DD247924A1 - METHOD FOR TREATING COATED OBJECTS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbehandlung beschichteter Gegenstaende, vorzugsweise beschichteter Werkzeugschneiden, deren beschichtete Oberflaechenbereiche einem oszillierenden Elektronenstrahl ausgesetzt werden. Das Ziel der Erfindung besteht in der Erhoehung der Rissbestaendigkeit der behandelten Oberflaechenschicht bei vorzugsweise schlagbeanspruchten Gegenstaenden. Aufgabe der Erfindung ist es, den Haerteunterschied zwischen der Oberflaechenschicht und dem Grundwerkstoff zu verringern und die Tragfaehigkeit des Grundwerkstoffes zu erhoehen. Diese Aufgabe wird dadurch geloest, dass die beschichteten Oberflaechenbereiche durch einen oszillierenden Elektronenstrahl soweit erwaermt werden, dass die verschleissfeste Oberflaechenschicht ueber ihre gesamte Schichtdicke umgeschmolzen und gleichzeitig die darunter liegende Randzone des Grundwerkstoffes in einem Bereich von etwa 0,3 mm auf Haertetemperatur erhitzt und durch Selbstabschreckung gehaertet wird. Die Erfindung ist bei der Herstellung verschleissbestaendiger Oberflaechenschichten an Gegenstaenden, insbesondere an schlagbeanspruchten Werkzeugschneiden, anwendbar.The invention relates to a process for the aftertreatment of coated articles, preferably coated tool cutting edges, whose coated surface areas are exposed to an oscillating electron beam. The object of the invention is to increase the crack resistance of the treated surface layer in articles which are preferably impact-stressed. The object of the invention is to reduce the hardness difference between the surface layer and the base material and to increase the Tragfaehigkeit the base material. This object is achieved in that the coated surface areas are heated by an oscillating electron beam so far that the wear-resistant surface layer remelted over its entire layer thickness and at the same time heated the underlying edge zone of the base material in a range of about 0.3 mm to Haertetemperatur and self-quenching is hardened. The invention can be used in the production of wear-resistant surface layers on articles, in particular on impact-loaded tool cutting edges.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbehandlung beschichteter Gegenstände, vorzugsweise von mit verschleißfesten Oberflächenschichten versehenen Werkzeugschneiden, bei dem durch Behandlung der beschichteten Oberflächenbereiche des Gegenstandes mit einem oszillierenden Elektronenstrahl die Verschleißbeständigkeit der Oberflächenschicht verbessert wird.The invention relates to a process for the aftertreatment of coated articles, preferably tool cutting edges provided with wear-resistant surface layers, in which the wear resistance of the surface layer is improved by treating the coated surface regions of the article with an oscillating electron beam.
Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit von dem Verschleiß ausgesetzten Oberflächen an Gegenständen, beispielsweise von Werkzeugschneiden, ist es bekannt, die entsprechenden Oberflächenbereiche zu härten, um die Standzeit zu erhöhen und Legierungselemente einzusparen. Neben den schon seit vielen Jahren bekannten konventionellen Härteverfahren, wie beispielsweise Induktionshärten, kann das Härten von verschleißbeanspruchten Oberflächen auch mit Hilfe eines energiereichen Ladungsträgerstrahles, wie beispielsweise mit einem Elektronenstrahl, der über die zu härtende Oberfläche bewegt wird, erfolgen (DE-OS 2232124).To increase the wear resistance of the wear surfaces of objects, such as tool cutting, it is known to harden the corresponding surface areas in order to increase the service life and to save alloying elements. In addition to the already known for many years conventional hardening process, such as induction hardening, the hardening of surfaces subject to wear can also be carried out with the aid of a high-energy carrier beam, such as an electron beam, which is moved over the surface to be hardened (DE-OS 2232124).
Der Vorteil dieses Härteverfahrens gegenüber den anderen konventionellen Härteverfahren besteht darin, daß in einer relativ kurzen Zeit ein hinsichtlich der Breite und Tiefe genau definierter Bereich der Oberfläche gehärtet werden kann und daß durch einen geringeren Wärmeeintrag in den zu härtenden Gegenstand eine verzugsfreie Härtung möglich ist.The advantage of this hardening method over the other conventional hardening methods is that within a relatively short time, a surface area well defined in terms of width and depth can be hardened, and distortion-free hardening is possible through less heat input into the object to be cured.
Die Verschleißfestigkeit von Oberflächen kann auch dadurch erhöht werden, daß die auf Verschleiß beanspruchten Oberflächenbereiche mit einer Hartstoffschicht versehen werden, die durch verschiedene Verfahren, beispielsweise durch Aufspritzen, Aufwalzen usw. aufgebracht werden kann.The wear resistance of surfaces can also be increased by providing the wear areas on the surface areas with a layer of hard material that can be applied by various methods, such as spraying, rolling, etc.
