DD204106B1

DD204106B1 - Verfahren zur oberflaechenhaertung von eisen-kohlenstoff-legierungen

Info

Publication number: DD204106B1
Application number: DD23858482A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Loeschau; Eckhard Bihler; Heinrich Paul; Wolfgang Pompe; Siegfried Voellmar
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1982-03-31
Filing date: 1982-03-31
Publication date: 1988-02-03
Also published as: DD204106A1

Description

Beispiel 2:

Eine Fe-C-Legierung mit 1,0Ma.-%Csoll oberflächengehärtet werden. Dazu wird die Oberfläche wie im Beispiet 1 beschrieben vorbereitet. Das Ausgangsmaterial besitzt ein Gefüge aus Zementitkörnern bzw. Ferrit- und Zementitlamellen in den Perlitkömern, die mindestens in einer Dimension kleiner als 10/xm sind. Die Versetzungsdichte beträgt 1 · 10¹⁰/cm². 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 Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit von 1 · 10⁴K/s und eine Haltedauer auf der Austenitisierungstemperatur von 2 ms berechnet. Nach dieser Behandlung zeigt die Oberfläche der Legierung eine Mikrohärte HVo.os von 1 650.

Beispiel 3:

Die Oberfläche eine Fe-C-Legierung mit 2,35 Ma.-% C soll gehärtet werden. Die Oberfläche wird zunächst grob und anschließend mit Schmirgelpapier 220er Körnung geschliffen. Das Ausgangsmaterial besitzt ein Gefüge aus Kristalliten bzw. Graphitlamellen, die mindestens in einer Dimension kleiner als 10/u.m sind und hat eine Versetzungsdichte von 1 10¹⁰/cm². Es 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 НѴ_о,об von 1500.

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

Claims

Verfahren zur Oberflächenhärtung von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen mit vorzugsweise >0,4Ma.^% C-Gehalt durch Bestrahlen mit einem kontinuierlich strahlenden CO₂-Leistungslaser, wobei das Gefüge vorwiegend aus Ferrit und Zementit besteht, die Oberfläche metallisch rein und definiert strahlenabsorbierend hergerichtet ist, die Bestrahlung in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt und dabei Strahlenbündel und Oberfläche relativ zueinander bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial ein Gefüge einer Kristallitgröße in mindestens einer Dimension < 10μίη und einer Versetzungsdichte > 10¹⁰/cm² verwendet wird, die Bewegung zwischen Laserstrahlenbündel und Oberfläche mit einer Relativgeschwindigkeit zwischen 1 und 10 mm/s erfolgt, die Oberfläche einer Leistungsdichte zwischen 20 und 300kW/cm² ausgesetzt und der Durchmesser des Laserstrahlenbündels auf der Oberfläche <0,8 mm eingestellt wird.

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 0,4Ma-% oder mehr Kohlenstoff enthält, die eine harte und verschleißfeste Oberfläche haben müssen, wie beispielsweise Kurbelwellen, Lager, Gehäuseteile, Schneid- und Umformwerkzeuge.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt ist (L. F.Golowko,W.S.Kowalenko, W.S.Tschemenko, W. P.Garaschtschuk, P.A.Wasilez, A.A. Swirgin, Elektronnaja ohrahotkamaterialov 6 [1980] 26) ein Verfahren, bei dem Kohlenstoffstähle mit 0,2 bis 1,2 Ma.-% C, deren Oberfläche zur besseren Strahlungsankopplung Zn-phosphatiert ist, unter atmosphärischen Bedingungen mit einem kontinuierlichen strahlenden CO₂-Leistungslaser bestrahlt werden. Die Leistungsdichte des Lasers beträgt dabei 5 bis 200 kW/cm² und die Relativgeschwindigkeit zwischen Oberfläche und Laserstrahlbündel 10 bis 70mm/s. Die Oberflächenschicht erreicht dabei Härtewerte um 1000HV, im Ausnahmefall maximal 1200HV.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß infolge unzureichend angegebener und aufeinander abgestimmter Verfahrensparameter 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, ausreichende und aufeinander abgestimmte Verfahrensparameter anzugeben. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Oberfläche einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung, vorzugsweise mit > 0,4 Ma-% C-Gehalt mit einem kontinuierlich strahlenden CO2-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 < 10/u.m und eine Versetzungsdichte > 10^l0/cm². 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 300kW/cm² ausgesetzt und der Durchmesser des Laserstrahlenbündels auf der Oberfläche <0,8mm eingestellt. Die metallisch reine und definiert strahlenabsorbierende Oberfläche wird durch Feinschleifen erzielt. Als Inertgasatmosphäre wird vorzugsweise Stickstoff verwendet.

Ausführungsbeispiele

Beispiel 1:

Die Oberfläche einer Scheibe aus einer Fe-C-Legierung mitO,63Ma.-%Csoll gehärtet werden. Dazu wird die Oberfläche der Scheibe zuerst grob und dann mit Schmirgelpapier 220er Körnung feingeschliffen. Das Ausgangsmaterial besitzt ein Gefüge aus Ferritkörnern bzw. Ferrit- und Zementitlamellen in den Perlitkörnern, die mindestens in einer Dimension kleiner als 10/лт sind und hat eine Versetzungsdichte von 1 10^l0/cm². Zur Bestrahlung wird ein СОг-Laser mit einer Dauerleistung von 200W verwendet, dessen Strahlenbündel auf die Oberfläche fokussiert wird. Der Fokus hat einen Durchmesser von 0,5mm und eine mittlere effektive Leistungsdichte von 90 kW/cm². 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 · 10⁴K/s und die Haltedauer auf der Austenitisierungstemperatur zu 1 ms. Die Oberfläche der Scheibe zeigt nach dieser Behandlung Mikrohärten HV_o,os von 1600.