Die Erfindung betrifft Trennsägeblätter zum Warm-und Kaltsägen von Metall, insbesondere zum Durchtrennen von Metallrohren. Solche Trennsägeblätter sind Kreissäge-Werkzeuge, die hohe Temperaturschwankungen aushalten müssen. In Rohrproduktionsanlagen wird beispielsweise eine flache Metallbahn zu einem Rohr umgeformt und entlang der Stoss- stelle in Rohrlängsrichtung verschweisst. Vom entstehenden Rohr werden Abschnitte abge- trennt. Der Trennvorgang darf die Rohrherstellung nicht verlangsamen. Daher wird das Sä- geblatt einer mit dem Rohr mitbewegten Kreissäge während einer kurzen Sägephase durch das Rohr durchgeführt. Danach wird das Sägeblatt radial aus dem Rohr heraus bewegt und für den nächsten Trennvorgang in Rohrrichtung an den Ausgangspunkt zurückbewegt.

Während der kurzen Sägezyklen mit der grossen Vorschubgeschwindigkeit senkrecht zum Rohr wird das Trennsägeblatt stark erhitzt. Während der Rückstellbewegung erfolgt ein schnelles Abkühlen. Diese starken Temperaturschwankungen stellen an das Trennsägeblatt hohe Anforderungen. Dies gilt umso mehr, je grösser der Durchmesser der zu sägenden Rohre und somit der verwendeten Trennsägeblätter ist. Häufig werden Trennsägeblätter mit Durchmessern im Bereich von 400 bis 1000mm verwendet, wobei auch kleinere und insbe- sondere grössere Durchmesser, beispielsweise bis 2000mm, für spezielle Rohrdurchmes- ser bereitgestellt werden können. Die Mächtigkeit bzw. Dicke der verbreiteten Sägeblätter liegt im Wesentlichen im Bereich von 2 bis 12mm : bei Durchmessern von 400mm bei- spielsweise 3 oder 4mm und bei Durchmessern von 1000mm beispielsweise 7 oder 8mm.

Bei den dünnen Sägeblättern mit grossen Durchmessern gibt das Verhältnis des Radius zur Mächtigkeit einen Hinweis auf mögliche Stabilitätsprobleme des Sägeblattes, insbesondere bei einer Knickbelastung. Bei den gängigen Trennsägeblättern liegt das Verhältnis von Ra- dius zu Mächtigkeit in einem Bereich von 30 bis 75. In radialer Richtung hat das Werkzeug somit eine Ausdehnung L die 30 bis 75 mal grösser ist als die Dicke B des Trennsägeblat- tes. Die Stabilität ist bei Schnittgeschwindigkeiten, bzw. Umfangsgeschwindigkeit, bei- <BR> <BR> spielsweise im Bereich von 83 bis 133m/s (5000 bis 8000m/Min. ), insbesondere 100 bis<BR> 117m/s (6000 bis 7000m/Min. ), und bei Vorschubwerten von bis zu 0, 1m/s sehr wichtig.

Weil beim Sägen von Metallrohren am Kreissägeblatt ein hoher Verschleiss und grosse Temperaturschwankungen entstehen, wird Stahl verwendet, der widerstandsfähig ist und die hohen Temperaturschwankungen erträgt. Es wird meist ein niedrig legierter Werkzeug- stahl eingesetzt. Geeignet sind beispielsweise Chrom-Vanadium-Stähle und auch mit Wolf- ram legierte Stähle, die eine hohe Schockresistenz bei hohen Temperaturunterschieden haben.

Entlang des Umfangs der Trennsägeblätter sind Zähne ausgebildet, wobei verschiedene bekannte Zahnformen möglich sind, wie beispielsweise Trennjägerzähne oder Dachzähne mit und ohne Fläche am vorstehenden Bereich. Die bekannten Trennsägeblätter werden nach einer bestimmten Abnützung der Zähne nachgeschärft oder ersetzt. Beim Auswech- seln ergeben sich bei der Rohrherstellung Stillstandzeiten. Um die Summe der Stillstand- zeiten im Verhältnis zur Betriebsdauer so kurz wie möglich zu halten, werden Trennsäge- blätter mit möglichst langen Standzeiten gewünscht.

Gemäss US 6 220 797 B1 soll ein Schneidwerkzeug aus Stahl durch eine Oberflächenbe- handlung gute Schneideigenschaften und eine längere Lebensdauer erhalten. Die Oberflä- chenbehandlung erzielt in einem ersten Behandlungsschritt mit Stickstoff und/oder Kohlen- stoff eine harte Oberflächenschicht, die als Verbindungsschicht Eisen-Nitrid, Eisen-Karbid oder Eisen-Karbonitrid umfasst. Weil diese harte Oberflächenschicht spröde bzw. brüchig ist, wird in einem zweiten Schritt eine Überzugsschicht mit Nitriden, Karbiden oder I<arbo- nitriden von Metallen aus der Gruppe Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, sowie Legierungen damit, aufge- tragen. Der Auftrag erfolgt mit PVD-Verfahren (physical vapour deposition) wie lonen Be- schichtung (ionplating) oder Sputtern (sputtering). Die Herstellung der beiden Schichten ist aufwendig. Zudem ist sie vor allem geeignet für Werkzeuge aus HSS oder Hartmetall mit kleinen Oberflächen, wie Fräswerkzeuge, Bohrwerkzeuge und Schneidwerkzeuge von Drehbänken. Trennsägeblätter haben grosse Oberflächen sowie kleine Materialdicken und weisen ein Vergütungsgefüge auf. Sie sind daher nicht geeignet zum Anbringen einer Hart- stoffschicht. Bei Trennsägeblättern mit spröden Oberflächenschichten müsste aufgrund der grossen mechanischen Belastungen und den Temperaturschwankungen beim Abtrennen von Metallrohrstücken mit Rissbildungen, Brüchen, Eigenspannungen und Abplatzungen gerechnet werden. Dies auch wenn eine Hartstoffschicht aufgetragen wäre. Die aus der US 6 220 797 B1 bekannten Oberflächenbehandlungen sind nicht geeignet, um die Standzeiten von Trennsägeblättern zu erhöhen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Lösung zu finden für Trennsägeblätter, die lange Standzeiten ermöglichen und nachgeschärft werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1, bzw. des Anspruches 6 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben bevorzugte bzw. alternative Ausfüh- rungsformen.

