CZ295308B6

CZ295308B6 - Proti opotřebení odolná vačková hřídel a způsob její výroby

Info

Publication number: CZ295308B6
Application number: CZ1999838A
Authority: CZ
Inventors: Berndt Brenner; Andreas Wetzig; Dietmar Naunapper; Carsten Duschek
Original assignee: Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewand
Priority date: 1996-09-13
Filing date: 1997-09-12
Publication date: 2005-07-13
Also published as: DE59705796D1; CZ83899A3; DE19637464C1; US6398881B1; EP0925377B1; WO1998011262A1; JP2001503104A; EP0925377A1

Abstract

Proti opotřebení odolná litinová vačková hřídel má okrajovou vrstvu, která je tvořena ledeburitickou přetavenou vrstvou s vysokým podílem cementitu, pod níž leží martensitická vytvrzená zóna, přičemž přetavená vrstva je utvořena z jemně disperzního ledeburitického cementitu o síle stěny .<=. 1 .mi.m a kovové složky z fázové směsi martensitu, a/nebo bainitu, zbytkového austenitu jakož z méně než 20 % jemného perlitu s lamelovým odstupem .<=. 0,1 .mi.m, a přičemž vytvrzená vrstva je vytvořena z fázové směsi z martensitu a/nebo bainitu, narušeného perlitu jakož ze zbytkového austenitu. Při způsobu výroby proti opotřebení odolných vačkových hřídelí se používá způsob přetavování povrchu vysokou energií.ŕ

Description

Proti opotřebení odolná vačková hřídel a způsob její výroby

Oblast techniky

Vynález se týká jednak proti opotřebení odolné litinové vačkové hřídele, jejíž okrajovou vrstvu tvoří ledeburitická přetavená vrstva s vysokým podílem cementitu, pod níž leží martensitická vytvrzená zóna, a jednak způsobu výroby proti opotřebení odolných vačkových hřídelí pomocí způsobu přetavování povrchu vysokou energií.

Dosavadní stav techniky

Ledeburitické okrajové vrstvy mají velmi dobrou odolnost proti opotřebení při kluzném opotřebování za podmínek hydrodynamických nebo při polosuchém tření.

Známé vytváření takové vrstvy na vačkových hřídelích plazmovým přetavením je popsáno například v publikaci Heck: Vliv provádění postupu přetavovacího vytvrzování na vlastnosti okrajových vrstev vačkových hřídelí z ledeburitické litiny, dizertační práce, Mnichov 1983. Při tomto způsobu se plazmový hořák vede relativně pomalu s přibližně 125 až 225 mm/min a příčně ke směru posuvu s nízkou oscilační frekvencí přibližně 0,7 až 2,2 Hz kývavě podél obvodu vačky. Použitá hustota energie činí zhruba asi 3000 W/cm². Tím se dosahují rychlosti ohřevu přibližně 200 až 750 K/s. Aby se zamezilo trhlinám, předehřívá se na teplotu okolo 400 °C.

Takto vyrobené vačky mají hrubou strukturu tuhnutí tvořenou relativně hrubým ledeburitickým (eutektickým) cementitem a perlitem v kovové struktuře. Navíc vznikají zóny popouštění charakterizované nevhodným poškozováním vlastností přetavené struktury opětovným působením teploty vlivem pomalého kývání plazmového hořáku.

Nevýhodou takto vyrobených vačkových hřídelí je jejich nízká odolnost proti opotřebení. Důvod nízké odolnosti proti opotřebení je v hrubé struktuře a v přídavném zvýšení hrubosti strukturu uvnitř popouštěcí zóny. Hlavním nedostatkem způsobu výroby je, že je příliš nízká rychlost tuhnutí. Příčinou je příliš nízká hustota energie, která se vynucuje prací s relativně nízkými rychlostmi posuvu.