Hartstoffschichten haben aber den Nachteil, daß sie eine relativ hohe Porosität aufweisen und eine geringe Haftfestigkeit auf dem Grundwerkstoff besitzen. Solche Schichten neigen deshalb bei stärkerer Kantenbelastung zur Rißbildung und zum Ausbrechen.But hard coatings have the disadvantage that they have a relatively high porosity and have a low adhesion to the base material. Such layers therefore tend to crack and break when subjected to more severe edge loading.
Zur Beseitigung dieser Nachteile ist durch die DE-AS 2360547 ein Verfahren zur Verbesserung von aufgespritzten Schichten auf Lager- und Werkzeugteilen bekannt geworden, bei dem die aufgespritzte Schicht in einer Vakuumkammer mit Hilfe eines Elektronenstrahles umgeschmolzen wird, wobei die Leistung und die Intensität des Elektronenstrahles so eingestellt ist, daß nur die Schicht selbst umgeschmolzen wird.To overcome these disadvantages, DE-AS 2360547 has disclosed a method for improving sprayed layers on bearing and tool parts, in which the sprayed-on layer is remelted in a vacuum chamber with the aid of an electron beam, the power and the intensity of the electron beam being such is set that only the layer itself is remelted.
Durch das Umschmelzen der aufgespritzten Schicht, die vorzugsweise aus 50% Wolframcarbid in einer Nickel-Cobald-Matrix besteht, wird eine feinere und gleichmäßigere Verteilung der Karbide erreicht und gleichzeitig der Diffussionsgrad zwischen der Schicht und dem Grundwerkstoff erhöht, wodurch die Haftfestigkeit der Schicht auf dem Grundwerkstoff verbessert wird.By remelting the sprayed layer, which preferably consists of 50% tungsten carbide in a nickel-cobalt matrix, a finer and more uniform distribution of carbides is achieved and at the same time increases the degree of diffusion between the layer and the base material, whereby the adhesion of the layer on the Base material is improved.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß die nach diesem bekannten Verfahren behandelten Oberflächenschichten bei starken Flächenpressungen, insbesondere bei starken Schlagbeanspruchungen, zu Rissen und Ausplatzungen neigen. Die Ursache dafür liegt darin, daß zwischen der Oberflächenschicht und dem vergüteten Grundwerkstoff ein hoher Härteunterschied vorhanden ist und die Tragfähigkeit der an die Oberflächenschicht angrenzenden Randzone des Grundwerkstoffes relativ geringHowever, it has been found that the surface layers treated by this known method tend to crack and peal in the case of strong surface pressures, in particular under strong impact loads. The reason for this is that between the surface layer and the quenched base material, a high difference in hardness is present and the carrying capacity of the adjacent to the surface layer edge zone of the base material relatively low
Die Beseitigung dieses Nachteiles durch das Auftragen von dickeren Hartstoffschichten ist nicht möglich, weil der meist vergütete Grundwerkstoff durch die hohe Wärmeeinwirkung zu stark angelassen würde. Auch das prinzipiell mögliche Vergüten des Grundwerkstoffes auf höhere Festigkeitswerte ist nicht sinnvoll, da die Zähigkeit des Grundwerkstoffes zu gering wäre und damit eine erhöhte Bruchgefahr des beschichteten Gegenstandes bestehen würde.The elimination of this disadvantage by applying thicker layers of hard material is not possible because the usually tempered base material would be tempered too much by the high heat. Also, in principle possible quenching of the base material to higher strength values is not useful, since the toughness of the base material would be too low and thus there would be an increased risk of breakage of the coated article.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Nachbehandlung beschichteter Gegenstände zu schaffen, das auch bei stärkerer Schlagbeanspruchung des Gegenstandes eine hohe Rißbeständigkeit der behandelten Oberflächenschicht gewährleistet.The object of the invention is to provide a process for the aftertreatment of coated articles, which ensures a high crack resistance of the treated surface layer even with stronger impact stress of the article.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zur Nachbehandlung beschichteter Gegenstände, bei dem ein oszillierender Elektronenstrahl auf die beschichteten Oberflächenbereiche einwirkt, derart weiter zu entwickeln, daß eine Verringerung des Härteunterschiedes zwischen der Oberflächenschicht und dem Grundwerkstoff sowie eine Erhöhung der Tragfähigkeit des Grundwerkstoffes bewirkt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beschichteten Oberflächenbereiche des Gegenstandes durch den oszillierenden Elektronenstrahl soweit erwärmt werden, daß die verschleißfeste Oberflächenschicht über ihre gesamte Schichtdicke umgeschmolzen und gleichzeitig die an die Oberflächenschicht angrenzende Randzone des Grundwerkstoffes in einem Bereich von vorzugsweise 0,3mm auf Härtetemperatur erhitzt und durch Selbstabschreckung gehärtet wird. Dabei wird der oszillierende Elektronenstrahl mit einem Vorschub von 1 bis 2,5cm/s und einer Flächenleistung von 1 000 bis 1 200Ws/cm2 über die beschichteten Oberflächenbereiche des Gegenstandes bewegt.The invention is based on the object, the known method for the aftertreatment of coated articles, in which an oscillating electron beam acts on the coated surface areas to further develop such that causes a reduction in the hardness difference between the surface layer and the base material and an increase in the load capacity of the base material becomes. This object is achieved in that the coated surface areas of the article are heated by the oscillating electron beam to the extent that the wear-resistant surface layer remelted over its entire thickness and at the same time adjacent to the surface layer edge zone of the base material in a range of preferably 0.3 mm to hardening temperature heated and cured by self-quenching. In this case, the oscillating electron beam is moved over the coated surface areas of the object at a feed rate of 1 to 2.5 cm / s and a surface output of 1 000 to 1 200 Ws / cm 2 .