Im Rahmen eines ersten erfinderischen Schrittes wurde erkannt, dass die aus dem Stande der Technik bekannten Nitrierverfahren, bei denen eine harte Verbindungsschicht erzeugt wird, bei Trennsägeblättern nicht geeignet sind, auch nicht bei einer anschliessenden Beschichtung der Oberfläche. Die Hartstoffschichten in der Form der bei den beiden seitli- chen Aussenflächen ausgebildeten Verbindungsschichten führen bei den kurzzeitigen gros- sen Temperaturschwankungen zu Eigenspannungen und Abplatzungen. Weil das Verhält- nis von Radius zu Mächtigkeit in einem Bereich von 30 bis 75 liegt, führen bereits relativ kleine Auslenkungskräfte am äusseren Randbereich quer zum Trennsägeblatt zu grossen Auslenkungen. Solche Auslenkungen, bzw. davon ausgehende Schwingungen, und auch Temperaturschwankungen muss das Sägeblatt ohne Rissbildung aufnehmen können. Da- her darf die Abriebfestigkeit nicht durch spröde Aussenschichten erhöht werden. Im Rahmen des Nitrierschrittes, soll das Entstehen von harten Verbindungsschichten weitgehend verhindert werden, so dass die Oberflächenschicht duktil bleibt, bzw. nicht brüchig wird.

In einem zweiten erfinderischen Schritt wurde erkannt, dass das Nitrierverfahren so durch- geführt werden kann, dass lediglich eine genügend dicke Diffusionsschicht mit Stickstoff und im Wesentlichen keine Verbindungsschicht gebildet wird. Eine Diffusionsschicht ist nicht spröde, hat aber aufgrund der vom eingebrachten Stickstoff ausgehenden Vorspan- nung eine erhöhte Stabilität. Ein Trennsägeblatt, das bei beiden seitlichen Aussenflächen durch ein kontrolliertes Nitrieren eingelagerten Stickstoff aufweist, erhält beidseits eine durch den Stickstoff vorgespannte seitliche Aussenschicht. Die Vorspannung kann als Druckspannung verstanden werden und sie ergibt sich dadurch, dass das Volumen des Werkstückes auch nach dem Einlagern von Stickstoff im Wesentlichen gleich ist, wie ohne Stickstoff. Die eingelagerten Stickstoffatome füllen Gitterbereiche des Werkstückes und erschweren Verformungen durch den höheren Füllgrad. Diese Stabilitätserhöhung ist bei schnell arbeitenden Stahlwerkzeugen besonders vorteilhaft. Die beiden vorgespannten seit- lichen Aussenschichten sind von einander beabstandet und erhöhen die mechanische Sta- bilität des Trennsägeblattes, welches dadurch einen Sandwichaufbau erhält. Weil im We-

sentlichen keine spröde Verbindungsschicht vorliegt, sondern durch die Einlagerung der Stickstoffatome eine Druckspannung in der Randzone erzeugt wird, ergeben Temperatur- schwankungen und mechanische Schwingungen im Vergleich zu herkömmlichen Trenn- sägeblättern wesentlich weniger Risse im Blattkörper. Die erhöhte Vorspannung der seitli- chen Aussenschichten verändert das dynamische Verhalten quantitativ, das heisst eine Verformbarkeit bleibt bei geänderten Elastizitätskonstanten erhalten.

Um den Stabilitätseffekt der beiden seitlichen Diffusionsschichten zu bestimmen, wurde das mechanische Verhalten von nitrierten (im Wesentlichen ohne Verbindungsschicht) mit unbehandelten Trennsägeblättern verglichen. Die Trennsägeblätter wurden jeweils zentral eingespannt und radial aussen quer zur Blattebene mechanisch ausgelenkt. Aus den Ver- gleichsmessungen geht hervor, dass die Quersteifigkeit der Kreissägeblätter mit Diffusions- schichten 20% höher liegt, als die der unbehandelten. Bei behandelten wurden Werte im Bereich von 300 bis 320N/mm und beim unbehandelten Werte im Bereich von 250 bis 260N/mm gemessen. Durch einen Schlag werden bei nitrierten Trennsägeblättern höhere Frequenzen stärker erregt. Die durch einen Schlag eingeleitete Energie wird durch das Ausschwingen vernichtet. Erfindungsgemässe Trennsägeblätter mit beidseitigen Diffusions- schichten können aufgrund der höheren Steifigkeit und der höheren Schwingfrequenzen eine grössere Schwingenergie aufnehmen. Eine Energie von beispielsweise 0.1 Joule wird durch behandelte Trennsägeblätter in 30% kürzerer Zeit vernichtet als durch unbehandelte Trennsägeblätter.

