DD204106A1 - PROCESS FOR SURFACE HARDENING IRON-CARBON ALLOYS - Google Patents
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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.The invention relates to the field of the metalworking industry. The aim of the invention is to increase hardness and wear resistance in the surface area substantially. The invention has for its object to provide sufficient and coordinated process parameters. According to the invention, the object is achieved by irradiating the surface of an iron-carbon alloy, preferably with> equal to 0.4% by mass C content, with a continuously radiating CO deep-2 power laser, the surface moving almost perpendicularly to the beam becomes. The starting material contains mainly ferrite and cementite of a crystallite size in at least one dimension <10 / micrometer and a dislocation density> equal to 10 high 10 / cm high 2. The relative speed between surface and laser beam is 1 to 10mm / s and the surface is doing a power density between 20 and 300kW / cm high 2 exposed. The laser beam is focused to a diameter <equal to 0.8mm. Fields of application of the invention are parts made of an iron-carbon alloy containing> equal to 0.4% by mass of carbon and requiring a hard and wear-resistant surface.
Description
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Verfahren zur Oberflächenhärtung von Eisen-Kohlenstoff-LegierungenProcess for surface hardening of iron-carbon alloys
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
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.The invention relates to the field of the metalworking industry. Objects in which their application is possible and expedient are parts of an iron-carbon alloy, which preferably contains 0.4 mass / pound or more of carbon, which may be a hard and soft one Wear-resistant surface must have, such as crankshafts, bearings, housing parts, cutting and Ümformwerkzeuge.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
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-It is known [lj? * Goiowko, WS Kovalenko, V. 3 «Chernenko, 77.?. Garashchuk, P, A, Vasilez, A. A, Svirgin, Elektronnaya obrabotka materialov o_ (1980) 26 ?. a method in which carbon steels are irradiated with 0.2% of 1.2% by weight of Ce, the surface of which is Zn-phosphated for better radiation coupling, under atmospheric conditions with a continuous radiative CO "power laser. The power density of the laser is
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.at 5 to 200 k ', 7 / cm ~ and the relative velocity zvrisclien surface and laser beam 10 to 70 mm / s. The surface layer achieves hardness values around 1000 EV, in exceptional cases a maximum of 1200 HV.
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß infolge unzureichend angegebener und aufeinander abgestimmter Ver-The disadvantage of this method is that due to insufficiently specified and coordinated
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fahrensparameter·; die Härte und die Verschleißfestigkeit im Oberflächenbereich zu gering ist.drive parameters ·; the hardness and the wear resistance in the surface area is too low.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist es, Härte und Verschleißfestigkeit im Oberflächenbereich wesentlich zu erhöhen·The aim of the invention is to substantially increase hardness and wear resistance in the surface area.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
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 DimensionThe object of the invention is to provide adequate and coordinated process parameters. According to the invention, the object is achieved by irradiating the surface of an iron-carbon alloy, preferably with > 0.4% by mass C content, with a continuously radiating COp power laser with the surface being moved nearly perpendicular to the beam * The starting material contains predominantly ferrite and cementite of crystallite size in at least one 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,<10 / μm and a dislocation density> 10 / cm. The surface is metallically pure and defined radiation-absorbing prepared · The irradiation is carried out in an inert gas atmosphere, and the movement between laser beam and surface takes place with -a relative speed between 1 and 10 mm / s * The surface is doing a power density between 20 and 300 KsiZ / cm exposed and set the diameter of the laser beam on the surface <0.8 mm · The metallic pure and defined radiation-absorbing surface is achieved by Peinschleifen. As an inert gas atmosphere preferably nitrogen is used,
Ausführungsbeispieleembodiments
Die Oberfläche einer Scheibe aus einer Fe-C-Legierung mit 0,63 Masse-$> C soll gehärtet werden* Dazu wird die Ober-The surface of a Fe-C alloy disk of 0.63 mass - $> C should be hardened.