Als Oberflächenschicht wird vorzugsweise eine flammgespritzte Hartstoffschicht, bestehend aus mindestens 50 Vol.-% Nickel-Chrom-Bor-Silizium und bis 50VoI.-% Wolframcarbid verwendet.The surface layer used is preferably a flame-sprayed hard material layer consisting of at least 50% by volume of nickel-chromium-boron-silicon and up to 50% by weight of tungsten carbide.
Durch die erfindungsgemäße Behandlung der beschichteten Oberflächenbereiche des Gegenstandes mit Hilfe des oszillierenden Elektronenstrahles wird erreicht, daß die Härte von der Oberflächenschicht zum Grundwerkstoff nicht sprungartig, sondern durch die sich an die Oberflächenschicht anschließende gehärtete Randzone des Grundwerkstoffes allmählich abnimmt und daß die Tragfähigkeit des Grundwerkstoffes erhöht wird.The inventive treatment of the coated surface areas of the article by means of the oscillating electron beam ensures that the hardness of the surface layer to the base material does not abruptly, but gradually decreases by the adjoining the surface layer hardened edge zone of the base material and that the carrying capacity of the base material is increased ,
Durch diesen günstigen Härtegradienten von der Oberflächenschicht zum Grundwerkstoff werden ungünstige Spannungszustände zwischen Schicht und Grundwerkstoff vermieden und dadurch die Gefahr der Rißbildung sowie des Abplatzens der Oberflächenschicht verringert.Due to this favorable hardness gradient from the surface layer to the base material, unfavorable stress states between the layer and the base material are avoided, thereby reducing the risk of cracking and spalling of the surface layer.
Durch die Erhöhung der Tragfähigkeit des Grundwerkstoffes ist es möglich, auch mit relativ dünnen Hartstoffschichten bis ca. 0,3 mm eine hohe Verschleißfestigkeit zu erreichen und dadurch hochwertige Hartstoffe einzusparen.By increasing the load-bearing capacity of the base material, it is possible to achieve high wear resistance even with relatively thin layers of hard material up to approx. 0.3 mm, thereby saving on high-quality hard materials.
Bei besonders schlagbeanspruchten Gegenständen ist es vorteilhaft, daß die Randzone des Grundwerkstoffes des beschichteten Gegenstandes nach dem Härten mit Hilfe einer Wärmequelle, vorzugsweise eines Elektronenstrahles mit einer Flächenleistung von 500 bis 960 Ws/cm2, angelassen wird, so daß die Härte in der Härtezone des Grundwerkstoffes stärker abfällt als die Härte in der Oberflächenschicht. Durch diese Anlaßbehandlung wird der Härtegradient zwischen der Oberflächenschicht und dem Grundwerkstoff weiter verbessert.In the case of articles subject to particularly impact, it is advantageous for the edge zone of the base material of the coated article after tempering to be tempered with the aid of a heat source, preferably an electron beam having a surface power of 500 to 960 Ws / cm 2 , so that the hardness in the hardening zone of the Base material decreases more than the hardness in the surface layer. By this tempering treatment, the hardness gradient between the surface layer and the base material is further improved.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll am Beispiel der Herstellung beschichteter Häckselmesser für Feldhäcksler beschrieben werden. Das Häckselmesser wird zunächst im Schneidenbereich in einer Breite von ca. 25 mm auf seiner gesamten Länge blankgeschliffen und in diesem Bereich auf 300 bis 3500C vorgewärmt.The process according to the invention will be described using the example of the production of coated chopping blades for forage harvesters. The chopper knife is first polished in the cutting area in a width of about 25 mm over its entire length and preheated in this area to 300 to 350 0 C.