Bezüglich der Abriebfestigkeit der dem Rohr zugewandten Umfangsfläche des Trennsäge- blattes, bzw. der Sägezähne, ergibt sich eine klare Verbesserung. Diese Verbesserung der Abriebfestigkeit ergibt sich durch den Sandwichaufbau. Die beiden vorgespannten seitlichen Aussenschichten werden weniger schnell abgetragen als die dazwischen liegende Mittel- schicht. Dadurch wird die vom Trennsägeblatt auf das Rohr wirkende Vorschubkraft vor allem über die beiden schmalen seitlichen Aussenschichten mit erhöhter Vorspannung wirk- sam. Die erhöhten Kräfte in den beiden schmalen festeren Bereichen führen zu einer bes- seren Schneidleistung. Diese erhöhte Schneidleistung bleibt auch nach einem Nachschär- fen erhalten. Weil auf eine äusserst harte und spröde Schicht im Schneidbereich verzichtet werden kann, wird das Nachschärfen nicht erschwert.

Das Nitrieren von Werkstücken in gasförmigen Behandlungsmedien ist zu einem weit ver- breiteten Wärmebehandlungsverfahren geworden. Anders als beim Plasmanitrieren wird meist auf eine gezielte Steuerung der Nitrieratmosphäre verzichtet, weil unter Anwendung

von Standard-Verfahren brauchbare Ergebnisse erzielt werden. Beim Gasnitrieren wird der benötigte Stickstoff nicht vom molekularen Stickstoff N2 sondern unmittelbar durch den Zerfall von Ammoniak an der zu nitrierenden Oberfläche gemäss der folgenden Reaktion übertragen : 2NH3 < 2 [N] + 3H2 Dennoch kann man aus der Menge des zerfallenen Ammoniaks keineswegs auf das Nitrier- ergebnis schliessen, da ein weiterer Anteil des Ammoniaks ohne Stickstoffabgabe an das Behandlungsgut zerfällt. Beim Ammoniakzerfall bilden sich aus 2 Gasmolekülen 4 neue Gasmoleküle. Die Gasmenge vergrössert sich, was zu einer faktischen Verdünnung des verbleibenden Ammoniakanteils in der Ofenatmosphäre führt. Über das anteilig Verhältnis zwischen Stickstoffabgabe ans Behandlungsgut und Ammoniakzerfall im Ofen kann keine gesicherte quantitative Aussage gemacht werden. Es gibt zahlreiche Anzeichen dafür dass der Ammoniakzerfall im Ofen die Stickstoffabgabe ans Behandlungsgut bei weitem über- trifft. Es kann davon ausgegangen werden, dass der zu erwartende Nitriereffekt davon ab- hängt, wie gross sowohl der noch zerfallsfähige Ammoniakanteil als auch ein potentiell be- reits zerfallener Ammoniakanteil, gemessen am H2-Anteil sind. Aus den bis auf den Stick- stoffpartner sehr ähnlichen Reaktionen folgt, dass die Nitrierlcennzahl in den Gleiche- wichtskonstanten der beiden Reaktionen enthalten ist und somit aus thermodynamischer Sicht auch einen adäquaten Maßstab für den Nitrierprozess selbst darstellt. Als Randbedin- gung ist allerdings zusätzlich erforderlich, dass eine möglichst intensive Umwälzung im Nit- rierofen für eine ausreichende Vergleichmässigung der Nitrieratmosphäre sorgt. Desglei- chen sollte die zu nitrierende Oberfläche nicht durch hemmende Passivschichten belegt sein.

Bisher sind in der Zuordnung von Nitrierkennzahlen zu entsprechenden Nitrierergebnissen keine grundlegenden Widersprüche beobachtet worden. Wohl sind gelegentlich Abwei- chungen in den absoluten Zahlenwerten festzustellen, jedoch kann dies fast immer auf eine unzulängliche Bestimmung der Nitrierkennzahl zurückgeführt werden, wenn nicht von unter- schiedlichen Bezugssystemen (Druck in bar nicht Pa) ausgegangen wird. Mit sinkender Nit- rierkennzahl wird die maximale Stickstoffkonzentration in der Verbindungsschicht immer geringer, die Dicke der Verbindungsschicht wächst immer langsamer und der Porenraum wird immer dünner. Aufgrund dieser Zusammenhänge ist eine Kontrolle der Nitrierkenn- zahlen mit einer geeigneten Mess-und Regeleinrichtung zweckmässig.

Bei den gängigen Nitrierverfahren für Stähle baut sich direkt bei der Randfläche eine Ver- bindungsschicht mit einer Mächtigkeit von mindestens 5, um und darunter eine Diffusions- schicht auf. Die Verbindungsschicht besteht aus einer intermetallischen Verbindung von Eisen und Stickstoff. Der Stickstoff ist in das vorhandene Eisengitter eingelagert und es entstehen Eisennitride. Die Eisennitride können als mehr oder weniger geordnete inter- stitielle Festkörper, aber auch als Verbindungen mit gewisser Über-bzw. Unterstöchiometrie beschrieben werden. Es gibt Nitride die als y'-Nitride und solche die als s-Nitride bezeichnet werden. y'-Nitride enthalten ca. 20 Atom-% bzw. 5,90 Gewichts-% Stickstoff, wobei es sich bei diesem Anteil um den Anteil an der Gesamtzahl der Eisen-und der Stickstoff-Atome bzw. des gesamten Gewichtes des Werkstoffes handelt. Die Struktur der y'-Nitride ist ein kubisch flächenzentriertes Fe-Teilgitter mit den N-Atomen in den zentral gelegenen Oktaederlücken.

