DD258028A1 - Verfahren zum aufborieren von eisenwerkstoffen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufborieren von Eisenwerkstoffen. Die Anwendungsgebiete der Erfindung finden sich im Textil-, Schwer- und allgemeinen Maschinenbau zur Loesung von Verschleissproblemen. Die Erfindung hat das Ziel, neben hoher Haerte und Verschleissfestigkeit, Zaehigkeit und Dauerfestigkeit im oberflaechennahen Bereich des Werkstoffes zu verbessern und ausserdem die Oberflaechenguete des unbehandelten Werkstoffes im wesentlichen zu erhalten. Das Verfahren ist kostenguenstig und umweltfreundlich. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe geloest, indem Teile aus Eisenwerkstoffen in einem BCl3-H2-Gemisch mit einem Mischungsverhaeltnis von 4-1910 5 (Verdampfertemperatur BCl3: 220-245 K) bei einer Temperatur von 1 170 K solange boriert werden, bis die Loeslichkeitsgrenze des Bors in Eisen erreicht ist (1-2 h), so dass eine ausgepraegte Diffusionszone entsteht (borlegierter Stahl). Anschliessend kann eine Gasborierung nach bekannter Weise mit einem Abkuehlungsregime je nach Endgefuege erfolgen.

Description

-2- Z58UZ8 Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden. Teile aus den Stählen C45, C80, und C130 werden entfettet, gespült und getrocknet. Sie werden im BCl3-H₂-Strom, derein Mischungsverhältnis von 4 · 10~⁵ und einen Gesamtdurchsatz von 6 l/h besitzt, auf eine Temperatur von 1170K erwärmt und bei dieser Temperatur 2 Stunden aufboriert. Nach kurzer Spülung (5-10 min) mit einem Schutzgas (Argon) werden die Teile im Wasser abgeschreckt. Die Oberflächengüte entspricht den unbehandelten Werkstücken. Anhand der metallographischen Untersuchungen konnte in der Randzone ein borlegierter Martensit ohne Fe₂B-Ausscheidungen mit einer Härte von 1100 HV 0,002 gefunden werden. Der Härteabfall in Richtung Kern des Werkstoffes ist kontinuierlich. Mittels Kerbschlagbiegeversuch konnte eine 0,2-0,3mm breite Verformungsbruchzone neben dem spröden Bruch des Kerns festgestellt werden. Borautoradiographische Untersuchungen zeigen eine weit ins Innere reichende Bordiffusion, die vom Kohlenstoffgehalt des Stahles abhängig ist. Alle technologisch günstigen Kennwerte des borlegierten Stahles sind somit in diesem Diffusionsbereich gegeben. In einem 2. Beispiel wurden die Teile wie oben behandelt und anschließend mit einem Mischungsverhältnis von 34 · 10"⁵ (Verdampfertemperatur BCI₃: 260K), einer Temperatur von 1170K und einem Gasdurchsatz von 6l/h nachbehandelt und im Ofen abgekühlt bzw. im Wasser abgeschreckt. Die entstandenen einphasigen Fe₂B-Schichten hatten eine Dicke von 30pm, waren festhaftend und von gleichmäßig hoher Oberflächengüte.

Claims (1)

1. Verfahren zum Aufborieren von Eisenwerkstoffen unter Verwendung an sich bekannter Öfen oder Reaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß Teile aus Eisenwerkstoffen in einem BCI₃-H₂-Gemisch mit einem Mischungsverhältnis von 4-19 · 10~⁵ (Verdampfertemperatur BCI₃: 220-245 K) solange boriert werden, bis die Löslichkeitsgrenze von Bor in Eisenwerkstoffen erreicht ist, so daß eine ausgeprägte Diffusionszone entsteht.

