DE1933684A1

DE1933684A1 - Verfahren zur Herstellung von Passungen mit UEbermass

Info

Publication number: DE1933684A1
Application number: DE19691933684
Authority: DE
Inventors: Kast Howard Berdolt
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-07-05
Filing date: 1969-07-03
Publication date: 1970-01-08
Also published as: FR2012366A1; US3579805A; BE735647A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung einer Passung mit Übermaß zwischen Metallteilen und im besonderen ein Verfahren, bei dem mindestens einer der Teile aus einer Metall-Legierung ist, die bei einer Wärmebehandlung ihre Abmessungen ändert und bei der mindestens ein Teil der Änderung der Abmessungen im wesentlichen permanent ist„

Die Ausbildung von Passungen mit Übermaß zwischen Metallteilen ist eine seit vielen Jahren ausgeübte Technik, Es gibt eine Anzahl von in breitem Maße angewandten Standardmethoden, die allgemein angenommen worden sind. In der Hauptsache beinhalten diese Methoden die Bearbeitung eines inneren Bauteiles in der Weise, daß

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es eine geringfügig größere Abmessung aufweist als dem Innendurchmesser eines äußeren Bauteiles entspricht, Dann wird entweder das äußere Bauteil erhitzt oder das^r innere Bauteil abgekühlt, und die Teile werden zusammengefügt, um den Festsitz oder die Passung mit Übermaß zu bewirken. Insbesondere bei dem Verfahren, bei dem das äußere Teil erhitzt wird, dehnt sich das Teil genüsrend aus, um die Einfügung des inneren Bauteiles zu'ere statten und kühlt dann ab und schrumpft so zusammen, daß es sich fest an, das innere Teil anlegt. Bei einer anderen Technik wird das innere Teil genügend stark abgekühlt, um es zur Schrumpfung auf eine solche Größe zu veranlassen, so daß es leicht in das Innere- des äußeren Teiles eingebracht werden kann. Wenn das innere Teil anschließend auf Umgebungstemperatur zurückkehrt, wird es zum Ausdehnen veranlasst, und es legt sich, fest an das äußere Teil an.

In einem ähnlichen bekannten Verfahren kann das innere Teil abgekühlt werden und das äußere Teil gleichzeitig erwärmt werden. "Daher zieht sich das innere Teil zusammenfahrend das äußere Teil sich ausdehnt. "Die Teile werden zusammengebracht, das innere Teil wird in das äußere eingefügt, und dann läßt man einen Ausgleich der Temperatur der ganzen Anordnung folgen. Beim Temperaiurausgleich dehnt sich das innere Bauteiljaus und das "äußere Teil<zieht sich zusammen und dadurch wird die Passung mit Übermaß oder der Pestsitz bewirkt .

Die vorbeschriebenen bekannten Verfahren haben gewisse ernsthafte Wachteile, obwohl sie in einem weiten Bereich anwendbar sind. Zunächst kommt es darauf an, daß die Zusammenfügung der Teile, schnell erfolgt, da die Teile ineinandergefügt werden, während mindestens ein Teil sich in dem ausgedehnten oder geschrumpften Zustand befindet

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und man sichergehen muß, daß sie sich in/Ihrer richtigen gegenseitigen Tage befinden, wenn die erwartete Rückkehr zu den ursprünglichen Abmessungen eintritt, iüs besteht daher eine ernsthafte Gefahr, daß kostspielige Teile zusammengeschrumpft werden, bevor sie inlhre richtige Lage zueinander gebracht werden können. Ein weiterer ernsthafter Nachteil dieser Verfahren besteht darin, daß ,jeder der Bauteile verschiedenen Temperaturbedingungen unterworfen wird und daß damit Stressspannungen in ,-jedem Teil zurückbleiben und sich letzten Wndes in der ranzen Anordnung bemerkbar machen.

