專利名稱：鋼絲圈和其生產方法
技術領域：
本發明涉及環錠紡紗或環錠捻線機械所用的鋼絲圈的生產方法和如權利要求書中第1項和第7項分別要求的鋼絲圈。
環錠紡紗和環錠捻線機的鋼絲圈在相應的環錠紡紗或環錠捻線機的環上以很高的轉速(30m/s到50m/s)運動。在鋼絲圈和環之間的接觸表面以及在鋼絲圈和線之間的接觸表面兩者都承受高強度的磨損。但是為了增加產量，需要鋼絲圈增加到更高的運行速度。通過獲得較長的使用壽命，同時也降低了成本。
最近幾年通過在這些鋼絲圈上涂覆適當的材料，已經有可能顯著地提高鋼絲圈的運行和工作性能。但是至今不能改進在引線通道處的耐磨性。
美國專利4,677,817公開了有陶瓷層的鋼絲圈，陶瓷層使鋼絲圈的硬度增大，耐熱性和耐蝕性提高。由于運行和工作性能改進，這種已知的鋼絲圈的操作成本顯著降低。但是，在生產方面相對高的費用對成本有負面的影響。
因此，本發明的目的是提供一種環錠紡紗或環錠捻線機用的鋼絲圈，一方面該圈有進一步改進的運行和工作性能，另一方面可以用較低的費用生產這種鋼絲圈。還詳細說明了生產這種鋼絲圈的方法。
通過有權利要求書中第1和第7項分別說明的特性的鋼絲圈和生產它的方法達到了這個目的。
按照本發明的鋼絲圈有由鐵材料組成的沒有涂覆的芯，如果合適，至少在所述的芯在環錠紡紗或環錠捻線機的圈上滑動的運行表面的區域內，或者所述的芯引導線的運行表面的區域內，有幾部分組成的滲氮的邊緣層。
如果合適，代替施加到芯上的層，例如陶瓷或磷酸鹽層，要用相當大的費用再機械加工，所述的芯至少部分地進行滲氮處理，在處理時對芯加熱和施加作為活性介質的滲氮劑。
已知在滲氮處理過程中會發生被處理材料的彈性大大降低和脆化。按照本發明通過控制滲氮劑的成分和通過適當選擇處理的時間，可以保持鋼絲圈的彈性，這種彈性對鋼絲圈可以連接到紡紗環上而沒有變形是非常重要的。
將芯加熱到450℃-600℃溫度的范圍內，最好接近于溫度550℃，并保持在所述溫度范圍3-60小時，最好約24小時。最好由NH3和N2成分組成的氣體、液體或等離子體的形式來施加滲氮劑。例如，不進行滲氮處理的區域要覆蓋。
鋼絲圈芯的滲氮邊緣層包括沒有附加擴散層的連接層，在內側徑向有附加擴散層的連接層或僅有擴散層。連接層最好其厚度為0.1μm-30μm和擴散層厚度為1μm-2000μm。
活性介質除了氮成分之外最好有硫成分和/或碳成分。通過混合硫成分和/或碳成分可以減小摩擦系數。同時如果需要可以調整連接層和擴散層的厚度。
當選用厚度小的連接層時芯表面的粗糙度僅有很小的變化。
在本發明優選的改進中，鋼絲圈的表面在滲氮處理之前和/或之后另外進行拋光。暴露在高化學強度下的鋼絲圈最好重新氧化。
在至今使用的由熱處理鋼制成的芯中，在滲氮處理中其尺寸僅發生可忽略不計的小變化。
按照本發明的鋼絲圈有顯著地改進的操作性能，特別是增加了圈的使用壽命和在引線通道增加抗刻痕力。在引線通道中有機械和/或化學負荷、起非常重要作用的抗刻痕力提高50％-200％，這使所處理的紗的質量得到改進。還有，依靠耐化學性的增加避免了因腐蝕性產品所造成紗的污染，在以前處理再生纖維和含氯纖維時曾發生這種污染。另外，由于良好的滑動性能，不需要或僅需要很小的纖維潤滑。
還有可以用較低的費用生產鋼絲圈和該鋼絲圈適合可能產生的各種需要。
按照本發明的鋼絲圈可以應用在紡紗廠和捻線廠。與鋼環配合能特別有利地實現它們良好的運行性能，如良好的滑動性和低的磨損，但是它們也可應用到其他環上，如燒結的，拋光的或涂覆的環。
下面將參考在純粹是示意性的附圖中表示的示范性實施方案，詳細解釋按照本發明的鋼絲圈，附圖有
圖1a-1f表示鋼絲圈的各種實施方案，圖2表示在處理鋼絲圈之前通過圈芯的剖面圖，圖3-5表示在按照本發明的處理之后通過鋼絲圈芯的剖面圖。