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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-grit first and then sanded with emery paper of 220 grain size. The starting material has a structure of ferrite grains or ferrite and cementite fins in the Bsr lite grains, which are smaller than 10 μm at least in one dimension and has a
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 HVQ Q5 von: 1600·10.2 'dense clay 1.10 / cm ♦ For irradiation, a COp laser with a dower output of 200 W is used, whose beam is focused on the surface. · The focus has a diameter of 0.5 mm and an average effective power density of 90 ° kW / cm. The irradiation takes place in an atmosphere of technical nitrogen and the disk is thereby moved at a constant speed of 4.2 mm / s perpendicular to the laser beam. The heating and cooling rate is calculated to be 2.10 K / s and the holding time to the austenitizing temperature 1 ms · The surface of the disc after this treatment shows microhardness HV Q Q5 of: 1600 ·
Eine Fe-C-Legierung mit 1,0 Masse-% C soll oberflächengehärtet werden. Dazu wird die Oberfläche wie im Beispiel T beschrieben vorbereitet. Das Ausgangsmaterial 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-An Fe-C alloy with 1.0 mass% C is to be surface hardened. For this purpose, the surface is prepared as described in Example T. The Ausgangsm a material has a structure of Zementitkömem or ferrite and Zementitlamellen in the Perlitkömern, which are smaller than 10 / at least in one dimension. The dislocation density
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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-contributes 1 · 10 / cm. The same laser and atmosphere are used as in Example 1. The speed at which the disk is moved perpendicular to the laser beam is 2.1 mm / s.
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 1650,4 heating and cooling rate of 1.10 K / s and a holding time on the Austenitisierungstemperatur of 2 ms calculated · Hach this treatment shows the surface of the alloy has a microhardness HVq q ^ of 1650,
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-The surface of an Fe-C alloy with 2 ? 35% by weight of C is to be hardened. The surface is first coarse and then sanded with emery paper 220 grit.
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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 Versetzungsdichtefen ". The starting material "has a structure of crystallites" or * graphite lamellae, which are smaller than 10 / at least in one dimension and has a dislocation density
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 HVn nt- von 1500.10? from 1.10 / cm. The same laser is used as in Example 1. The irradiation takes place in an atmosphere of technical nitrogen and the material is thereby moved at a constant speed of 4 × 2 mm / s perpendicular to the laser beam. The heating and cooling rate is calculated under these conditions to 2.10 K / s and the holding time at the Austenitisierungstemperatur to 1 ms. After this treatment, the surface of the material shows microhardness HV n nt - of 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..Even when the method is applied to cast iron, substantial increases in microhardness are achieved compared to conventional hardening technologies, which can reach up to HVq Λ! - = 1250 ..
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DD23858482A DD204106B1 (en) | 1982-03-31 | 1982-03-31 | PROCESS FOR SURFACE HARDENING IRON-CARBON ALLOYS |
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ID=5537589
Family Applications (1)
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DD23858482A DD204106B1 (en) | 1982-03-31 | 1982-03-31 | PROCESS FOR SURFACE HARDENING IRON-CARBON ALLOYS |
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DD (1) | DD204106B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT393696B (en) * | 1988-06-13 | 1991-11-25 | Schoeller Bleckmann Stahlwerke | METHOD FOR PRODUCING HIGHLY STRESSED PARTS WITH A WEAR-RESISTANT SURFACE |
WO1999024196A1 (en) * | 1997-11-11 | 1999-05-20 | Boehringer Werkzeugmaschinen Gmbh | High speed milling and turning/ turn broaching / turning and turn broaching |
Families Citing this family (1)
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DE4241527A1 (en) * | 1992-12-10 | 1994-06-16 | Opel Adam Ag | Process for hardening and possibly smoothing machine components as well as machine components manufactured according to this process |
-
1982
- 1982-03-31 DD DD23858482A patent/DD204106B1/en not_active IP Right Cessation
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AT393696B (en) * | 1988-06-13 | 1991-11-25 | Schoeller Bleckmann Stahlwerke | METHOD FOR PRODUCING HIGHLY STRESSED PARTS WITH A WEAR-RESISTANT SURFACE |
WO1999024196A1 (en) * | 1997-11-11 | 1999-05-20 | Boehringer Werkzeugmaschinen Gmbh | High speed milling and turning/ turn broaching / turning and turn broaching |
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DD204106B1 (en) | 1988-02-03 |
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