Um diesen Nachteilen zu begegnen, wurden Verfahren entwickelt, bei denen beide Teile gleichzeitig erhitzt oder abgekühlt wurden, um damit das Srannunersproblem zu be- ■ heben, und bei denen das Zusammenfügen der Teile vor genommen werden konnte, während sich ,jedes Teil auf Raumtemperatur befand. Auf diese Weise wurde das Problem des falschen Zusammenschrumpfens beseitigt. Diese neueren Techniken beruhten zum größten Teil auf der charakteristischen Eigenschaft mehrerer Ferrolegierungen, daß beim Abkühlen der Legierung auf Temperaturen unter 0° C, insbesondere etwa - 45° C bis-7*° G (-50° bis -10C⁰ F), eine Ausdehnung der Legierung verursacht und daß diese Ausdehnung weiter bestand, wenndie legierung auf normale Temperaturen gebracht wurde. Nach dem bekannten Stand der* Technik kaim das innere. Teil aus dieser Ferrolegierung gebildet werden, während das äußere Teil aus einem Metall hergestellt wird, das die üblichen Dehnungseigenschaften aufweist. Der innere Durchmesser des äußerer. Teiles wird auf eine Abmessung bearbeitet, die größer ist als der äußere Durchmesser des inneren Teils, und die Bauteile werden relativ zueinander in der gewünschten Anordnung zusammengefügt. Das innere und das äußere Teil wer-

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den dann zusammen auf Temperaturen unterhalb 0° C abgekühlt, worauf das innere Bauteil sich bleibend ausdehnt, während das äußere Bauteil sich zeitweilig zusammenzieht. Bei der anschließenden Rückführung auf Normaltemperaturen kehrt das, äußere Bauteil zu seiner ursprünglichen Abmessung zurück. Die bleibende Dehnung d-es inneren Teils ,jedoch verursacht die Passung mit Übermaß.

Win weiteres Verfahren verwendet das "Einfrier-Frinzip". Dieses Verfahren baut auf den in den bekannten Verfahren enthaltenen Vorteilen auf« Es gestattet jedoch zusätzlich dazu die Verwendung ähnlicher Legierungen sowohl für das innere als auch das äußere Teil. Nach diesem Verfahren . werden beide Teile aus einer Legierung gebildet, die sich beim Abkühlen ausdehnt und bei der Rückführung auf normale Temperatur die gedehnten Abmessungen beibehält. Das · äußere Teil wird vorgedehnt, indem man es Temperaturen unter 0° aussetzt, um seine Abmessungen zu vergrößern. Die Bohrung in dem äußeren Teil und der Außendurchmesser des inneren ^φβϋΞ werden dann so eingerichtet, daß das innere Teil mit einem relativ geringen Spiel in die Bohrung passt. Die e-anze Anordnung· wird dann Temperaturen unter 0° ausgesetzt. Dq das vorsredehnte äußere Teil sich bereits auf seinen gedehnten Abmessungen befindet, tritt keine weitere Änderung in der Größe der Bohrung ein. Das innere Teil dehnt sich .iedoch bei den niedrigen Temperaturen aus und bildet dadurch den Festsitz.

Obwohl scheinbar -""iele der Nachteile des bekannten Standes der Technik durch diese letztbeschriebenen Verfahren überwunden wurden, wurde herausgefunden, daß die Ausbildung von Passungen mit fibermaß bei den durch diese Verfahren erforderlichen niedrigen Temperaturen unerwünscht ist. Dies ist besonders deswegen der Fall, weil die Be-

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handlung bei niederen Temperaturen leicht Spannungsrisse infolge der niedrigen Duktilität der Bauteile mit sich bringt. Zusätzlich dazu müssen die bei niedrigen Temperaturen behandelten Anordnungen anschließend einer Wärmebehandlung bei erhöhten Temperaturen vor ihrer Verwendung unterzogen werden, umdie Spannungen zu-beseitigen und unfeine Ausseheidungshärtung zu erhalten.

ürfindungsgemäß ergab sich die Aufgabe, ein Verfahren zur Ausbildung von Festsitzen zwischen ineinanderpassenden Bauteilen zu liefern, bei dem die Änderung derAbmessungen der Bauteile durch War mebehandlung bei erhöhten Temperaturen herbeigeführt wird.

Mindestens eines der Bauteile wird aus einer durch Ausscheidungshärtung härtbaren Legierung hergestellt, die bei der Wärmebehandlung eine beträchtliche irreversible Änderung derAbmessungen zusammen mit einer reversiblen Änderung der Abmessungen erleidet. Unter wesentlicher irreversibler Änderung der Abmessungen/ist zu verstehen, daß bei der Wärmebehandlung die Legierung in Abhängig-« keit ihrer Eigenschaften sich entweder ausdehnt oder sich zusammenzieht und daß die Ausdehnung oder Schrump-» frmg nicht wieder beseitigt werden kann, d. h, die ursprünglichen Abmessungen sind nicht wieder erreichbar außer durch Erhitzung der Legierung oberhalb ihrer Lösungsglühtemperatur .