Der Verbindungstyp des y'-Nitrides kann formell durch die Summenformel Fe (2) Fe (1) 3N wiedergegeben werden. Die Stickstoffatome im y'-Nitrid vermeiden es im Stickstoffteilgitter, das alle Oktaederlücken des Eisen-Teilgitters umfasst, nächste Nachbarn zu sein. Das Vermeiden einer überstöchiometrischen Belegung der Oktaederlücken wird mit steigender Temperatur immer ausgeprägter. s-Nitride weisen Stickstoffanteile in einem Bereich von 15 bis weit über 35 Atom-% auf. Es sind also verschiedene stöchiometrische Mischungsverhältnisse möglich, beispielsweise Fe3N, Fe4. N und auch Fe2N. Das Mischungsverhältnis zwischen Eisen-und Stickstoffatomen liegt häufig im Bereich zwischen 3 : 1 und 2 : 1. Neuere theoretische Untersuchungen haben gezeigt, dass zwei Arten der Ordnung von Stickstoffatomen auf dem Stickstoff-Teilgitter, das von allen Oktaederlücken des Eisen-Teilgitters gebildet wird, denkbar sind. Zudem scheint die Ordnung der Stickstoffatome im E-Nitrid weniger ausgeprägt als im y'-Nitrid.

In der Diffusionsschicht, die als a-Mischkristall bezeichnet werden kann, ist der Stickstoff- anteil tiefer als in der Verbindungsschicht und es kann nicht von einer ausgebildeten Ord- nung gesprochen werden. Die Stickstoffkonzentration in Diffusionsschichten hängt auch von der Nitriertemperatur und der Nitrierdauer ab. Häufig liegt die Stickstoffkonzentra- tion im Bereich von 0,1 bis 0,5 Atom-%, bei Nitriertemperaturen zwischen 480 und 560°C insbesondere im Bereich von 0,2 bis 0,3 Atom-%, wobei es sich bei diesem Atom- % Anteil um den Anteil der Stickstoffatome an der Gesamtzahl der Eisen-und Stickstoff- Atome der Diffusionsschicht handelt. Bei hohen Temperaturen treten auch mit y bezeich- nete Mischkristalle auf, die aber höhere Stickstoffkonzentrationen aufweisen.

Weil das Ziel der bekannten Nitrierverfahren der Aufbau einer Verbindungsschicht ist, wurde bis anhin nur darauf geachtet, bei einer hohen Temperatur ausreichend Gas einer bestimmten Qualität dem zu behandelnden Werkstück zuzuführen. Um den Aufbau der Verbindungsschicht sicherstellen zu können und die dabei entstehenden Nitride beein- flussen zu können, wird heute die Nitrierkennzahl KN=pNH3/p 3/2 H2 also das Verhältnis des Ammoniak Partialdruckes zum Wasserstoff Partialdruck in der Po- tenz 3/2 als Parameter für die Nitrierfähigkeit benützt. Mit einer genügend hohen Nitrier- kennzahl ist der Aufbau einer Verbindungsschicht gewährleistet. Weil Ammoniak günstig ist, wird bei den bekannten Verfahren die Nitrierkennzahl durch eine hohe Ammoniakzufuhr hoch gehalten. Durch die Wahl einer entsprechenden Nitriertemperatur kann das Entstehen von y'-Nitrid oder £-Nitrid gewährleistet werden. Bei besonders hohen Nitrierkennzahlen entsteht in einem grossen Temperaturbereich lediglich s-Nitrid.

Die Zeichnungen erläutern die erfindungsgemässe Lösung. Dabei zeigt Fig. 1 ein Lehrer-Diagramm, wobei die Temperatur T in x-und die Nitrierkennzal t (N in y-Richtung dargestellt ist, Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Lehrer-Diagramm mit Linien konstanter Stick- stoff-Konzentration, Fig. 3 eine Darstellung der Verbindungsschichtdicke S'in Funktion der Nitrierdauer Z für verschiedene Nitrierkennzahlen KN, Fig. 4 ein Trennsägeblatt in einer Ansicht senkrecht zur Drehachse, Fig. 5 ein Ausschnitt aus einem noch ungebrauchten Trennsägeblatt, Fig. 6 ein Ausschnitt aus einem gebrauchten Trennsägeblatt, und Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Behandlungsvorganges und Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Chargiergestelles mit Trennsägeblättern Fig. 1 zeigt ein Lehrer-Diagramm, welches die Werkstoffstruktur in Abhängigkeit von Tem- peratur und Nitrierkennzahl während des Nitriervorganges darstellt. Die oben beschriebenen Strukturen von y'-Nitrid, E-Nitrid, a-Mischkristall und y-Mischkristall sind mit y', e, a und y bezeichnet. Um ein erfindungsgemässes Trennsägeblatt herzustellen, muss gewährleistet

werden, dass im Wesentlichen keine spröde Verbindungsschicht entsteht. Wenn eine Schicht mit Nitriden entsteht, so soll sie sicher dünner sein als eine bei den gängigen Nitrierverfahren erzielte Verbindungsschicht, die zumindest eine Mächtigkeit von 5, um auf weist. Es soll durch die richtige Wahl der Nitriertemperatur und der Nitrierkennzahl, bzw. der Gaszusammensetzung im Reaktionsraum gewährleistet werden, dass möglichst keine y'- Nitride und kein £-Nitride entsteht. Im Lehrer-Diagramm soll der Nitrierprozess im a-Misch- kristall-Gebiet liegen. Wenn das Nitieren beispielsweise bei einer Temperatur von ca. 500°C erfolgt, so kann die Nitrierkennzahl zwischen 0.2 und 0.3 liegen. Bei einer höheren Tempe- ratur müsste die Nitrierkennzahl kleiner gewählt werden und bei einer tieferen Temperatur höher.