Pro odstranění této vady je pro ledeburitické přetavení vačkových hřídelí známé používání vysoce energetických způsobů přetavování okrajové vrstvy, jako je přetavování laserovým paprskem, které je popsáno například v publikaci M. S. Mordike: „Základy a používání zušlechťování povrchu kovů laserem“, dizertační práce, Clausthal-Zallerfeld, 1991 nebo v patentovém, spisu DE 42 37 484 či přetavované elektronovým paprskem, například v patentovém spisu DE 43 09 870. Pro tento účel se používá odpovídající způsobem tvarovaný paprsek energie (například obdélníkový; dvě ve směru posuvu oddělená obdélníková pole ozařování; bodový rastr; rastr s rozdílnými hustotami energie) vedený s konstantní nebo na lokálním poloměru zakřivení závislou rychlostí posuvu podél vačkové hřídele tak, že vznikne jedna tavenina rozprostírající se přes celou šířku vačky nebo rychle několik ve směru posuvu málo rozměrných tavenin. Přitom se používají hustoty energie od 10³ do 10⁵ W/cm². Rychlosti posuvu se pohybují mezi 500 až 2500 mm/min. Pro zamezení trhlin v zóně tavení je bezpodmínečně nutné předehřívání na teploty od přibližně od 360 do 550 °C, což zpravidla probíhá v drahých průběžných pecích.

Přetavené oblasti vačky tvoří 0,3 mm až v průměru 0,8 mm hluboká zóna přetavení. Přetavená zóna obsahuje ledeburitický cementin a perlit v kovové struktuře. V zóně bezprostředně pod zónou tavení se vytváří při překročení teploty austenitizace, z důvodu pomalého ochlazování, nově perlitizovaná zóna o nepatrně vyšší tvrdosti, než byla tvrdost výchozího stavu. Pokles tvrdosti začíná proto přímo na okraji zóny tavení a je relativně příkrý.

-1 CZ 295308 B6

Nevýhodou takto vyrobených vaček je, že nedosahují pro takovou jemně disperzní tvorbu struktury ledeburitického cementu vlastně dosažitelnou odolnost proti opotřebení.

Důvodem je, že perlit v kovové struktuře má menší odolnost proti opotřebení než cementit a je proto slabým místem struktury.

Další nevýhodou tohoto způsobu je to, že jak uvnitř zóny přetavování, tak také v pod ní ležící nově austenitizující zóně vzniká perlit, neboť pro vysokou předehřívací teplotu od 360 do 550 °C je rychlost ochlazování v teplotním rozsahu přibližně od 600 do 450 °C přes vysokou rychlost tuhnutí již tak malá, že se zbytkový austenit zcela rozpadá na relativně hrubý perlit.

Pro zatížení opotřebením optimální složení okrajové vrstvy naproti tomu vyžaduje složení vrstvy, kterou tvoří tenká vrstva blízko povrchu, která je schopna zachytit tribologickým zatížením vznikající adhezivní namáhání, plastické přetváření a cyklické pružně-plastické mikroprodloužení, a pod ní ležící opěrné vrstvy, která zachycuje napětí vznikající Hertzovým tlakem. Další nevýhodou způsobu proto je to, že se tato opěrná vrstva může vytvořit také jen přetavovací vrstvou. Ktomu nutná větší hloubka přetavování přináší vzhledem k nutné menší rychlosti posuvu ekonomické nevýhody.

Známá vačka se složením okrajové vrstvy lépe přizpůsobeným zátěži opotřebením je popsána v patentovém spisu EP 0 161 624. Okrajová vrstva vačky má cementitovou vrstvu s vysokým podílem cementitu a pod ní martensitovou vrstvu, přičemž má vrstva přetavování hloubku od 0,3 do 1,5 mm a pod ní ležící vytvrzovaná zóna tloušťku od 0,3 do 2,0 mm. Vačky se bez předehřívání netaví plazmovým obloukem a následně ztuhnou samovolným rychlým zchlazením. V patentovém spisu EP 0 194 506 se proto zrychlení ochlazení chladí přídavně centrálním olejovým vývrtem v podélné ose vačkové hřídele vodou nebo směsi vody a vzduchu.