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein irreversibler Festsitz dadurch hergestellt, daß ,jedes Teil aus der durch Ausscheidungshärt-ung härtbaren Legierung hergestellt wird, eines der Bauteile einer Wärmebehandlung zur Ausscheidungshärtung zwecks Änderung der Abmessungen unterworfen wird, die Teile■ zusammen^-

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baut werden und dann die ganze .Anordnung einer ähnlichen Wärmebehandlung zur Ausscheidungshärtung unterworfen wird, um die Abmessung des zuvor noch nicht behandelten Bauteiles zu ändern und den Festsitz auszubilden. Das vorher behandelte Bauteil bleibt während der Wärmebehandlung der ganzen Anordnung unverändert. Da die Bauteile aus der gleichen legierung hergestellt sind, ist der Festsitz irreversibel, da jedes Bauteil unabhängig von den Temperaturbedingungen, denen sie ausgesetzt werden, sich in genau der gleichen Weise wie sein Gegenstück ausdehnen oder schrumpfen wird.

In einer anderen Ausführungform der Erfindung wird ein Festsitz dadurch hergestellt, daß nur eines der Bauteile aus der durch Ausscheidungshärtung härtbaren Legierung hergestellt wird und das andere Teil aus einer konventionellen Legierung, die bei der Wärmebehandlung nur eine reversible Dehnung oder Schrumpfung erleidet. Die Bauteile werden zusammengefügt und die Anordnung wird einer Wärmebehandlung zur Ausscheidungshärtung unterworfen, um in der durch Ausscheidungshärtung härtbaren Legierung eine im wesentlichen irreversible Änderung der Abmessungen zu verursachen und eine entsprechende Dehnung: bei der konventionellen Legierung· BeimAbkühlen behält die durch Ausscheidungshärtung härtbare Legierung den im wesentlichen irreversiblen Teil seiner Abmessungsänderung bei, uud die konventionelle Legierung kehrt zu ihrer ursprünglichen Größe zurück. Der Festsitz ist durch die im wesentlichen irreversible Änderung der Abmessungen der durch Ausscheidungs*härtung härtbaren Legierung bewirkt worden»Im Gegensatz zu dem irreversiblen Festsitz kann ,jedoch die Änderung der Abmessungen bei Erwärmung auf eine Temperatur oberhalb der Lösungsglühtemperatur der durch Ausscheidungshärtung härtbaren Legierung rückgängig ge-

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macht und die Bauteile können voneinander eretrennt werden.

Fig. 1 ist eine Teilansicht im Schnitt, weiche die relative Lage des inneren und äußerer. Teils vor dem Zusammenfügen zur Ausbildung: einer irreversiblen Fassung mit Übermaß zeigt.

Fig. 2 zeii?"t die zu einer Gesamtanordnung zusammengefügten Bauteile der Fig. 1,

Fig. *> zeigt einen Teil der Fip. 2 in stark übertriebener Parstel lune:, um das Spiel zwischen den Teilen zu zeigen^

Fig. 4 ist ein Teil schnitt., welcher die relative Tage der inneren und äußeren Teile vor dem Ineinanderfügen zur Ausbildung eines reversiblen Festsitzes darstellt, der unter Verwendung einer durch Aussehe!— dungsh^Hrtunß: härtbaren Ieecierunp- h°rs-estellt wird, die sich bei der Wärmebehandlung; zusammenzieht;

Fig. 5 ist ein Teil schnitt, der die relative Anordnung: der inneren und äußeren Teile vor dem Ineinanderfügen zur Ausbildung eines reversiblen ^restsitzes darstellt, der unter Verwendung einer durch Ausscheidungshärtune: härtbaren Legierung hergestellt. wird, die sich bei der V/ärmebehandlxincr ausdehnt.

Es folgt eine Beschreibung der bevorzugten *usführungsformen des erfindungemäßen Verfahrens. Bei derRerstellung der Festsitzpassuneren nach dem erfindunersgemäßen Verfahren werden mindestens eines der Bauteile und in einigen Fällen beide Bauteile aus einer durchAusscheidiunsshartunK härtbaren Legierung .gebildet, di« eine bleibende /"nderung der

