DD246569A1 - METHOD OF MATERIAL-RELATED POINT-BY-POINT HAIRING USING THE ENERGY CARRIER BEAM - Google Patents

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DD246569A1 DD28662286A DD28662286A DD246569A1 DD 246569 A1 DD246569 A1 DD 246569A1 DD 28662286 A DD28662286 A DD 28662286A DD 28662286 A DD28662286 A DD 28662286A DD 246569 A1 DD246569 A1 DD 246569A1
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Steffen Keitel
Goetz Sobisch
Thomas Ardenne
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Zentralinstitut Schweiss
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum werkstoffbezogenen punktweisen Haerten mittels Energietraegerstrahl, vorzugsweise Elektronenstrahl, zur Erhoehung der Festigkeit von Verschleiss ausgesetzten Metalloberflaechen. Ziel ist, die Effektivitaet und Leistung beim Haertevorgang zu erhoehen. Nach der Aufgabe ist die notwendige Energiemenge so einzubringen, dass ein maximaler Waermetransport erreicht wird, ein Anschmelzen der Werkstueckoberflaeche unter Minimierung der Bestrahlungszeit verhindert und darueberhinaus eine groessere Einhaertetiefe gewaehrleistet wird. Erfindungsgemaess wird die Waermezufuhr mittels Energietraegerstrahl in einem zu haertenden Punkt der veraenderlichen Waermeableitung angepasst, derart, dass ein Anschmelzen der Werkstueckoberflaeche unterbleibt, dass die Leistung des Energietraegerstrahles so veraendert wird, dass jeweils ein Maximum an Waermeenergie genutzt wird, und dass die Leistung des Energietraegerstrahles in den Einzelpunkten in Abhaengigkeit der Werkstoffeigenschaften vergroessert oder verkleinert wird.The invention relates to a method for material-related pointwise Haerten by means of energy carrier beam, preferably electron beam, to increase the strength of wear exposed Metallloberflaechen. The aim is to increase the effectiveness and performance of the Haertevorgang. After the task, the necessary amount of energy is to be introduced in such a way that a maximum heat transport is achieved, a melting of the workpiece surface is prevented while minimizing the irradiation time and, moreover, a greater depth of coverage is ensured. According to the invention, the heat supply is adjusted by means of energy tracer beam in a point to be complied to Veraenderlichen heat dissipation, such that a melting of Werkstueckoberflaeche omitted, that the power of the energy carrier beam is changed so that in each case a maximum of heat energy is used, and that the power of the energy carrier beam in the individual points depending on the material properties is increased or decreased.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum werkstoffbezogenen punktweisen Härten mittels Energieträgestrahl, vorzugsweise Elektronenstrahl, zur Erhöhung der Festigkeit von Verschleiß ausgesetzten Metalloberflächen.The invention relates to a method for material-related pointwise curing by means of energy carrier beam, preferably electron beam, to increase the strength of metal surfaces exposed to wear.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist allgemein bekannt, daß metallische Oberflächen mittels eines Energieträgerstrahles punktweise gehärtet werden können.It is well known that metallic surfaces can be spot-cured by means of an energy carrier jet.

So ist nach der DE-OS 2209148 das punkt-, linien- oder flächenförmige Wärmebehandeln eines metallischen Werkstückes bekannt. Dabei .handelt es sich jedoch vorwiegend um das Umschmelzen von Werkstückoberflächen.Thus, according to DE-OS 2209148 the point, line or sheet-like heat treatment of a metallic workpiece is known. However, it is predominantly the remelting of workpiece surfaces.

Die DE-OS 2311 283 offenbart das Wärmebehandeln von Stählen unter Ausnutzung des Effektes der Selbstabschreckung durch Wärmeabfuhr in das angrenzende Grundmaterial. Der Erfindung sind keine Angaben über eine spezielle Energiequelle zuDE-OS 2311 283 discloses the heat treatment of steels by utilizing the effect of self-quenching by heat removal in the adjacent base material. The invention is not related to a particular energy source