Předehřívání se může bez důsledků na vytváření trhlin vypustit, protože se pracuje velmi nízkou energií 1360 až 2600 W při velmi nízkých rychlostech otáčení 0,7 až 1,0 0/min, které odpovídají lychlosti posuvu 80 až 130 mm/min. Při těchto malých rychlostech posuvu běží vnesené teplo před přetavovací stopou a proniká během přetavování velmi hluboko do vačky. Tím se redukuje rychlost rychlého ochlazování tak, že se již nedosahuje během ochlazování napětí pro vytváření trhlin. Malou rychlostí posuvu se však také redukuje rychlost tuhnutí, což vede k hrubšímu vytváření ledeburitického cementitu v porovnání s vačkami přetavenými laserovým nebo elektronovým paprskem.

Takto opracované vačky mají přes nízkou rychlost ochlazování proti vačkám přetavovaným s předehříváním plazmem zlepšenou odolnost proti opotřebení. Důvodem může být pouze to, že v kokové struktuře vzniklý perlit má pro svůj vznik během vyšší rychlosti ochlazování zřetelně jemnější vločkování. Potenciál možného zlepšení vlastností jemně disperzní tvorbou cementitu se však nemůže použít.

Nevýhodou takto vyrobených vaček proto je, že nemají optimálně proti opotřebení odolné okrajové vrstvy. Příčinou je, vlivem nízké rychlosti tuhnutí, relativně hrubé vytváření struktury tuhnutí a vytváření popouštěcích zón.

Další nevýhodou způsobu je to, že vlivem nízké hustoty energie a pomalé rychlosti posuvu vzniká pro jemně disperzní vytváření struktury příliš malá rychlost tuhnutí. Nevýhodou je rovněž to, že struktura je makroskopicky nehomogenní a periodicky vykazuje ještě hrubší strukturu. Příčinou je obnovené lokální působení teploty v již silněji ochlazených oblastech až vysoko nad teplotu austenitizace vlivem velmi pomalého oscilačního pohybu plazmového hořáku.

-2CZ 295308 B6

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje proti opotřebení odolné litinová vačková hřídel, jejíž okrajovou vrstvu tvoří ledeburitická přetavená vrstva s vysokým podílem cementitu a pod ní ležící martensitická vytvrzená zóna, jejíž podstata spočívá v tom, že přetavená vrstva je utvořena z jemně disperzního ledeburitického cementitu o síle stěny < 1 pm a kovové složky z fázové směsi martensitu, a/nebo bainitu, zbytkového austenitu jakož z méně než 20 % jemného perlitu s lamelovým odstupem <0,1 μιη a že vytvrzená vrstva je vytvořena z fázové směsi z martensitu a/nebo bainitu, narušeného perlitu jakož ze zbytkového austenitu.

Hlavní výhoda navrženého řešení spočívá ve vytvoření vačkové hřídele, která je lépe chráněna před kluzným opotřebením.

Další výhodou je vytvoření struktury a stavba okrajové vrstvy vačkových hřídelí a obdobně zatížených litinových dílů, které lépe vyhoví podmínkám panujícím při zatížení kluzným opotřebením s vysokými zatíženími pnutím za podmínek hydrodynamického nebo polosuchého tření.

Výhodou je rovněž vytvoření proti opotřebení vysoce odolné ledeburitické okrajové vrstvy litinových strojních dílů. Předměty, u kterých je použití řešení možné nebo účelné, jsou všechny kluzné, mazané, opotřebením namáhané litinové díly. Zvláště výhodný je vynález pro výrobu dílů motorů a je použitelný například pro vačkové hřídele, vlečné páky, vahadla, vložky do válců a podobné díly.

Podle výhodného provedení má přetažená vrstva hloubku t_s 0,25 mm < t_s < 0,8 mm a vytvrzená vrstva hloubku 0,5 mm < t_s < 1,5 mm.