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Abmessungen erleidet, wenn sie bei erhöhten Tempera-., türen einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Ki η β solche.· Änderung der Abmessungen erfolgt gleichmäßig längs aller Achsen der legierung; sie steht nicht- in Beziehung zu dem Wärmeausdehnungskoeffizienten und ist unabhängig von diesem. Ks ist fv'ne bekannte Eigenschaft der meisten durch Ausscheidungshärtung härtbaren legierungen, daß sie eine solche änderung der Abmessungen erfahren, entweder eine "Dehnung oder eine Schrumpfung, wenn sie von dem lösungsgeglühten und abgekühlten Zustand in den aussehen dungsgehMr+^etpn Zuband übergehen, rias Ausmaß und die Art dieser Änderung der Abmessungen schwankt von Legierung zu legierung υηΐ i.^fct abhängig von den Bedingungen der Wärme- * "behandlung. ^rie wichtigste eigenschaft im Zusammenhang mit dieser Art der Änderung der Abmessungen ist, daß die ''■ndeTingen im wesentlichen irreversibel sind, oder im wesentlichen permanent sind. ¹Ia die Legierung nach der Wärmebehandlung in ihren Abmessungen stabil ist, V°hrt ein aus der legierung hergestellter Gegenstand beim Abkühlen oder bei einer anderen Wärmebehandlung unterhalb der IÖEungsglühtemperatur der legierung nicht zu seinen ursprünglichen Abmessungen zurück» Dieses Verhalten unterscheidet sich grundlegend von dem Verhalten konventioneller lecierunger., die sich zwar bei der Erwärmung ausdehnen oder beim Abkühlen zusammenziehen, ,-jedoch zu ihren Ursprung-' liehen Abmessungen zurückkehren, wenn sie auf normale Temperaturen zurückgeführt werden.

Per Ausdruck "Ausscheidungshärtung" durch Wärmebehandlung, wie er hier verwendet wird, bedeutet eine konventionelle' 'vHrmebehandluns· mit an sich bekannten Verfahren bei Temperaturen und während eines Zeitraumes, welche unterhalb der Lösunffsglühtemreratur die gewünschte Abscheidung der härtenden Bestandteile herbeiführen. Diese Temperatur ^

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tfndert sich von legierung zu Legierung, sie besitzt ₍iedoch in allen Fällen einen Wert, der durch den Fachmann leicht festgestellt werden kann. Die Wärmebehandlung in dem Bereich oberhalb der für die Auslösung einer solchen Abscheidung erforderlichen Mindesttemperatur wird im allgemeinen das Ausmaß der Änderung der Abmessungen erhöhen. In vielen Fällen Jedoch, beispielsweise bei dem manchmal mit 17 - 4- PH bezeichneten rostfreien Stahl, wird die erhöhte Änderung der Abmessungen oberhalb einer besonderen Temperatur, bei der sich Austenit bildet, nur auf Kosten der Härte und Festigkeit erreicht. Daher erfordert die Wahl einer Temperatur für die Ausscheidungshärtung noch die Berücksichtigung der gewünschten Endeigenschaften neben der gewünschten Änderung der Abmessungen.

Beispiele für in derTechnik bekannte Legierungen,von denen bekannt ist, daß sie bei der Wärmebehandlung eine beträchtliche' permanente Änderung der Dimensionen erfahren, sind 17-7PH, 17-4-PH, PH15-7M, 15-5M und die hochlegierten Materialien auf Nickelbasis Inconel 718? Inconel X und Tnconel W.

TJm die vorteilhafte Eigenschaft dieser Legierungen, die eine wesentliche permanente Änderung der Abmessungen erfahren, auszunutzen, werden vorzugsweise die aus diesen Legierungen hergestellten Bauteile zunächst einem Lösungsglühen unterzogen. Ein Beispiel für eine typische Legierung ist rostfreier Stahl, Type 17-4-PH,der nominell aus 0,8 Gewichtsprozent Si, 16 Gew.-^ Cr, 4 Gew.-^ Ni₁...O,? Gew.»% Nb + Ta, 3$ Gu und dem Rest Eisen und Verunreinigungen besteht« Das Lösungsglühen dieser Legierung sollte bei einer Temperatur zwischen etwa 1024° C - 1052° C (1875 - 19^° F) eine Stunde Tang durchgeführt werden. Me Struktur-der Legierung bei dieser Temperabur bestehtvorviegend aus

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Austenit mit dem darin e-elösten härtenden Element:, d.h."