Das Lehrer-Diagramm gemäss Fig. 1 unterscheidet die Phasen und nicht deren mögliche Stickstoffkonzentrationen. Auf Fig. 2 sind nebst den Phasengrenzen auch Linien mit kon- stanter Stickstoffkonzentration eingezeichnet, wobei jede Linie mit dem Stickstoffanteil in Atom% bezeichnet ist. Bei einem Nitrierprozess mit einer Temperatur von ca. 500 C° und einer Nitrierkennzahl von ca. 0. 26 kann eine Diffusionsschicht a mit einer Stickstoffkon- zentration im Bereich von 0.2 Atom-% erzielt werden. Obwohl diese Konzentration beinahe um den Faktor 10 kleiner ist als die Stickstoffkonzentration in der angrenzenden Phase mit y'-Nitrid, ist im Vergleich zum nicht nitrierten Stahl eine deutlich erhöhte Eigenspannung der Diffusionsschicht zu beobachten. Diese Stabilitätserhöhung mit einer Diffusionsschicht ist möglich ohne spröde Aussenschicht.

Weil der Stickstoffanteil bei einer festen Nitriertemperatur gegen die Gebietsgrenze zum y'- Nitrid hin zunimmt, und ein möglichst hoher Stickstoffanteil erwünscht ist, sollen Zustände nahe bei der Gebietsgrenze gewählt werden. Versuche mit einer Nitrierkennzahl im Bereich von 0,3 bis 0,35 und einer entsprechenden Nitriertemperatur zwischen 495°C und 470°C haben optimale Stabilitätserhöhungen ermöglicht. Es versteht sich von selbst, dass die Grenzen dieser optimalen Bereiche auch vom verwendeten Stahl abhängen können, bzw. an diesen angepasst werden müssen. Weil die Linien mit konstanter Stickstoffkonzentration unter einem Winkel von ca. 60° zur Horizontalen verlaufen, kann die Stickstoffkonzentration bei einer festen Nitrierkennzahl auch durch das Erhöhen der Nitriertemperatur erhöht wer- den. So wird beispielsweise mit KN=0.2 und der Temperatur 546°C eine Diffusionsschicht mit einer Stickstoffkonzentration von 0,3 Atom-% erzielbar. Diese Diffusionsschicht hat eine wesentlich höhere Zugfestigkeit als das Ausgangsmaterial. Es wurde beispielsweise beim Ausgangsmaterial eine Zugfestigkeit von 1300N/mm2 gemessen. Mittels Nitrieren konnte eine Diffusionsschicht mit einer Zugfestigkeit von 3000N/mm2 erzielt werden.

Die Nitrierzeit ist ein weiterer Parameter, der beim Nitrieren eine Rolle spielt. Fig. 3 zeigt die Schichtdicke S'der Verbindungsschicht als Funktion der Nitrierzeit Z für verschiedene Nit- rierkennzahlen KN (0.3 ; 0.6 ; 0.9 und 3) bei einer Nitriertemperatur von 570°C ("Nitridische Verbindungsschichten"S. Pietzsche und S. Böhmer, Härterei-Technische Mitteilungen 51, 1996,6 Seite 364 bis 371). Der Nitriervorgang mit KN=0. 3 und T=570°C liegt im Bereich des y'-Nitrids, nahe bei der Phasehgrenze zum Diffusionsbereich. Wenn also die Schichtdicke der Verbindungsschicht im y'-Bereich für kleine Nitrierkennzahlen, bzw. in der Nähe der Phasengrenze, auch bei langen Nitrierbehandlungen nur unwesentlich zunimmt, ist erkenn- bar, dass im a-Mischkristall-Bereich auch bei sehr langen Nitrierzeiten im Wesentlichen keine Verbindungsschicht gebildet wird. Die Schichtdicke der Diffusionsschicht nimmt aber mit einer längeren Nitrierzeit zu. Das heisst, die möglicherweise entstehenden y'-Nitride erstrecken sich nicht als fest zusammenhängende Schicht entlang der Aussenseite. Die Duktilität wird kaum verändert. Im Abstand von wenigen, um von der Aussenseite kann nicht mehr von einer y'-Nitrid-Schicht gesprochen werden. Entsprechend kann aufgrund der kleinen Tiefenausdehnung nicht von einer spröden Verbindungsschicht mit deutlich erhöhter Härte gesprochen werden.