Výhodou tohoto řešení je to, že uvedené hloubky přetavené vrstvy jsou o něco menší než je známo ze stavu techniky a využívají proto podpěrné působení pod ní ležící vrstvy ekonomicky výhodným způsobem.

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje i způsob výroby proti opotřebení odolných vačkových hřídelí pomocí způsobu přetavování povrchu vysokou energií, jehož podstata spočívá v tom, že teplotní-časový průběh přetavování je tvořen dvěma překrývajícími se krátkodobými teplotními cykly Tj, T₂ vytvářenými dvěma různými zdroji Si, S₂ energie o rozdílné hustotě pi, p₂ energie, že teplotní cyklus T] dosahuje špičkovou teplotu T_lmax 560 °C < Ti_max < 980 °C, dobu ti ohřevu 0,5 s < ti < 6 s, střední rychlost AIj_maxc/At_Ic ohřevu 90 K/s < AT_lmaxc/At]C < 1900 K/s a počáteční rychlost AT|_a/At|_a rychlého ochlazování po konci teplotního cyklu lj 50 K/s < AT_]a/At_la < 500 K/s a hustota pi energie zdroje energie S_t dosahuje hodnoty 8 x 10² W/cm² < pi < 8 x 103 W/cm², kde ATi_a znamená teplotní rozdíl mezi maximální teplotou T_lmax teplotního cyklu T] a počáteční teplotou T_lmin teplotního cyklu T₂, přičemž AT_la = lj_max - T_lmin a At_la znamená časový rozdíl mezi koncem teplotního cyklu Ij a počáteční teplotního cyklu T₂, že teplotní cyklus T₂ má špičkovou teplotu T_2max o T_2max > T_s, přičemž T_s znázorňuje taviči teplotu litiny a že se volí střední rychlost AT_2maxc/At_2c ohřevu v teplotním cyklu T₂ 3000 K/s < AT_2maxc/At_2c < 40 000 K/s, rychlost V_s tuhnutí taveniny 10 mm/s < V_s < 67 mm/s, jakož hustotu p₂energie zdroje S₂ energie 0,8 x 10⁴ W/cm² < p2 8 x 10⁴ W/cm², kde AT2maxc znamená teplotní rozdíl mezi taviči teplotou T_s a teplotou T_]min na začátku teplotního cyklu T₂, přičemž

-3 CZ 295308 B6

AT_2maxc =T_S - T_Imin, At_2c znamená časový rozdíl mezi koncem a počátkem teplotního cyklu T₂, přičemž At_2c = t₃ -1₂, že časový interval t₂i = t₂ - ti, po kterém začíná teplotní cyklus T₂, obnáší 0,3 s < t₂₁ < 11 s, že teplota Tímin, při které začíná teplotní cyklus Ij, činí Τ_1ιώ1 > 500 °C, že životnost taveniny leží mezi hodnotami 0,08 s < At_s < 0,8 s a že rychlost V_B posuvu zdroje S₂ vysoké energie dosahuje hodnoty 600mm/min < V_B< 4000 mm/min.

Výhodou tohoto řešení je použití jemně disperzní struktury vytvářející způsob, kteiý pracuje s vysokou hustotou energie, zabrání i bez radikálního předehřívání vytváření trhlin a současně relativně vysokou rychlostí ochlazování mezi 600 až 350 °C dalekosáhle potlačuje vytváření hrubého perlitu. Tímto překrýváním dvou krátkodobých teplotních cyklů TI a T2 se daří řešit dosud stále trvající rozpor mezi požadavkem na vysokou rychlost tuhnutí a popouštění a relativně vysokou a nenastavitelnou rychlost ochlazování mezi 600 až 350 °C na jedné straně a požadavkem na malou ochlazovací rychlost pod přibližně 300 °C na straně druhé.

Výhodou tohoto řešení je i to, že se umožňuje jednak jemná struktura tuhnutí a jemně disperzní průběh přeměn při nastavitelném a relativně silném potlačení vzniku hrubého perlitu, jednak je teplota ochlazování v oblasti kritické pro vytváření trhlin dostatečně nízká, aby se trhlinám zamezilo.