Kupfer. Im allgemeinen igt eine erenaue Überwachunsr des Lösunersglühens erv/ünscht, da Temperaturen, die zu niedrig sind, zu verringerter Dehnunsrs- und Zerreißfestigkeit und zu einer unvollständigen Lösung: der härtenden elemente führen, tibermäßig hohe Temperaturen verursachen ein übermäßiges Kornwachstum und ergeben niedrigere Dehnungsverformbarkeit und verringerte Schlagfestigkeit. Die lösungsgeglühte legierung wird dann in luft gekühlt oder in Ol abgeschreckt nach den bekannten Verfahren,um das Austenit in ^Martensit umzuwandeln. Das Martensit kann dann durch Altern oder durch Ausscheidung bei Temperaturen imPereich von etwa 482-⁰C - 621⁰C (900 11So - F) und vorzugsweise im Bereich von etwa 5^6 C - -593° C (1050 - -¹IOC⁰F) während, mindestens einer stunde sehärtet werden. In diesen Temperaturbereichen schrumpft derStahl 17-4PH merklich, wobei sich die im wesentlichen irreversiblen Schrumpfungen im Bereich von 0,001 0,0015 cm pro cm (0,0004 - 0,0006 Zoll pro ZoIlJ in Abhängigkeit von der Temperatur bewegen. Die Schrumpfung ist umso größer, je höher die Temperatur ist. Die Schrumpfung wird ebenfalls dadurch erhöht, daß das Material den Härtetemperaturen langer ausgesetzt wird.

Zum besseren Verständnis der Herstellung des Festsitzes dient die Fig. 1. Ein Teil 10 hat eine Bohrung I^ Tn.t einem inneren Durchmesser A. Ein inneres Bauteil/hat einen Außendurchmesser B« Die Teile sind so ausgelebt, daß sie durch Einfügen des inneren Teiles 14 in die Bohrung 15 des äußeren Teils 10, wie aus Fig. 2 ersichtlich, eine G-e samt anordnung 1S bilden.

In einer Aupfuhrunsrsform der tvrfindunff wird ein nichtr Festsitz· erzeugt, ^peide Teile 10 und 14 werden

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aus einer leerierunpc hergestellt, die durch Aussc.heidunpshärtuns· härtbar i?t und eine im wesentlichen irreversible Änderung: der Abmessungen erfährt. Diese ^eile 10 und 14 werden bei einer Temperatur oberhalb der I ösunp-sglühtemperatur der Tegierunf nach dem I ösunKserlühverfahren behandelt und auf normale Ump-ebuneistemperaturen abgekühlt, hei de Teile 1C und 14 sind dann für eine 'λ^rmebehandlung zur Ausschei duntishärtung voi bereitet, uir. :^;en vorteil der damit einher^ehenden Änderung· 1er Abmessungen wahrzunehmen.

Das Verfahren zur Herstellunr des ^ostsitzes hänert davon ab, ob die verwendete legierung sich bei der Wärmebehandlung ausdehnt oder schrumpft. A'enn es eine Schrumpflee"i erune: Is⁺", beispielsweise i^tahl 1^-4TU₁ d^nn kann das innere Teil nach den an sich beV^rmten Verfahren zur Änderung seiner Abmessungen einer -'usschei dunffshHrtune· unterzogen werder. Es ist besonders wünschenswert, ^aP die gesamte Wärmebehandlung in eine,m Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre durchgeführt wird, um Oxidation oder Korrosion zu verhindern. Per innere Durchmesser A des äußeren Teils IG wird so einiTeri^ht^t , wie es no^wendie ist, damit er gerade geringfügig erößer ist als deiT^.ußere Durchmesser E des bereits in seinen Abmessungen reänderten inneren Teiles 14. Wenn die bauteile "Ό und "'4 zur Herstellung einer Gesamtanordnune "¹^ zusamraeneefün-t werden, wie in der ?ig. * eezeifft, sollte das Spiel "a" zwischen den Teilen 10 und 14 kleiner sein als die erwartete im wesentlichen irreversible Schrumpfung des äußeren Teiles 10. Die genaue Größe des Spiels ist eine Ermessensfrage. Es ist klar, daß es umso leichter sein wird, die Teile 10 und 14 zusammenzufügen, pe größer das Spiel ist. Andererseits wird die erhaltene Passung mit Übermaß umso fester sein, je kleiner das Spiel ist. Die

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Gesamtanordnung 15, welche aus dem geschrumpften inneren Teil 14- in der Bohrung 15 des äußeren Teiles 10 besteht, wird dann einer Wärmebehandlung zur Ausscheidungs- ' härtung ähnlich der für das innere Teil 14- verwendeten Wärmebehandlung· unterzogen. Da das innere Teil 14- bereits vorgeschrumpft ist, werden sich seine Abmessungen nicht wesentlich irreversibel während dieser zweiten Härtebehandlung ändern. Das äußere Teil 10 Jedoch wird sich im wesentlichen irreversibel zusammenziehen, um den Festsitz und eine fest miteinander verbundene Gesamtanordnung 15 zu bilden.

