DD204106A1 - Verfahren zur oberflaechenhaertung von eisen-kohlenstoff-legierungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der metallverarbeitenden Industrie. Ziel der Erfindung ist es, Haerte und Verschleissfestigkeit im Oberflaechenbereich wesentlich zu erhoehen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausreichende und aufeinander abgestimmte Verfahrensparameter anzugeben. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass die Oberflaeche einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung, vorzugsweise mit >gleich 0,4 Masse-% C-Gehalt mit einem kontinuierlich strahlenden CO tief 2-Leistungslaser bestrahlt wird, wobei die Oberflaeche nahezu senkrecht zum Strahlenbuendel bewegt wird. Das Ausgangsmaterial enthaelt vorwiegend Ferrit und Zementit einer Kristallitgroesse in mindestens einer Dimension < 10/mikrometer und eine Versetzungsdichte >gleich 10 hoch 10/cm hoch 2. Die Relativgeschwindigkeit zwischen Oberflaeche und Laserstrahl betraegt 1 bis 10mm/s und die Oberflaeche wird dabei einer Leistungsdichte zwischen 20 und 300kW/cm hoch 2 ausgesetzt. Der Laserstrahl wird auf einen Durchmesser <gleich 0,8mm fokusiert. Anwendungsgebiete der Erfindung sind Teile aus einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung, die >gleich 0,4 Masse-% Kohlenstoff enthalten und eine harte und verschleissfeste Oberflaeche erfordern.

Description

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Verfahren zur Oberflächenhärtung von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der metallverarbeitenden Industrie» Objekte, in denen ihre Anwendung möglich und zweckmäßig ist, sind Teile aus einer Eisen-Kohlenstoff -Legierung, die vorzugsweise 0,4 Masse-/£ oder mehr Kohlenstoff enthält, die eine harte und verschleißfeste Oberfläche haben müssen, wie beispielsweise Kurbelwellen, Lager, Gehäuseteile, Schneid- und ümformwerkzeuge.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt ist [l.j?* Goiowko, W. S. Kowalenko, W. 3« Tschernenko, 77.?. Garaschtschuk, P, A, Wasilez, A. A, Swirgin, Elektronnaja obrabotka materialov o_ (1980) 26?. ein Verfahren, bei dem Kohlenstoffstähle mit 0,2 eis 1,2 Masse-?j C, deren Oberfläche zur besseren Strahlungsankopplung Znphosphatiert ist, unter atmosphärischen Bedingungen mit einem kontinuierlichen strahlenden CO„-Leistungslaser bestrahlt werden. Die Leistungsdichte des Lasers beträgt da-

bei 5 bis 200 k',7/cm~ und die Relativgeschwindigkeit zvrisclien Oberfläche und Laserstrahlbündel 10 bis 70 mm/s. lie Oberflächenschicht erreicht dabei Härtewerte um 1000 EV, im Ausnahmefall maximal 1200 HV.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß infolge unzureichend angegebener und aufeinander abgestimmter Ver-

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fahrensparameter·; die Härte und die Verschleißfestigkeit im Oberflächenbereich zu gering ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Härte und Verschleißfestigkeit im Oberflächenbereich wesentlich zu erhöhen·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausreichendeund aufeinander abgestimmte Verfahrensparameter anzugeben« Erfindungsgexnäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Oberfläche einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung, vorzugsweise mit > 0,4 Masse-% C-Gehalt mit einem kontinuierlich strahlenden COp-Leistungslaser bestrahlt wird, wobei die Oberfläche nahezu senkrecht zum Strahlenbündel bewegt wird* Das Ausgangsmaterial enthält vorwiegend Ferrit und Zementit einer Kristallitgröße in mindestens einer Dimension

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<10 /um und eine Versetzungsdichte > 10 /cm . Die Oberfläche wird metallisch rein und definiert strahlenabsorbierend hergerichtet· Die Bestrahlung wird in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt, und die Bewegung zwischen Laserstrahlenbündel und Oberfläche erfolgt mit -einer Relativgeschwindigkeit zwischen 1 und 10 mm/s* Die Oberfläche wird dabei einer Leistungsdichte zwischen 20 und 300 KsiZ/cm ausgesetzt und der Durchmesser des Laserstrahlenbündels auf der Oberfläche < 0,8 mm eingestellt· Die metallisch reine und definiert strahlenabsorbierende Oberfläche wird durch Peinschleifen erzielt. Als Inertgasatmosphäre wird vorzugsweise Stickstoff verwendet,

Ausführungsbeispiele

Beispiel 1:

Die Oberfläche einer Scheibe aus einer Fe-C-Legierung mit 0,63 Masse-$> C soll gehärtet werden* Dazu wird die Ober-

