentration im Stahl kann mit einem Kohlenstoff-Schwefel Analysator (CSA) bestimmt werden. Zur Messung wird eine Materialprobe bei hoher Temperatur (ca. 2000° C) geschmolzen, mit reinem Sauerstoff gespült und das entweichende CO2-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 Röntgenspektrum spektroskopisch gemessen wird, möglich.
Das Vorhandensein von Martensit bzw. von Karbiden kann durch Bewertung des Gefüges im Schliff nachgewiesen werden.
Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung oder Ansprüchen. Es zeigen:
In
Typischerweise weist ein Textilwerkzeug, gleich welcher Bauart, einen Arbeitsteil 14 auf, der mit den Fäden, 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.
Das Textilwerkzeug 10 wird vorzugsweise aus einem länglichen Materialzuschnitt, beispielsweise einem Drahtabschnitt, 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 Abschnitte entstehen, deren Oberflächen/Volumen-Verhältnis größer ist, als an anderen Bereichen.
In dem Arbeitsteil 14 ist das vorhandene Material normalerweise wesentlich stärker plastisch verformt worden als im Schaftteil 15. Außerdem kann das Oberflächen/Volumen-Verhältnis größer sein, als in anderen Bereichen. Dies betrifft sowohl die Durchmesserreduktion als auch nicht weiter veranschaulichte, am Arbeitsteil 15 angeordnete 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 stärker verformt worden als der Schaftteil 15. Insbesondere ihr Haken 19, der durch plastische Verformung hergestellt worden ist, zeichnet sich durch ein wesentlich stärkeres Fließen des Materials während der Herstellung aus, als es am Schaftteil 15 zu verzeichnen ist.
Diesen Umstand veranschaulicht
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 Textilwerkzeug 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 Abkühlgeschwindigkeit von Schaftteil 15 und Arbeitsteil 14 unterschiedliche Härteprofile ausbilden. Beispielsweise kann in dem Schaftteil 15 der Querschnitt 20 in einer äußeren oberflächennahen Zone 24 einen relativ hohen Kohlenstoffanteil und eine große Härte aufweisen, während eine oberflächenferne Kernzone 25 einen geringeren Kohlenstoffgehalt 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 oberflächenferne 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 oberflächennahen 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.
Vorzugsweise besteht das Textilwerkzeug 10 vor der Wärmebehandlung aus einem Chromstahl, zum Beispiel X10Cr13, X20Cr13, X46Cr13, X65Cr13, X6Cr17, X6CrNi18-10 oder X10CrNi18-8. Diese können nach der Wärmebehandlung zusätzlichen Kohlenstoff und Chromkarbide enthalten.
In
Außerhalb der Kerbe 26, insbesondere im Bereich der Spitze des Arbeitsteils, ist die Oberfläche vorzugsweise etwa wie aus
Zur besseren Verdeutlichung veranschaulicht
Die Filznadel 11 und allgemein ein Textilwerkzeug 10 mit einer gehärteten Oberflächenstruktur nach
Ein Vergleich der
Die Karbide in den
Die Aufkohlung des Werkzeugs kann folgendermaßen vorgenommen werden:
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 besteht. Unter Stahl wird hier eine Eisenbasislegierung verstanden. Bevorzugt besteht der Werkzeugrohling aus X10Cr13, X20Cr13, X46Cr13, X65Cr13, X6Cr17, X6CrNi18-8 oder X10CrNi18-8. Dieser Werkzeugrohling wird nun spanlosen und/oder spanabhebenden Umformprozessen unterzogen. Diese Umformprozesse umfassen mindestens im Arbeitsteil 14 plastische 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 Versetzungen 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.
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 Kohlenstoffaufnahme stattfindet.
In einem nachfolgenden Härteprozess wird vorzugsweise das gesamte Textilwerkzeug 10 auf eine Härtetemperatur gebracht.
In einem nachfolgenden Schritt wird das Textilwerkzeug 10 von der Härtetemperatur TH ausgehend abgeschreckt. Es wird dabei in einer oder mehreren Kühlstufen gearbeitet. Zum Beispiel kann das Textilwerkzeug 10 zunächst auf eine Abschrecktemperatur TQ abgekühlt werden, die zum Beispiel bei oder wenig oberhalb der Zimmertemperatur 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.
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 Kohlenstoffgehalts eine hohe Rostbeständigkeit erreicht. Es ergibt sich eine erhöhte Lebensdauer. Das Verfahren kommt ohne Oberflächenaktivierung aus. Infolge der Karbonisierung bei hoher Temperatur stören Passivschichten auf der Oberfläche des Textilwerkzeugs den Kohlenstoffeintrag nicht.
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.
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.