In ähnlicher Weise kanneine irreversible Passung gebildet werden, wenn die gewählte legierung sich im wesentlichen irreversibel ausdehnt, wenn sie einer Wärmebehandlung zur Ausschei^ungshärtung unterzogen wird, beispiels-weise Stahl 17-7PH. In diesem Falle wird nach der Iösungsglühbehandlung das äußere Teil 10 durch Aussc.heidungshärtung behandelt, wobei es sich ausdehnt und seine Abmessungen permanent ändert. Die Durchmesser A und B werden dann so eingerichtet, daß die Teile 10 und 14- mit einem, geringen Spiel, wie zuvor erörtert, ineinandergefügt werden können. Die zusammgefügte Gesamtanordnung 15 besteht aus dem ausgedehnten äußeren Teil 10, das in seiner Bohrung 1? das innere Teil 14- enthält, wird dann einer Wärmebehandlung zur Ausscheidungshärtung unterworfen. Das vorher ausgedehnte äußere Teil 10 ändert während dieser Wärmebehandlung seine Abmessungen nicht irreversibel. Das innere Teil 14- .i ed och erleidet eine im wesentlichen irreversible Ausdehnung un3 bildet damit den Festsitz und eine fest miteinander verbundene Gesamtanordnung.

Die bisher beschriebenen fest zusammengefügten Gesamtan= Ordnungen, bei denen die Bauteile ,ieweils beide aus der durch Ausscheidungshärtung härtbaren Legierung gebildet

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werden, sind irreversibel miteinander verbunden. Die Einzelteile können nicht voneinander getrennt werden, weil bei beliebigen thermischen Bedingungen das innere und das äußere Teil die gleiche reversible Ausdehnung oder Schrumpfung erleiden. Sogar wenn die Gesamtanordnung oberhalb der Lösungsglühtemperatur der legierungen erhitzt wird, um die im wesentlichen permanente Änderung der Abmessungen wiederaufzuheben, wurden beide legierungen dazu neigen, in genau der gleichen Weise wieder ihre ursprünglichen Abmessungen einnehmen.

Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann, wie aus den Fig. 4- und 5 ersichtlich, ein reversibler Festsitz dadurch erhalten werden, daß nur eines der Bauteile aus der durch Ausscheidungshärtung härtbaren Legierung gebildet wird, die eine im wesentlichen permanente Änderung der-Abmessungen erfährt. Die andere Komponente wird bei dieser Ausführungsform aus einer konventionellen Legierung gebildet, welche sich bei Erwärmung ausdehnt, jedoch bei der Rückkehr auf normale Umgebungstemperaturen wieder ihre ursprünglichen Abmessungen einnimmt. Fig.M- zeigt die Bildung eines reversiblen Festsitzes durch die Bauteile mit einer Schrumpflegierung. Das äußere Teilt? wird aus der durch Ausscheidungshärtung härtbaren Legierung gebildet, und das innere Teil 19 wird aus einer konventionellen Legierung gebildet. Zur' Ausbildung des Festsitzes wird das äußere Teil 17 zuerst einem Lösungsglühverfahren unterworfen und abgekühlt, die Teile 1? und 19 werden ineinandergefügt, wobei das innere Teil· 19 sich in der Bohrung · 18 des äußeren Teils 17 befindet* Zwischen dem inneren Durchmesser C des äußeren Teils 17 und dem äußeren Durchmesser T des inneren Teils 19 ist ein geringes Spiel vorgesehen, und die Gesamtanordnung wird, vorzugsweise in einer inerten Atmosphäre, einer Wärmebehandlung zur Ausscheidungshärtung unterzogen. Während

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der Hochtemperaturbehandlung schrumpft das äußere Teil 17 im wesentlichen permanent infolge der metallurgischen Veränderung und dehrt sich infolge der Wärmedehnung. Das innere Teil 19, das aus konventioneller Legierung hergestellt ist, dehnt sich lediglich aus. Bei der Abkühlung behält das äußere Teil 17 einen Teil der Änderung seiner Abmessungen bei, das innere Teil 19 ,jedoch kehrt zu der Abmessung vor der Wärmebehandlung zurück. Wenn das Spiel ursprünglich richtig gewählt worden ist, wird die im wesentlichen permanente Schrumpfung ausreichend sein, um den Festsitz zu bewirken.