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufborieren von Eisenwerkstoffen vorzugsweise auf Werkzeugen und Konstruktionsteilen. Die Erfindung findet vor allem zur Lösung von Verschleißproblemen im Textil-, Schwer- und allgemeinen Maschinenbau Anwendung.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Es ist bekannt, daß durch Verwendung von Bortrichlorid (BCI₃) im Gemisch mit Wasserstoff oder im Gemisch mit Wasserstoff und einem Inertgas, z. B. Stickstoff oder Argon, bei Temperaturen von 870-1400K Boridschichten auf Eisenwerkstoffen herstellbar sind. Es ist weiterhin bekannt, daß die Borierung in verschiedenen Temperaturstufen (JPS 7618946, DD-WP 225454) oder in mehreren Behandlungsstufen mit unterschiedlichem BCl₃-Anteil in der Gasphase (DE-OS 3139462) erfolgen kann. Des weiteren können dem Boriergemisch andere Stoffe zugesetzt werden (DD-WP 139602, DE-OS 3139462). Dabei entstehen zweiphasige Boridschichten, wobei die FeB-Phase wegen ihrer Sprödigkeit möglichst unterdrückt werden soll und durch zusätzliche Wärmebehandlung in Fe₂B umgewandelt werden kann. Bei den genannten Verfahren tritt oft nachteiliges Abplatzen, begründet durch unzureichende Haftfestigkeit und hohen Spannungszustand im Schicht-Matrix-Bereich, auf. Auf Grund des hohen Boranteils in der Gasphase entsteht meist sofort, eine Borverbindungszone, wobei eine Bordiffusion in den Grundwerkstoff nur schwer möglich ist. Besonders schwierig ist die Borierung von höherlegierten und hochkohlenstoffhaltigen Stählen — meist haften die Boridschichten nur schlecht. Die Oberflächengüte der borierten Werkstoffe ist unzureichend, da die Oberfläche stark aufgerauht ist.

   Ziel der Erfindung

   Die Erfindung hat das Ziel, die Härte, Verschleißfestigkeit, Zähigkeit und Dauerfestigkeit im oberflächennahen Bereich von Eisenwerkstoffen wesentlich zu verbessern, die Oberflächengüte des unbehandelten Werkstoffes zu erhalten und den Aufwand des Borierverfahrens zu verringern.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufborieren von Eisenwerkstoffen zu entwickeln, um neben hoher Härte und Verschleißfestigkeit, eine bessere Zähigkeit und Dauerfestigkeit bei gleichzeitig guter Oberflächengüte der Randzone zu erreichen und dabei insbesondere auch hochkohlenstoffhaltige und höherlegierte Stähle aufzuborieren und anschließend zu borieren. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe unter Verwendung an sich bekannter Öfen dadurch gelöst, daß der Eisenwerkstoff einer Gasatmosphäre, bestehend aus einem BC!₃-H2-Gemisch im Mischungsverhältnis von 4-19 · 10~⁵ (Verdampfertemperatur BCI₃: 220-245 K), bei einer Temperatur von 1170 k 1-2 Stunden ausgesetzt wird. Durch die Ausnutzung des Vorteils des Gasborierens hinsichtlich der Möglichkeit der Einstellung bestimmter, variabler Gaszusammensetzungen kann durch einen definierten geringen Boranteil der Gasphase Bor in den Werkstoff eindiffundieren und liegt im Eisen getöst vor (borlegierter Stahl in der Randzone). Es kommt zu keiner Phasenausscheidungf Fe₂B. Durch den Härtbarkeitseffektvon Bor im Stahl kann der Kohlenstoffgehalt des Werkstoffes erniedrigt werden, ohne daß eine Härteminderung eintritt bzw. erlangen kohlenstoffarme Stähle in der Randzone eine erhöhte Härtbarkeit, wenn sich dort gelöstes Bor befindet. Neben der Erhöhung der Härte durch den Borverfestigungseffekt tritt beim Eindiffundieren von Bor eine Dauerfestigkeitserhöhung auf. Wegen des geringen Borhalogenidanteils der Gasatmosphäre wird bei definierten Strömungsbedingungen ebenso der korrosive Angriff der Oberfläche während der Behandlung wesentlich herabgesetzt, was zu einer besseren Oberflächenqualität (niedrigere Rauhtiefe) des behandelten Eisenwerkstoffes führt. .

   Nach der Aufborierung kann eine an sich bekannte Borierung durchgeführt werden, wobei dann im Anschluß an eine ausgeprägte Diffusionszone eine Verbindungszone Fe₂B/FeB entsteht. Durch die Kombination dieser beiden Verfahren ist ein kontinuierlicher Härteübergang von der Oberfläche zum Kern des Werkstoffes vorhanden; die Eigenspannungen in der Übergangszone: Verbindungsschicht-Werkstoff werden abgebaut, so daß dadurch die Haftfestigkeit der Boridschicht erhöht wird. Die Erfindung ist vor allem auch für hochkohlenstoffhaltige und höherlegierte Stähle geeignet, da hier eine Bordiffusion in den oberflächennahen Bereich ermöglicht wird. Die Effektivität des Gasphasenborierens kann gesteigert werden, und es entstehen qualitativ bessere und gleichmäßigere Schichten. Wegen einer bedeutenden Kosteneinsparung können' Aufborierung, Borierung und Härten in einem Behandlungsprozeß kombiniert werden.