Podle výhodného provedení se celá šířka vačkové hřídele natavuje v jednom oběhu.

Výhodou tohoto řešení je to, že je možné se pro vysokou teplotní fluktuaci během přetavování uvarovat popouštěcích zón.

Podle dalšího výhodného provedení se nutné rozdělení hustoty p₂ energie vytváření příčně ke směru posuvu rychlou oscilací, přičemž oscilační kmitočet činí minimálně 200 Hz.

Výhodou tohoto řešení je to, že se mohou rychlou oscilací paprsku nastavit rozměry paprsku energie ve směru posuvu a kolmo kněmu relativně flexibilně a nezávisle na sobě, a že při udaných oscilačních frekvencích je oscilace teploty dostatečně malá, aby zabránila vytváření zón popouštění. Tím se mohou i při širokých vačkách dosáhnout malé životnosti tavenin.

Podle dalšího výhodného provedení je zdrojem S₂ vysoké energie laser.

Podle dalšího výhodného provedení se rychlá oscilace paprsku vytváří rychlým bočním a periodickým sledem několika harmonických složek kmitů rozdílné frekvence f, amplitudy A, středu Ao kývání a počtu period n_p, přičemž počet rozdílných složek kmitů se volí mezi 1 a 8 a počet period 1 < n_p < 20.

Podle dalšího výhodného provedení je zdrojem S] energie středofrekvenční indukční generátor.

Podle dalšího výhodného provedení je zdrojem S₂ vysoké energie elektronový paprsek.

Podle dalšího výhodného provedení je zdrojem S] energie rovněž elektronový paprsek.

Podle dalšího výhodného provedení je zdrojem S₂ vysoké energie sestava vysoko výkonného diodového laseru.

-4CZ 295308 B6

Podle dalšího výhodného provedení je zdrojem Si energie rovněž sestava vysoce výkonného diodového laseru.

Podle dalšího výhodného provedení je zdroj S] energie tvořen z několika, rotačně symetricky okolo vačkové hřídele uspořádaných sestav vysoce výkonných diodových laserů a že vačková hřídel se předehřívá ve stabilní poloze.

Výhodou těchto řešení je to, že lze použít různé zdroje energie.

Podle dalšího výhodného provedení se tavenině pro lití vačkových hřídelí přisazují prvky stabilizující cementit.

Podle dalšího výhodného provedení se tavenině pro lití vačkových hřídelí přisazují prvky stabilizující austenit.

Výhodou těchto řešení je to, že se může přes relativně malé změny chemického složení litiny měnit znatelně struktura podstatná pro vlastnosti kluzného opotřebení.

Podle dalšího výhodného provedení se prvky stabilizující cementit a/nebo austenit přidávají vysoce výkonným zdrojem S₂ energie během přetavování okrajové vrstvy.

Výhodou tohoto řešení je to, že se tyto malé změny chemického složení mohou i integrovat do procesu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresů, na kterých znázorňuje obr. 1 překrývání dvou krátkodobých teplotních cyklů a obr. 2 schematické porovnání vynálezeckého průběhu teploty v závislosti na čase s průběhem známým ze stavu techniky.

Příklady provedení vynálezu

Litinová vačková hřídel s chemickým složením 2,5 až 3,2 % C; 1,6 až 2,5 % Si; 0,3 až 1,0 % Mn; < 0,2 % P; < 0,12 % S; < 0,6 % Cu; < 0,15 % Ti; < 0,2 % Ni; < 0,3 % Cr; < 0,3 % Mo; S_c < 0,9 se má opatřit optimální proti opotřebení odolnou a hospodárně zhotovitelnou okrajovou vrstvou. Průměr vačky činí 36 mm a šířka vačky 14 mm. Tvrdost výchozí struktury činí 250 HV 0,05. Grafit je lamelový, struktura téměř zcela perlitická.