Dieser Festsitz ist im Gegensatz zu den zuvor erörterten reversibel. Dies gilt deswegen, weil die Teile aus ungleichartig-en Leeierungen gebildet sind und jede Tegierung auf Wärmebehandlung verschieden ansprechen wird. Wenn beispielsweise die Gesämtanordnung oberhalb der Lösungsglühtemperatur geglüht wird, dann wird die im wesentlichen permanente Änderung der Abmessungen des äußeren Teils beseitigt, die Schrumpfung wird beseitigt und die Teile können getrennt werden. Da die Trennung solche extremen Temperaturen erfordert, ist die Anordnung brauchbar bei Anwendungen in einem sehr breiten Temperaturbereich ohne Gefahr zu laufen, daß die Teile durch Zufall oder unbeabsichtigt sich voneinander lösen..

Mn weiteres Verfahren zur Ausbildung eines reversiblen Festsitzes kann anhand der Fig· 5 erläutert werden. Dort besteht das innere Teil 22 aus einer durch Ausscheidungshärtung härtbaren Legierung, welches sich bei der Wärmebehandlung ausdehnt, und das äußere Teil 20 besteht aus einer konventionellen Legierung. Der Festsitz wird dadurch hergestellt, daß das innere Teil 22 einer Lösungsglühbehandlung unterzogen und abgekühlt wird, das innere

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Bauteil dann in die Bohrung 21 des äußeren Teils 20 mit einem geringen Spiel zwischen dem inneren Durchmesser ü und dem äußeren Durchmesser F eingefügt wird. Wenn die zusammengefügte Gesamtanordnung einer Wärmebehandlung zur Ausscheidunershärtung unterworfen wird, dehnt sich das innere Teil 22 aufgrund der Wärmedehnung plus der metallurgischen Veränderungen im wesentlichen permanent aus, während das äußere Teil 20 sich ebenfalls aufgrund der Wärmedehnung ausdehnt. ^Rei der Abkühlung: nimmt das äußere Teil 20 wieder seine Abmessungen vor der Wärmebehandlung ein, und der Festsitz wird in einer ähnlichen Weise wie im Fusammenhanf mit FiP^-. 4 beschrieben, bewirkt. Bei allen zur Herstellung des Festsitzes nach dem erfindunftsgemäßen Verfahren beschriebenen Techniken besteht ein Hauptvorteil darin,.daß die Hauteile zur Herstellung der Gesamtanordnuntz: ineinandergefügt werden, während s^e sich auf normalen Umgebungstemperaturen befinden. Dies beseitigt die mit dem Festschrumpfen und dem Zeitdruck bei der schnellen Ineinanderfüpung der Teile verbundenen Probleme. In jedem Falle jedoch unterliegt der Verfahrensschritt de? Ineinanderpasseng der Bauteile der Beschränkung, daß zwischen dem äußeren Durchmesser des inneren ^Teils und dem inneren Durchmesser des äußeren Teils ein frerineres Spiel vorhanden sein muß. Unter keinen Umständen sollte das Spiel die verbleibende "esamtänderune; der Abmessungen übersteigen, da in einem solchen Falle kein Festsitz gebildet wird. -

folgenden Beispiele di?r.en_zur Frlputerunf der vorliegenden Erfindung.

Beispiel ι

Es wurde ein irreversibler Festsitz gebildet, in dem die

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inneren und äußeren Teile aus rostfreiem Stahl Typ 17-4-PH hergestellt wurden und etwa 1 Stunde lang bei etwa 104-0° C (1900° F) einer Lösungsglühbehandlung unterzogen wurden und die Bauteile dann mit Luft auf Zimmertemperatur abgekühlt wurden.Das innere Bauteil wurde etwa eine Stunde lang bei etwa 580° C (1075° F) einer Wärmebehandlung zur Ausscheidungshärtung unterzogen, um das Teil zur Schrumpfung zu veranlassen. Das innere Teil wurde in die Bohrung des äußeren Teils mit einem geringen Rpiel von etwa 0,0075 mm (0,0003 Zoll) eingefügt. Me ganze Anordnung wurde etwa eine Stunde lang bei etwa 580° C (1075° F) einer Wärmebehandlung zur Ausscheidungshärtung unterzogen. Alle Wärmebehandlungen wurden in einer Argon-Atmosphäre durchgeführt. Die erhaltene fest miteinander verbundene Gesamtano^dnung wurde durch Anwendung einer Kraft von etwa 2000 kg (44001bs.) geprüft und es wurde versucht, die Teile voneinander zu trennen. Der Festsitz widerstand der angewendeten Kraft, ohne daß sich dabei eine Bewegung der Teile gegeneinander ergab.