Die Mächtigkeit der Diffusionsschicht kann über die Nitrierzeit reguliert werden. Bei einem Trennsägeblatt 1 gemäss Fig. 4 und 5, das bei beiden seitlichen Aussenflächen 1a eine durch den Stickstoff vorgespannte seitliche Diffusionsschicht 2 aufweist, soll die Schichtdi- cke S dieser beiden Aussenschichten in einem Verhältnis zur Dicke bzw. Mächtigkeit B des jeweiligen Trennsägeblattes 1 liegen. Das Verhältnis hängt von den Abmessungen, insbe- sondere vom Durchmesser, des Trennsägeblattes ab. Die Mächtigkeit B der gängigen Trennsägeblätter hängt von deren Radius L ab. Gängige Trennsägeblätter haben eine Mächtigkeit B im Bereich von 3 bis 12mm. Die Schichtdicke S soll im Bereich von 0.05mm bis 0.9mm liegen. Bei Trennsägeblättern kleiner Mächtigkeit mit B im Bereich von 3 bis 4mm liegt S im Bereich von 0.05 bis 0.5mm, vorzugsweise bei 0.2mm. Bei B im Bereich von 5 bis 6mm liegt S im Bereich von 0.1 bis 0.6mm, vorzugsweise bei 0.3mm. Bei B im Bereich von 7 bis 9mm liegt S im Bereich von 0.15 bis 0.7mm, vorzugsweise bei 0.4mm. Bei B im Bereich von 10 bis 11 mm liegt S im Bereich von 0.2 bis 0.8mm, vorzugsweise bei 0.4mm.

Bei B=12mm liegt S im Bereich von 0.2 bis 0.9mm, vorzugsweise bei 0.5mm. Die optimale Schichtdicke wird vorzugsweise an den Durchmesser bzw. den Radius L des Trennsäge- blattes angepasst.

Mit der nachfolgenden Gleichung kann ausgehend vom Radius und der Mächtigkeit eines Trennsägeblattes eine bevorzugte Schichtdicke S bestimmt werden : S = f'B/ (2L) 112 wobei f=1.29 für B6mm ; f=1.44 für 6mm<B<1 Omm f=1. 60 für 10mm<B Die Stickstoffkonzentration in den beiden Diffusionsschichten liegt beispielsweise im Bereich von 0,1 bis 0,5 Atom-%, vorzugsweise von 0,2 bis 0,3 Atom-%, wobei es sich bei diesem Anteil um den Anteil der Stickstoffatome an der Gesamtzahl der Eisen-und Stickstoff-Atome der Diffusionsschicht handelt.

Die Trennsägeblätter mit beidseitiger Diffusionsschicht haben eine deutlich erhöhte Blatt- stabilität bzw. Steifigkeit. Die Standzeit des Trennsägeblattes wird deutlich erhöht. Durch die Druckspannung in der Randzone wird die Rissbildung bei hohen thermischen Wechselbe- lastungen minimiert. Weil die Gefügestruktur und Festigkeit von einer Seitenfläche zur an- deren aufgrund der beiden Diffusionsschichten und der dazwischen liegenden unbehandel- ten Werkstoffschicht sich ändert, können Eigenschwingungen des unbehandelten Blattes verändert und stärker gedämpft werden. Es hat sich gezeigt, dass diese Vorteile auch bei Trennsägeblättern mit grossen Durchmessern, also bei einem Durchmesser von mindestens 400mm, vorzugsweise von mindestens 600mm und insbesondere 1000mm erzielbar sind.

Fig. 6 zeigt dass die Schnittqualität durch den Sandwich-Aufbau bzw. die Randzonen mit erhöhter Festigkeit verbessert wird und beim Nachschärfen beispielsweise entlang der Linie 3 erhalten bleibt. Nach dem Schärfen ist kein weiteres Nitrieren nötig. Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemässen Trennsägeblätter 10 bis 20 mal nachgeschärft werden kön- nen.

Die Bildung der unerwünschten Verbindungsschicht hängt nicht nur von der Nitrierkennzahl sondern auch vom Werkstoff des Trennsägeblattes und der Kohlungskennzahl ab. Aus wis- senschaftlichen Arbeiten ("Nitridische Verbindungsschichten"S. Pietzsche und S. Böhmer, Härterei-Technische Mitteilungen 51,1996, 6 Seite 364 bis 371) ist bekannt, dass sich die Verbindungsschichtdicke bei einem kohlenstoffarmen Werkstoff mit zunehmender Koh- lungskennzahl zunächst erhöht. Mit weiter steigender Kohlungskennzahl, insbesondere in

Kombination mit einer relativ niedrigen Nitrierkennzahl ist dann wieder ein Rückgang der Verbindungsschichtdicke zu beobachten.

Versuche haben im Rahmen der vorliegenden Erfindung gezeigt, dass das Entstehen einer Verbindungsschicht bei niedrig legiertem Werkzeugstahl, beispielsweise Chrom-Vanadium- Stahl und auch bei mit Wolfram legiertem Stahl, bei einer genügend kleinen Nitrierkennzahl im Wesentlichen verhindert werden kann. Dies gilt insbesondere bei den Stählen 80CrV2 (DIN Stoffnummer 1.2235), 80CrV23 (DIN 1.2236) und 73WCrMoV22 (DIN 1.2604).