entnehmen. · ·remove. · ·

Auch aus anderen Lösungen ist das Härten in Punkt- oder Linienform bekannt. Hierbei wird jedoch stets eine Wärmequelle mit konstanter Leistung erwähnt, deren Strahldurchmesser ebenfalls unveränderlich ist. Durch diese Voraussetzungen können temperaturabhängige Eigenschaften nicht berücksichtigt werden. Somit kann es in einem bestimmten zu durchlaufenden Temperaturintervali zu einer Wärmebelastung kommen, die oberhalb eines kritischen Bereiches liegt, z.B. oberhalb der Schmelztemperatur. Als Nachteil entsteht ein Aufschmelzen der Oberfläche, wodurch eine Endbearbeitung verhindert wird.Hardening in point or line form is also known from other solutions. However, this always mentions a heat source with constant power whose beam diameter is also invariable. Due to these requirements, temperature-dependent properties can not be taken into account. Thus, in a particular temperature interval to be traversed, a heat load that is above a critical range, e.g. above the melting temperature. The disadvantage is a melting of the surface, whereby a finishing is prevented.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Durch die Erfindung ist die Effektivität und Leistung beim werkstoffbezogenen punktweisen Härten mittels Energieträgerstrahlen zu erhöhen.By the invention, the effectiveness and performance of the material-related pointwise hardening by means of energy carrier beams to increase.

Das Wesen der ErfindungThe essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum werkstoffbezogenen punktweisen Härten zu entwickeln, bei dem die notwendige Energiemenge so eingebracht wird, daß ein maximaler Wärmetransport erfolgt, ein Anschmelzen der Werkstückoberfläche unter Minimierung der Bestrahlungszeit verhindert und darüberhinaus eine größere Einhärtetiefe gewährleistet wird.The invention has for its object to develop a method for material-related pointwise curing, in which the necessary amount of energy is introduced so that a maximum heat transfer occurs, a melting of the workpiece surface while minimizing the irradiation time prevented and beyond a greater Einhärteiefe is guaranteed.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Wärmezufuhr mit Hilfe eines Energieträgerstrahles in einen zu härtenden Punkt unter Berücksichtigung der veränderlichen Wärmeableitung erfolgt, derart, daß ein Anschmelzen der Werkstückoberfläche unterbleibt, daß die Leistung des Energiestrahles so verändert wird, daß jeweils ein Maximum an Wärmeenergie nutzbar ist, daß die Leistung des Energieträgerstrahles in den Einzelpunkten in Abhängigkeit der Werkstoffeigenschaften vergrößert oder verkleinert wird und somit ein Pulsieren der Strahlleistung erfolgt.The object of the invention is achieved in that according to the invention, the heat supply by means of an energy carrier beam into a point to be hardened taking into account the variable heat dissipation, such that melting of the workpiece surface is omitted, that the power of the energy beam is changed so that in each case a maximum can be used to heat energy that the power of the energy carrier beam in the individual points depending on the material properties is increased or decreased and thus takes place a pulsation of the beam power.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, der pulsierenden Strahlleistung des Energieträgerstrahles eine veränderte Fokussierung zu überlagern.Another feature of the invention is to superimpose a changed focus on the pulsating beam power of the energy carrier beam.

Die durch die Bestrahlung bedingte Erhöhung der Oberflächentemperatur bzw. der tiefer gelegenen Werkstoffbereiche und die damit verbundene Veränderung der Wärmeleitfähigkeit wird erfindungsgemäß genutzt, um die Strahlleistung so anzupassen, daß die vorliegenden Verhältnisse der Energieabführung maximal verwendet werden. Eine Erhöhung der Strahlleistung wird vorzugsweise durch Vergrößern der Strahlstromstärke erreicht. Dieser Anstieg der Strahlstromstärke wird solange betrieben, bis Temperaturen im Austenitbereich erreicht werden.The increase due to the irradiation of the surface temperature or the lower material areas and the associated change in the thermal conductivity is used according to the invention to adjust the beam power so that the present conditions of energy dissipation are used to the maximum. An increase in the beam power is preferably achieved by increasing the beam current intensity. This increase in the jet current intensity is operated until temperatures in the austenite range are reached.