Beispiel 2

Ein reversibler Festsitz wurde dadurch gebildet, daß ein äußeres Teilaus rostfreiem Stahl 17-WH und ein inne res Teil aus Werkzeugstahl M2 verwendet wurde. Das äußere Teil wurde eine Stunde lang bei etwa 1040° C (1900° F einer Lösunersglühbehandlung unterzogen und mit Luft auf Ziimnertenroeratur abgekühlt. Das innere Teil wurde in die Bohrung des erefflühten äußeren Teils eingefügt und die zusammengefügte Gesamtanordnung wurde ungefähr eine Stunde lang bei etwa 580° C (1075° F) einer Wärmebehandlung unterzogen. Alle Wärmebehandlungen wurden in einer Argon-Atmosphäre durchgeführt.

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Die fest miteinander verbundene Gesamtanordnung wurde mit einer Kraft von etwa 2000 kg (4-4-00 lbs) geprüft, und es wurde keine Bewegung der Teile gegeneinander festgestellt, was darauf hindeutete, daß sich ein Pestsitz gebildet hatte.

Um den reversiblen Charakter des Festsitzes zu untersuchen, wurde die Gesamtanordnung etwa 1 Stunde lang bei etwa 1040° O (1900° F) einer Lösungsglühbehandlung unterworfen. Es wurde lediglich eine Kraft von etwa 300 kg (695 lbs) benötigt, um die Trennung auszulösen, und danach konnten die Teile leicht getrennt werden, was darauf hinwies, daß das Glühen die Schrumpfung des äußeren Teils aufgehoben hatte.

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Claims

Patentansprüche

/l.JVerfahren zur Ausbildung eines Festsitzes oder einer Passung mit Übermaß zwischen einer Vielzahl von metallischen, zur Ineinanderfügung eingerichteten Bauteilen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte· Herstellung mindestens eines dieser metallischen Bauteile, (10, 14, 17, 19, 20, 22) aus einer durch Ausscheidungshärtung härtbaren Legierung, die bei Wärmebehandlung eine im wesentlichen irreversible Änderung der Abmessungen erfährt, Zusammenfügung der Bauteile zur Herstellung einer Gesamtanordnung (15) und Wärmebehandlung der Anordnung in einem Temperaturbereich zwischen etwa 480 - 62O°C (900° - 1150°F) zur Ausscheidungshärtung, welche die im wesentlichen irreversible Änderung der Abmessungen verursacht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein irreversibler Festsitz zwischen einem inneren und einem äußeren Bauteil (10, 14), die aus einer durch Ausscheidungshärtung härtbaren Legierung bestehen, hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Bauteile vor dem Zusammenfügen bei einer Tempemtur oberhalb der Lösungsglühtemperatur der Legierung einer Lösungsglühbehandlung unterzogen werden und abgekühlt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Dimension in einer Schrumpfung besteht und daß das innere

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Teil nach der Lösungsglühbehandlung einer Wärmebehandlung zur Ausscheidungshärtung; unterzogen wird, bevor es in das äußere Fauteil eingefügt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Änderung der Abmessungen eine Dehnung ist, und daß das äußere Teil nach der Lösungsglühbehandlunp einer wärmebehandlung zur Ausscheidungshärtung unterzogen wird und dann das innere Teil einprefüprt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Bauteile aus einem inneren und einem äußeren Teil bestehen und eines dieser beiden Teile aus einer durch Ausscheidungshärtung härtbaren legierung gebildet ist und der andere Teil aus-einer konventionellen Legierung gebildet ist und daß die beiden Teile zu einem reversiblen Festsitz verbunden werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Teil, das aus einer durch Ausscheidungshärtung härtbaren Legierung eebildet ist, bei einer Temperatur oberhalb der Lösunpselühtemreratur di eser Legierung einer Iösunecsglühbehandlung unterzogen wird und cVann vor dem /zusammenfügen der abgekühlt wir,d·

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