Gemäss Fig. 7 umfasst das Verfahren zum Herstellen erfindungsgemässer Trennsägeblät- ter mehrere Behandlungsschritte. Nach dem Beschicken des Reaktionsraumes werden die Trennsägeblätter in einem Aufwärmschritt S1 gegebenenfalls kontinuierlich oder stufen- weise auf die Temperatur eines Reinigungsschrittes S2 erwärmt. Zum Verdampfen von Verunreinigungen an der Oberfläche der Trennsägeblätter werden diese im Rahmen des Reinigungsschrittes S2 während ca. 2 Stunden auf einer Temperatur gehalten, die im Be- reich von 300 bis 400°C, vorzugsweise bei im Wesentlichen 350°C liegt. Nach einer weite- ren Temperaturerhöhung in einen Bereich von 400 bis 480°C, vorzugsweise auf im Wesent- lichen 450°C, werden die Trennsägeblätter im Rahmen eines ersten Spülschrittes S3 für ca. eine Stunde auf dieser Temperatur gehalten. Gleichzeitig wird der Reaktionsraum mit Stick- stoff gespült. Nach einer weiteren Temperaturerhöhung wird die Nitriertemperatur erreicht.

Diese hängt, wie bereits beschrieben auch von der gewählten Nitrierkennzahl ab und liegt im Bereich von 460 bis 560°C, vorzugsweise zwischen 480 und 530°C, insbesondere bei im Wesentlichen 500°C. In einem gegebenenfalls zweiteiligen Nitrierschritt S4, S5 wird bei- spielsweise während 4 bis 16 Stunden Ammoniak in den Reaktionsraum eingebracht. Der Ammoniakeintrag wird so gewählt, dass im Reaktionsraum eine Gaszusammensetzung ent- steht, die mit der gewünschten Nitrierkennzahl übereinstimmt. Am Ende des Nitrierschrittes S4, S5 wird ein zweiter Spülschritt S6 mit Stickstoffgas beispielsweise während ca. 30 Minuten auf der gleichen Temperatur wie der Nitrierschritt durchgeführt. Anschliessend werden die behandelten Trennsägeblätter abgekühlt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird anschliessend an den zweiten Spülschritt S6 ein Oxidationsschritt S7 durchgeführt, bei dem eine dünne Oxidschicht an der Oberfläche der Trennsägeblätter entsteht. Diese Oxidschicht führt zu einer weiteren Erhöhung der Be- ständigkeit der Trennsägeblätter. Die Oxidation wird bei einer Temperatur im Bereich von 300 bis 500°C, vorzugsweise im Wesentlichen bei 450°C, durchgeführt. Zudem wird dem Reaktionsraum bzw. dem zu behandelnden Gut Wasser zugeführt.

Beim Nitrierschritt S4, S5 muss gewährleistet sein, dass sich im Wesentlichen keine Ver- bindungsschicht bildet. Dies ist bei einer genügend kleinen Nitrierkennzahl der Fall. Wenn der Nitrierschritt mit einfachen Mitteln durchgeführt werden muss, so kann bereits mit einer möglichst tiefen Ammoniakkonzentration im Reaktionsbehälter ein gutes Resultat erzielt werden. Weil die Gefahr der Bildung einer Verbindungsschicht am Anfang des Nitrierschrit- tes tiefer ist als gegen das Ende hin, wird etwa ein zweistufiges Nitrieren durchgeführt. In einem ersten Nitrierschritt wird ein erster Ammoniakeintrag und eine erste Ammoniakkon- zentration gewählt. In einem zweiten Nitrierschritt wird ein zweiter Ammoniakeintrag und eine zweite Ammoniakkonzentration gewählt. Beide Schritte dauern beispielsweise im wesentlichen 2 bis 8 Stunden. Wenn die Gasatmosphäre bzw. die Nitrierkennzahl nicht bestimmt werden kann, so muss nach einem ersten Testlauf bei mindestens einem Trenn- sägeblatt nachgeprüft werden, ob sich eine spröde Verbindungsschicht gebildet hat oder nicht. Beim Vorliegen einer spröden Verbindungsschicht muss die Ammoniakzufuhr in einem nächsten Testlauf reduziert werden bis die Gasatmosphäre so zusammengesetzt ist, dass die behandelten Trennsägeblätter nach dem Nitrieren im Wesentlichen keine spröde Verbindungsschicht mehr aufweisen.

Zum Überwachen der Nitrierkennzahl gibt es Steuerungen, die beispielsweise eine modifi- zierte Sauerstoffmesszelle umfassen und eine kontinuierliche und sehr genaue Aussage über die Verhältnisse im Behandlungsraum bzw. Ofen und somit beim Behandlungsgut er- möglichen. Die bevorzugte Sauerstoffmesszelle umfasst eine Messkeramik, welche im inne- ren eines Metallschutzrohres untergebracht ist und mit der Ofenatmosphäre in direktem Kontakt steht. Ein kleiner Teilstrom der Ofenatmosphäre wird über einen Katalysator gelei- tet und dann mit der inneren Seite (Referenzseite) der Messkeramik in Kontakt gebracht.

Der Sauerstoffpartialdruck des über den Katalysator geleiteten Gases unterscheidet sich deutlich von dem der Ofenatmosphäre, weil der dort noch vorhandene Rest-Ammoniak voll- ständig gespalten wurde. Die Differenz der beiden Sauerstoffpartialdrücke erzeugt eine Zellenspannung an den Elektroden der Messkeramik, welche zum Logarithmus des Ammo- niakspaltgrades proportional ist. Da die Sauerstoffmesszelle keinerlei Bedienung erfordert, kann sie leicht in automatisch arbeitende Steuer-und Regelsysteme eingebunden werden.

Der Wartungsaufwand ist verglichen mit herkömmlichen Gasanalysatoren vernachlässigbar.

Besonders vorteilhaft ist die Tatsache, dass auf Eichgase jeglicher Art verzichtet werden kann, da mittels Festelektrolyt-Gassensoren ein thermodynamischer Effekt gemessen wird.