Na obr. 1 je schematicky znázorněn realizovaný průběh teploty v čase. Jako způsob výroby v teplotním cyklu Ti se volí induktivní vnášení energie. Generátor je SV generátor s frekvencí f o velikosti 10 kHz. Induktorem je jednozávitový prstencový induktor se silou vinutí 8x8 mm a vazební vzdáleností 2,0 mm.

Zdrojem energie pro teplotní cyklus T? je 5,0 kW CO2-laser. Laserový paprsek se zaostřuje off-axisovým parabolickým zrcadlem s ohniskovou vzdáleností 400 mm. V částečně zaostřené oblasti záření se nalézá scanningové zrcadlo, kývající frekvencí f = 200 HZ příčně k směru posuvu laserového paprsku. Povrch vačky se nalézá 30 mm vně ohniska. Oscilační amplituda činí A = 6 mm při trojúhelníkovém pravidlu kmitání.

Po upnutí se vačková hřídel začne otáčet rychlostí otáčení 300 0/min. Indukční generátor se nastaví na výkon 70 kW. Hustota p] energie činí 4000 W/cm². Následně se zapne generátor na dobu ohřevu ti = 1,0 s.

-5CZ 295308 B6

Při střední rychlosti ATi_maxc/At|_C « 700 K/s ohřevu při teplotním cyklu Tj se dosáhne špičková teplota Tímax « 700 °C, kde ATi_max znamená teplotní rozdíl mezi maximální teplotou Ti_max na konci topného cyklu a počáteční teplotou teplotního cyklu Tj. Pojem At^ znamená časový rozdíl mezi koncem topného cyklu a spuštěním teplotního cyklu Ti.

Po časovém intervalu t₂i = 0,9 s, zatímco se povrch ochlazuje na teplotu T_lmax« 550 °C, se připne jako zdroj S₂ energie laser. Laserový paprsek má rozměry 16 x 2,5 mm, což vytváří střední hustotu energie výstupu paprsku přibližně 1,15 x 10⁴ W/cm².

Bezprostředně před připnutím laseru startují CNC-programový otočný pohyb vačky s relativní rychlostí posuvu laserového paprsku 600 mm/min, dále odpovídající vyrovnávací pohyby osy z, pro konstantní dodržování odstupu od ohniska, jakož i osy y pro zaručení kolmosti dopadu paprsků.

Po vypnutí laseru se ochladí vačka vzduchem. Tím se teplotní pole induktivního předehřívání na začátku tavení laserovým paprskem zasahovalo pouze 3 mm do vačky, vystačuje samovolné prudké ochlazování, aby potlačilo průchozí nebo hrubé vytváření perlitu.

Výsledkem úpravy je 0,4 mm silná ledeburitická vrstva se střední tvrdostí 780 HV0,05. Je tvořena jemně disperzním cementitem s tloušťkou stěny asi 1 pm, zbytkovým austenitem, martensitem a bainitem. Obsah perlitu je menší než 20 %. Pod touto se napojuje martensitická podpěrná vrstva silná 0,65 mm. V ní klesá tvrdost kontinuálně z 780 na 400 HV0,05. Je převážně tvořená martensitem, zbytkovým austenitem, bainitem a narušeným perlitem. Okrajové vrstvy jsou bez trhlin.

Zkoumání opotřebení testem mazaného kluzného opotřebování prokázalo, v porovnání se zkouškami konvenčně v peci při 450 °C předehřívaným a návazně při shodných parametrech laserem přetavovanými, zvýšení nosnosti zatížení o 20 %.

Změnami doby ohřevu tj teplotního cyklu Tj k delší době a špičkové teploty T]_max k vyšším teplotám se mohou měnit obsahy martensitu, austenitu, bainitu a perlitu. Tak se může například nastavit pro namáhání opotřebením při vyšších teplotách vyšší obsah perlitu. Zvýšením rychlosti posuvu laseru se může navíc utvářet ještě jemněji disperzní cementit.