圖1a到1f表示已經在國際專利WO 99/49113中描述過的各實施方案中的鋼絲圈10a到10f。圖1a和1b表示C形鋼絲圈10a、10b，如通常用在環錠紡紗機或環錠捻線機T形凸緣的環上的鋼絲圈。相反，圖1c到1f表示耳形和鉤形的鋼絲圈10c到10f。鋼絲圈10c和10d用在傾斜凸緣環上，鋼絲圈10e用在成圓錐形運行的凸緣環上和鋼絲圈10f用在垂直運行的凸緣環上。
鋼絲圈10a到10f在操作時滑動在凸緣環上形成運行表面的那些區域在每個例子里都用1表示。在C形鋼絲圈10a、10b的例子里，由于它們對稱的結構兩個側面a，b都用作運行表面。在耳形或鉤形鋼絲圈10c到10f的例子里，運行表面區域1很清楚是由形狀決定。
按照本發明的鋼絲圈10或10a到10f可以用在圖1a到1f中表示的各實施方案或任何其他所需的實施方案生產。
按照本發明的鋼絲圈10有包含鐵材料的沒有涂覆的芯20，芯有滲氮區，至少在它滑動在環錠紡紗機或環錠捻線機的環上的運行表面的區域1，或者在導引線的區域中有滲氮區。導引線的通道在這些例子里位于鋼絲圈10a到10f中用4表示的那些區域。
為此，鋼絲圈10至少部分地進行滲氮處理，處理時對芯20加熱和加上作為活性介質的滲氮劑。為了在滲氮處理后獲得盡可能平滑的表面，最好在滲氮處理前對鋼絲圈10進行拋光。
芯20的基材最好是無合金或低合金的鋼，最好是滲氮鋼。最好選擇包含熱處理過的鋼的芯20，這樣在滲氮處理時其尺寸僅產生可忽略不計的小變化。還有芯20的基材最好包含形成氮化物的元素，如鉻、釩、鋁、鉬、錳和/或鎳。
除了選擇原材料(例如，熱處理過的鋼)之外，過程參數，例如溫度分布(傾斜上升的加熱分布，保持時間和保持溫度，傾斜下降的冷卻分布)和滲氮劑的成分都影響滲氮處理的結果。
在加熱爐中將芯加熱到450℃-600℃范圍的溫度，最好接近于550℃的溫度，并保持在所述溫度范圍內3-60小時，最好約24小時。可以用氣體、液體或等離子體的形式施加滲氮劑，最好滲氮劑包括NH3和N2成分，如果合適也可以有H2成分。在等離子體處理的情況下，處理時最好使用純的氮氣N2作為滲氮劑，在真空室中氮原子被離子化，離子化后它們被鋼絲圈10有相反極性的表面22吸引，并與鐵結合形成氮化鐵。
按照本發明處理的鋼絲圈10，在處理后最好有帶黑、藍、黃或白的光澤的表面22a。
除了氮成分之外，活性介質最好有硫的成分和/或碳的成分。結果是一方面可以減小摩擦系數，同時可以影響滲氮區的生成。
根據描述的滲氮處理，如果適當，在鋼絲圈10的芯20中形成幾部分組成的滲氮邊緣層，參考圖2到5詳細解釋形成的滲氮邊緣層。
圖2表示通過未處理的鋼絲圈10的芯20的剖面。很清楚在整個芯剖面上是沒有變化的基材21。
圖3表示通過已處理過的鋼絲圈10的芯20a的剖面，它有包括滲氮的基材的薄的邊緣層并稱為連接層23，在該層中發生實質上的擴散飽和。
圖4表示通過更高強度處理的鋼絲圈10的芯20b的剖面，它有連接層23和在連接層下面包括滲氮的基材的并稱為擴散層24的另一層。在擴散層24中含有濃縮氮的混合晶體和沉積的氮化物。
圖5表示通過已處理過的鋼絲圈10的芯20c的剖面，它只有擴散層24而沒有連接層23。
按照對鋼絲圈10的要求型面來選擇層的構成。對運行速度高的鋼絲圈10最好設置硬的連接層。對承受相對大的力的鋼絲圈10最好選擇相對堅韌還相對硬的擴散層24，而避免帶連接層。
連接層最好有厚度0.1μm-30μm而擴散層最好有厚度1μm-2000μm。使用厚度為8μm-12μm的連接層和厚度為100μm-200μm的擴散層是特別有利的。通過選擇小的厚度或完全避免用連接層，可以防止材料的斷裂，正是斷裂至今使這個技術不能應用在這個方面。
由滲氮處理所生成的層的厚度主要取決于鋼的成分和未處理鋼絲圈10表面的狀態。基本上，在高的氮氣濃度和高溫的情況下獲得厚的連接層，在低的氮氣濃度和低溫的情況下得到薄的連接層。層的厚度或擴散的深度同時也取決于處理的時間。