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fläche der Scheibe zuerst grot -und dann mit Schmirgelpapier 220er Körnung feingeschliffen· Das Ausgangsmaterial besitzt ein Gefüge aus Ferritkörnern bzw· Ferrit- und Zementitlamellen in den BsrLitkörnern, die mindestens in einer Dimension kleiner als 10/um sind und hat eine: Versetzungs-

10,2' dichte Ton 1.10 /cm ♦ Zur Bestrahlung wird ein COp-Laser mit einer Douerleistung von 200 W verwendet, dessen Strahlenbündel auf die Oberfläche fokussiert wird· Der Fokus hat einen Durchmesser von 0,5 nun und eine mittlere effektive Leistungsdichte von 90 kW/cm . Die Bestrahlung erfolgt in einer Atmosphäre aus technischem Stickstoff und die Scheibe wird dabei mit einer konstanten Geschwindigkeit von 4,2 mm/s senkrecht zum Laserstrahl bewegt· Die Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit errechnet sich dabei zu 2.10 K/s und die Haltedauer auf der Austenitisierungstemperatur zu 1 ms· Die Oberfläche der Scheibe zeigt nach dieser Behandlung Mikrohärten HV_{Q Q5} von: 1600·

Beispiel 2:

Eine Fe-C-Legierung mit 1,0 Masse-% C soll oberflächengehärtet werden. Dazu wird die Oberfläche wie im Beispiel T beschrieben vorbereitet. Das Ausgangsm_aterial besitzt ein Gefüge aus Zementitkömem bzw. Ferrit- und Zementitlamellen in den Perlitkömern, die mindestens in einer Dimension kleiner als 10/um sind. Die Versetzungsdichte be-

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trägt 1·10 /cm . Es werden der gleiche Laser und die Atmosphäre wie im Beispiel 1 verwendet· Die Geschwindigkeit, mit der die Scheibe senkrecht zum Laserstrahl bewegt wird, beträgt 2,1 mm/s· Unter diesen Bedingungen wird eine Auf-

4 heiz- und Abkühlgeschwindigkeit vom 1.10 K/s und eine Haltedauer auf der Austenitisierungstemperatur von 2 ms berechnet· Hach dieser Behandlung zeigt die Oberfläche der Legierung eine Mikrohärte HVq q^ von 1650,

Beispiel 3'·

Die Oberfläche einer Fe-C-Legierung mit 2_?35 Masse-% C soll gehärtet werden· Die Oberfläche wird zunächst grob und anschließend mit Schmirgelpapier 220er Körnung geschlif-

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fen». Das Ausgangsmaterial "besitzt ein Gefüge aus Kristalliten "bzw* Graphit lamellen, die mindestens in einer Dimension kleiner als 10/um sind und hat eine Versetzungsdichte

10? von 1.10 /cm . Ss wird der gleiche laser wie in Beispiel 1 verwendet.· Die Bestrahlung erfolgt in einer Atmosphäre aus technischem Stickstoff, und der Werkstoff wird dabei mit einer konstanten Geschwindigkeit von 4»2 mm/s senkrecht zum Laserstrahl bewegt. Die Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit errechnet sich unter diesen Bedingungen zu 2.10 K/s und die Haltedauer auf der Austenitisierungstemperatur zu 1 ms. Nach dieser Behandlung zeigt die Oberfläche des Werkstoffes Mikrohärten HV_{n nt}- von 1500.

Auch bei einer Anwendung des Verfahrens auf Gußeisen werden gegenüber konventionellen Härtetechnologien wesentliche Steigerungen der Mikrohärte erreicht, die bis zu HVq _Λ!- = 1250 betragen..

Claims (3)

1. 238584 4 -s-

   Srfindungsanspruch

   · Verfahren zur OTderflächenhärtung von Eisen-Kohlenstoff- . Legierungen, vorzugsweise mil; ^ 0,4 Masse-% C-Gehalt durch Bestrahlen mit einem kontinuierlich strahlenden COp-Leistungslaser, wobei Strahlenbündel und Oberfläche relativ zueinander bewegt werden, gekennzeichnet dadurch,, daß als Ausgangsmaterial ein Gefüge vorwiegend aus Ferrit und Zementit einer Kristallgröße in mindestens einer

   10 2 Dimension <10/um und einer Versetzungsdichte > 10 /cm verwendet, die Oberfläche metallisch rein, und definiert strahlenabsorbierend hergerichtet wird, die Bestrahlung in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt wird, die Bewegung zwischen Laserstrahlenbündel und Oberfläche mit einer Relativgeschwindigkeit zwischen 1 und 10 mm/s erfolgt, die Oberfläche einer Leistungsdichte zwischen 20 und 300 R'üT/cm ausgesetzt und der Durchmesser des Laserstrahlenbündels auf der Oberfläche < 0,8 mm eingestellt wird.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallisch reine und definiert strahlenabsorbierende Oberfläche durch Feinschleifen erzielt wird*
3. 3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Inertgasatmosphäre vorzugsweise Stickstoff verwendet wird«