Na obr. 2 se srovnává navržený způsob se způsobem známým ze stavu techniky. Konvenční plazmové přetavování po předehřívání v peci (krátce čárková čára) má relativně dlouhou životnost taveniny At_;, malou rychlost AT_2maxa/At_2maxa lychlého ochlazování po konci teplotního cyklu T₂ při tuhnutí a malou rychlost AT_2a/At_2a ochlazování v oblasti teploty pro vytváření perlitu M_p.

Vlivem dlouhé životnosti taveniny a malé rychlosti rychlého ochlazování je uzpůsobení cementitu velmi hrubé. Malá rychlost ochlazování v oblasti vytváření perlitu M_c, vlivem malého rozdílu teploty s konvenční předehřívací teplotu T_y, způsobuje vznik hrubého perlitu.

Nepoužíváním předehřívání se může i při plazmovém přetavování v oblasti teploty perlitu M_Epotlačit vytváření hrubého perlitu (dlouhá čárkovaná čára) a může se zachovat martensitická podpěrná vrstva vlivem dostatečně rychlého proběhnutí bodem Ms. Tato výhoda je ovšem vykoupena pomalým ohřevem s dobou ohřevu t_s delší životností taveniny At_s a ještě o něco menší rychlostí AT_2inaxa/At_2maxa rychlého ochlazování, což má za následek vznik ještě o něco hrubšího cementitu.

Tavení laserovým nebo elektronovým paprskem po konvenčním předehřívání (čerchovaná čára) vykazuje velmi vysoké rychlosti ohřevu, malé životnosti taveniny At_s a velké rychlosti tuhnutí a rychlého ochlazování, které způsobují jemnější uzpůsobení cementitu. Pro vysokou konvenční

-6CZ 295308 B6 předehřívací teplotu T_y je ale i zde v teplotní oblasti perlitu M_c tak malá ochlazovací lychlost, že vzniká relativně hrubý perlit.

Dodržování průběhu teploty (plná čára) se může vlivem maximální rychlosti ohřevu, krátké životnosti taveniny a vysoká rychlost rychlého ochlazování kombinovat s dostatečně vysokou rychlostí ochlazování perlitu M_c, což umožňuje výrobu proti opotřebení optimálně odolných struktur. Dalšími výhodami kombinačních variací je to, že nejsou nutné drahé průchozí předehřívací pece a ochlazovací linky, že struktury lze vytvořit v širší oblasti variací, že krátkou životností taveniny se dosahuje lepší přesnost hran zejména v okolí břicha vačky, což snižuje náklady na delší opracování.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Proti opotřebení odolná litinová vačková hřídel, jejíž okrajovou vrstvu tvoří ledeburitická přetavená vrstva s vysokým podílem cementitu a pod ní ležící martensitická vytvrzená zóna, vyznačující se tím, že přetavená vrstva je utvořena z jemně disperzního ledeburitického cementitu o síle stěny < 1 pm a kovové složky z fázové směsi martensitu, a/nebo bainitu, zbytkového austenitu jakož z méně než 20 % jemného perlitu s lamelovým odstupem <0,1 pm a že vytvrzená vrstva je vytvořena z fázové směsi z martensitu a/nebo bainitu, narušeného perlitu jakož ze zbytkového austenitu.
2. Proti opotřebení odolná vačková hřídel podle nároku 1, vyznačující se tím, že přetavená vrstva má hloubku (t_s) 0,25 < t_s < 0,8 mm a vytvrzená vrstva hloubku 0,5 mm < t_s < 1,5 mm.
3. Způsob výroby proti opotřebení odolných vačkových hřídelí podle některého z nároků 1 a 2 pomocí způsobu přetavování povrchu vysokou energií, vyznačující se t í m , že teplotní-časový průběh přetavování je tvořen dvěma překrývajícími se krátkodobými teplotními cykly (T_b T₂) vytvářenými dvěma různými zdroji (Si, S₂) energie o rozdílné hustotě (p_b p₂) energie, že teplotní cyklus (T0 dosahuje špičkovou teplotu (T_lmax) 560 °C < T_]max < 980 °C, dobu (t_x) ohřevu 0,5 s < t] <6 s, střední rychlost (ATi_maxc/Ati_c) ohřevu 90 K/s < AT_lmaxc/Atic < 1900 K/s a počáteční rychlost (ATi_a/At_la) rychlého ochlazování 50 K/s < ATi_a/At_]a < 500 K/s a hustota (p_x) energie zdroje energie (S_x) dosahuje hodnoty 8 x 10² W/cm² < p] < 8 x 103 W/cm², že teplotní cyklus (T₂), má špičkovou teplotu (T_2max) o T_2max > T_s, přičemž T_s znázorňuje taviči teplotu litiny a že se volí střední rychlost (AT_2maxc/At_2c) ohřevu 3000 K/s < AT_2maxc/At_2c < 40 000 K/s, rychlost (V_s) tuhnutí taveniny 10 mm/s < v_s < 67 mm/s, jakož hustotu (p₂) energie zdroje (S₂) energie 0,8 x 10⁴ W/cm² < p₂ 8 x 10⁴ W/cm², že časový interval t₂i = t₂ - t_b po kterém začíná teplotní cyklus (T₂), obnáší 0,3 s < t_2] < 11 s, že