還有，細的重量輕的鋼絲圈10處理的時間比粗的重的鋼絲圈10的處理時間短些。
通過混合硫的成分和/或碳的成分，可以減小摩擦系數。同時還可以按照需要調整連接層和擴散層的厚度。
如果選擇厚度小的連接層，芯表面22的粗糙度僅發生很小的變化，從而可以不用接著對運行表面拋光。還避免了芯材料的脆裂。
為了使鋼絲圈10優化，在本發明優選的改進中，芯20、20a的表面22、22a在滲氮處理前和/或后進行拋光。
暴露在高化學強度下的鋼絲圈10最好重新氧化。
在鋼絲圈10的運行表面1區域內，首先鋼絲圈10的標記為3的內面當然必須是耐磨損的，配備有良好的滑動性能因而有氮化層23、24。由于相應的線的張力造成的結果可能使鋼絲圈10在環上沿側向傾斜運行，從而可以證明在兩個端面2上也都設置滲氮層23、24是有利的。
盡管也可以只在機械和/或化學高強度的區域內設置滲氮邊緣區，但是最好是在整個鋼絲圈10上進行滲氮處理。
權利要求
1.一種用于環錠紡紗機或環錠捻線機的有包含鐵材料的芯(20)的鋼絲圈(10)的生產方法，其中對芯(20)或它的幾部分進行滲氮處理，在處理時對芯(20)加熱和施加作為活性介質的滲氮劑。
2.如權利要求1所述的方法，其中將芯(20)加熱到450℃-600℃范圍內的溫度，最好到接近550℃的溫度。
3.如權利要求2所述的方法，其中將芯(20)保持在所述溫度范圍內3-60小時，最好約24小時。
4.如權利要求1、2或3所述的方法，其中滲氮劑是最好以由NH3和N2成分組成的氣體、濃縮氮的液體或濃縮氮的等離子體的形式供給。
5.如權利要求1、2、3或4所述的方法，其中活性介質除了氮的成分之外有硫的成分和/或碳的成分。
6.如權利要求1-5中一項中所述的方法，其中芯(20)在滲氮處理前和/或后進行拋光和/或在滲氮處理后進化氧化。
7.一種用于環錠紡紗機或環錠捻線機的有包含鐵材料的芯(20)的鋼絲圈(10)，其中芯(20)的至少一個機械受力部分，特別是導引線的運行表面和/或運行在環上的表面，有滲氮的邊緣層(23；24)。
8.如權利要求7所述的鋼絲圈(10)，其中邊緣層(23；24)包括沒有附加擴散層(24)的連接層(23)、有附加擴散層(24)的連接層(23)或僅有擴散層(24)。
9.如權利要求8所述的鋼絲圈(10)，其中連接層(23)有0.1μm-30μm的厚度而擴散層(24)有1μm-2000μm的厚度，最好提供的連接層(23)的厚度為8μm-12μm而擴散層(24)的厚度為100μm-200μm。
10.如權利要求8或9所述的鋼絲圈(10)，其中連接層(23)，如果合適還包括擴散層(24)，含有硫成分和/或碳成分。
11.如權利要求7-10中一項所述的鋼絲圈(10)，其中芯(20)的表面(22)進行拋光和/或設置氧化層。
12.如權利要求7-11中一項所述的鋼絲圈(10)，其中芯(20)的表面(22)是黑色，藍色，黃色或白色，最好有光澤。
13.如權利要求7-12中一項所述的鋼絲圈(10)，其中芯(20)的基材(21)是熱處理過的和/或無合金的或低合金的鋼，最好是滲氮鋼。
14.如權利要求13所述的鋼絲圈(10)，其中芯(20)的基材(21)最好包含形成氮化物的元素，如鈷、釩、鋁、鉬、錳和/或鎳。
全文摘要
按照本發明的鋼絲圈(10)有包含鐵材料的沒有涂覆的芯(20),并且如果合適,至少在所述的芯在環錠紡紗機或環錠捻線機的環上滑動的運行表面(1)的區域內,設置有幾部分組成的滲氮的邊緣層(23;24)。
文檔編號D01H7/52GK1372606SQ01801152
公開日2002年10月2日 申請日期2001年3月26日 優先權日2000年5月3日
發明者J·凱吉 申請人:布拉克公開股份有限公司