Anschließend wird eine Hartstoffschicht mit einer Schichtdicke vom ca. 0,3 mm, die vorzugsweise aus einem Pulvergemisch von mindestens 50VoI.-% Nickel-Chrom-Bor-Silizium und bis zu 50VoI.-% Wolframcarbid besteht, mit Hilfe des bekannten Flammspritzverfahrens, das an dieser Stelle nicht näher beschrieben wird, aufgebracht.Subsequently, a hard material layer with a layer thickness of about 0.3 mm, which preferably consists of a powder mixture of at least 50VoI .-% nickel-chromium-boron-silicon and up to 50VoI .-% tungsten carbide, using the known flame-spraying method is not described in detail here, applied.
Das beschichtete Häckselmesser wird danach im beschichteten Schneidenbereich einem oszillierenden Elektronenstrahl ausgesetzt, der mit einem Vorschub von 1 bis 2,5cm/s und einer Flächenleistung von 1 000 bis 1 200Ws/cm2 über den beschichteten Schneidenbereich des Häckselmessers bewegt wird.The coated chopper knife is then exposed in the coated cutting area an oscillating electron beam, which is moved with a feed of 1 to 2.5 cm / s and a surface power of 1,000 to 1 200Ws / cm 2 over the coated cutting area of the chopper.
Dabei wird dieser Bereich soweit erwärmt, daß die Hartstoffschicht über ihre gesamte Schichtdicke umgeschmolzen und gleichzeitig die an die Hartstoffschicht angrenzende Randzone des Grundwerkstoffes in einem Bereich von ca. 0,3 mm auf Härtetemperatur erhitzt und durch Selbstabschreckung gehärtet wird.In this case, this area is heated to the extent that the hard material layer remelted over its entire layer thickness and at the same time the edge zone of the base material adjacent to the hard material layer is heated in a range of about 0.3 mm to hardening temperature and cured by self-quenching.
Durch die Art und Weise der Nachbehandlung des beschichteten Schneidenbereiches des Häckselmessers wird erreicht, daß die Härte von der Hartstoffschicht zum Grundwerkstoff allmählich abnimmt und dadurch ein günstigerer Härtegradient zwischen Hartstoff schicht und Grundwerkstoff vorhanden ist. Dasführtzu dem Vorteil, daß ungünstige Spannungszustände zwischen der Hartstoffschicht und dem Grundwerkstoff vermieden und die Rißbildungsgefahr der Hartstoffschicht verringert wird, was mit einer höheren Standzeit des Häckselmessers verbunden ist.By the manner of the aftertreatment of the coated cutting area of the chopper blade is achieved that the hardness of the hard material layer gradually decreases to the base material and thus a more favorable hardness gradient between hard material layer and base material is present. This leads to the advantage that unfavorable stress states between the hard material layer and the base material are avoided and the risk of cracking of the hard material layer is reduced, which is associated with a longer service life of the chopper blade.
Außerdem wird bei den angegebenen Verfahrensparametern eine gleichmäßigere porenfreie, gut haftende Hartstoffschicht mit einer guten Oberflächengüte erzeugt.In addition, a more uniform pore-free, well-adhering hard material layer with a good surface quality is produced at the specified process parameters.
Da die Häckselmesser beim Häckselvorgang einer durch Fremdkörpereinwirkung hervorgerufenen besonders hohen Schlagbeanspruchung ausgesetzt sind, ist es vorteilhaft, die gehärtete Randzone des Grundwerkstoffes anzulassen, indem der beschichtete Schneidenbereich auf konventionelle Art und Weise oder mit Hilfe eines Elektronenstrahles, der eine Flächenleistung von 500 bis 960 Ws/cm2 aufweist, behandelt wird. Durch diese Anlaßbehandlung wird erreicht, daß die Härtezone des Grundwerkstoffes stärker abfällt, als die Härte in der Oberflächenschicht, wodurch der Härtegradient von der Hartstoffschicht zum Grundwerkstoff weiter verbessert wird und damit die Riß-und Bruchgefahr der Hartstoffschicht auch bei einer hohen Schlagbeanspruchung gering ist.Since the chopping blades are exposed to a particularly high impact stress caused by foreign body impact during the chopping process, it is advantageous to temper the hardened edge zone of the base material by applying the coated cutting region in a conventional manner or with the aid of an electron beam having a surface power of 500 to 960 Ws /. cm 2 , is treated. By this annealing is achieved that the hardness zone of the base material drops more than the hardness in the surface layer, whereby the hardness gradient of the hard material layer to the base material is further improved and thus the risk of cracking and fracture of the hard material layer is low even with a high impact stress.
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- 1986-04-10 DD DD28898886A patent/DD247924A1/en not_active IP Right Cessation
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