Wird der Variation der Stromstärke ein Pulsieren des Fokusdurchmesser auf der Werkstückoberfläche überlagert, so werden die Wärmeverhältnisse des Wärmepunktes zusätzlich günstig beeinflußt.If the variation of the current intensity is superimposed by a pulsation of the focus diameter on the workpiece surface, the heat conditions of the heat point are additionally favorably influenced.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment.

Das punktweise Härten der Werkstückoberfläche eines Bauteiles mittels Elektronenstrahl wird mit folgenden Parametern durchgeführt:The pointwise hardening of the workpiece surface of a component by means of electron beam is carried out with the following parameters:

Beschleunigungsspannung: 74 kV Strahlstromstärke: 5-8 mAAcceleration voltage: 74 kV Beam current: 5-8 mA

Bestrahlungszeit: 0,1 sIrradiation time: 0.1 s

Strahldurchmesser an der Werkstückoberfläche: 0,4-0,5 mmBeam diameter at the workpiece surface: 0.4-0.5 mm

Bei dem Bauteil besteht der Grundwerkstoff aus einem Stähl mit 0,71 % C und 3,24% Cr, dessen Wärmeleitfähigkeit sich beim Durchlaufen desTem'peraturintervalles von 1000C bis 9000C nahezu verdoppelt. Vorgenommen wird die Härtung einer Fläche durch Einzelimpulse. Die Flächenabmessung beträgt 8 x 30mm.The component of the base material is made of a steel of 0.71% C and 3.24% Cr, whose heat conductivity is nearly doubled when passing through desTem'peraturintervalles of 100 0 C to 900 0 C. The hardening of a surface is carried out by single pulses. The area dimension is 8 x 30mm.

In diesem Ausführungsbeispiel wird die Strahlstromstärke, als ein Hauptbestandteil der Strahlleistung, linear geändert. Dabei entsteht ein geringfügiger Fehler, da die Wärmeleitfähigkeit nicht linear ansteigt. Entsprechend der veränderten Wärmeleitfähigkeit wird die Strahlleistung annähernd verdoppelt. Dies erfolgt aus Gründen der Steuerung in diesem Fall kontinuierlich. Die Gefahr des Anschmeizens und damit eine zusätzliche Nachbehandlung oder -bearbeitung des Werkstückes wird wesentlich herabgesetzt bzw. vollständig verhindert.In this embodiment, the beam current intensity, as a main component of the beam power, is changed linearly. This creates a slight error, since the thermal conductivity does not increase linearly. According to the changed thermal conductivity, the jet power is approximately doubled. This is done continuously for reasons of control in this case. The risk of melting and thus additional post-treatment or processing of the workpiece is significantly reduced or completely prevented.

Claims (2)

Erfindungsanspruch:Invention claim: 1. Verfahren zum werkstoffbezogenen punktweisen Härten mittels Energieträgerstrahl, vorzugsweise Elektronenstrahl, zur Erhöhung der Festigkeit von Verschleiß ausgesetzten Metalloberflächen, gekennzeichnet dadurch, daß die Wärmezufuhr mit Hilfe eines Energieträgerstrahles in einen zu härtenden Punkt der veränderlichen Wärmeableitung angepaßt wird, derart, daß ein Anschmelzen der Oberfläche des Werkstückes unterbleibt, daß die Leistung des Energieträgerstrahles so verändert wird, daß jeweils ein Maximum an Wärmeenergie nutzbar ist und die Leistung des Energieträgerstrahles in den Einzelpunkten in Abhängigkeit der Werkstoffeigenschaften vergrößert oder verkleinert wird.1. A method for material-related point hardening by means of energy carrier beam, preferably electron beam, to increase the strength of metal surfaces exposed to wear, characterized in that the heat supply by means of an energy carrier beam is adapted to be hardened point of variable heat dissipation, such that a melting of the surface of the workpiece is omitted, that the power of the energy carrier beam is changed so that in each case a maximum of heat energy is available and the power of the energy carrier beam in the individual points depending on the material properties is increased or decreased. 2. Verfahren zum werkstoffbezogenen punktweisen Härten nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der pulsierenden Strahlleistung des Energieträgerstrahles eine veränderte Fokussierung überlagert wird.2. A method for material-related point hardening according to item 1, characterized in that the pulsating beam power of the energy carrier beam is superimposed on a changed focus.
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