-7CZ 295308 B6 teplota (Tímin), při které začíná teplotní cyklus (Tj), činí Ij^ > 500 °C, že životnost (At_s) taveniny leží mezi hodnotami 0,08 s < At_s < 0,8 s a že rychlost (V_B) posuvu zdroje (S₂) vysoké energie dosahuje hodnoty 600 mm/min < V_B < 4000 mm/min.
4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že se celá šířka vačkové hřídele natavuje v jednom oběhu.
5. Způsob podle některého z nároků 3a 4, vyznačující se tím, že nutné rozdělení hustoty (p₂) energie se vytváří příčně ke směru posuvu rychlou oscilací, přičemž oscilační kmitočet činí minimálně 200 Hz.
6. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že zdrojem (S₂) vysoké energie je laser.
7. Způsob podle některého z nároků 3 až 6, vyznačující se tím, že rychlá oscilace paprsku se vytváří rychlým bočním a periodickým sledem několika harmonických složek kmitů rozdílné frekvence (f), amplitudy (A), středu (A_o) kývání a počtu period (n_p), přičemž počet rozdílných složek kmitů se volí mezi 1 a 8 a počet period (n_p) 1 < n_p < 20.
8. Způsob podle některého z nároků 3 a 6, vyznačující se tím, že zdrojem (S i) energie je středofrekvenční indukční generátor.
9. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že zdrojem (S₂) vysoké energie je elektronový paprsek.
10. Způsob podle některého z nároků 3 a 9, vyznačující se tím, že zdrojem (Si) energie je rovněž elektronový paprsek.
11. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že zdrojem (S₂) vysoké energie je sestava vysoko výkonného diodového laseru.
12. Způsob podle některého z nároků 3 a 11,vyznačující se tím, že zdrojem (Si) energie je rovněž sestava vysoce výkonného diodového laseru.
13. Způsob podle některého z nároků 3, 11 a 12, vyznačující se tím, že zdroj (Si) energie je tvořen z několika, rotačně symetricky okolo vačkové hřídele uspořádaných sestav vysoce výkonných diodových laserů a že vačková hřídel se předehřívá ve stabilní poloze.
14. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že se tavenině pro lití vačkových hřídelí přisazují prvky stabilizující cementit.
15. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že se tavenině pro lití vačkových hřídelí přisazují prvky stabilizující austenit.
16. Způsob podle nároku 3, vy značu j í cí se tí m , že se prvky stabilizující cementit a/nebo austenit přidávají vysoce výkonným zdrojem (S₂) energie během přetavování okrajové vrstvy.