Die relativ niedrigen Arbeitstemperaturen und die damit verbundenen hohen Innenwider-

stände der Messkeramik stellen hohe Anforderungen an die Messelektronik. Bei Anwen- dungen, die über ein reines Nitrieren ohne Zusatzgase hinausgehen ist die exakte Kenntnis und damit Messung der eingeleiteten Stoffmengen für die Errechnung der prozessrelevan- ten Grössen, Nitrierkennzahl und Kohlenstoffaktivität bzw. Kohlungskennzahl, besonders vorteilhaft. Dazu braucht es eine entsprechende Auswerteelektronik, wie beispielsweise die im Handel erhältliche Elektronik mit dem Namen"CARBONIT".

Es hat sich beim reinen Nitrieren als zweckmässig erwiesen, für die Regelung der Nitrier- kennzahl den verwendeten Ammoniak oder einen ausreichenden Anteil davon durch eine Vorspalteinrichtung zu leiten, sobald die Nitrierkennzahl den Sollwert überschritten hat. Da- durch wird der Nitiervorgang gebremst. Der Nitriervorgang kann aber auch durch die Steue- rung der eingeleiteten Stoffmengen an den gewünschten Arbeitspunkt geführt werden. Um die Stoffmengen optimal steuern zu können, werden vorzugsweise auch die eingeleiteten Stoffmengen von der Steuerung erfasst. Zur Beeinflussung der Behandlungsatmosphäre kann nebst Ammoniak auch Wasserstoff oder Stickstoff und beim Nitrocarburieren auch Kohlendioxid eingetragen werden.

Eine geeignete Mess-und Steueranordnung erlaubt es die Nitrierkennzahl und die Tempe- ratur zu erfassen und mit Hilfe des Lehrer-Diagrammes (Fig. 1 und 2) zu bestimmen, ob ein gewünschter a-Mischkristall entsteht. Der aktuelle Arbeitspunkt in Abhängigkeit von Tempe- ratur und Nitrierkennzahl kann im Phasendiagramm dargestellt werden. Wenn die Steue- rung Prozessparameter erfasst, die zum Entstehen einer Verbindungsschicht führen, kann sie die Gasatmosphäre und/oder gegebenenfalls die Temperatur durch die Veränderung des Ammoniakeintrages bzw. der Heizleistung des Ofens verändern, bis die gewünschten Parameter erfasst werden. Es kann somit schon während des Betriebs erkannt werden, welche Wirkung die Ofenatmosphäre auf das Werkstück ausübt. Beim Erkennen einer unerwünschten Wirkung, werden die Prozessvariablen gezielt verändert. Die Steuerung kann zudem Leitkurven für die erfassten Parameter oder daraus abgeleitete Grössen um- fassen, so dass die Gaszusammensetzung und/oder die Temperatur während des Nitrier- schrittes S4, S5 verändert wird.

Es hat sich gezeigt, dass die Steuerung den anfänglichen Ammoniak-Eintrag während des Nitrierschrittes reduziert. Wenn auf eine Erfassung der Nitrierkennzahl verzichtet wird, so kann eine Diffusionsschicht ohne Verbindungsschicht beispielsweise auch durch mindes- tens zwei Phasen mit unterschiedlichem Ammoniakeintrag erzielt werden, wobei der Eintrag

schrittweise von der ersten bis zur letzten Phase abnimmt. Bei einem Reaktionsraum mit einem Volumen von ca. 3m3 wird beispielsweise ca. 40 I/Min gasförmiges Ammoniak wäh- rend des ersten Nitrierschrittes eingetragen. Es hat sich gezeigt, dass der Ammoniak-Ein- trag während des zweiten Nitrierschrittes beispielsweise auf 30 I/Min. reduziert werden kann. Wenn eine Analyse des Schichtaufbaus eine Verbindungsschicht zeigt, so muss der Nitriervorgang durch eine Reduktion der Ammoniak-Einträge angepasst werden. Grund- sätzlich muss also entgegen dem beim Nitrieren gängigen Überangebot an Ammoniak ein mageres Ammoniakangebot vorliegen.

Beim ersten und beim zweiten Spülschritt wird der Reaktionsraum mit Stickstoff gespült, bei einem Reaktionsraum mit einem Volumen von ca. 3m3 beispielsweise mit ca. 30 I/Min. Die Trennsägeblätter werden vertikal hängend im Reaktionsraum gehalten, damit sie flach blei- ben.

Fig. 8 zeigt ein Chargiergestell 4 bei dem von einem vertikalen Gestellteil horizontale Tragarme wegführen. In der dargestellten Ausführungsform sind die Tragarme auf zwei Ebenen in je 4 Richtungen angeordnet und tragen je einen Set von vertikal hängenden Trennsägeblättern 1.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Nitrierkennzahl während des Nitrier- schrittes (S4, S5) kleiner als 0.4, vorzugsweise kleiner als 0.35, ist und insbesondere im Bereich von 0.2 bis 0.3 liegt. Die Nitriertemperatur liegt im Bereich von 460 bis 550°C, vor- zugsweise im Bereich von 480 bis 520°C, insbesondere bei im Wesentlichen 500°C. Die Nitrierzeit liegt im Bereich von 2 bis 30 Stunden, gegebenenfalls im Bereich von 4 bis 20 Stunden, vorzugsweise aber im Bereich von 4 bis 5 Stunden..