Erfindungsanspruch:
Verfahren zur Nachbehandlung von Eisenwerkstoffen nach dem Gasphasenborieren, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise borierte Teile aus Eisenwerkstoffen einer Wärmebehandlung unter Schutzgas bei eutektischer Temperatur des Systems Fe-Fe3C-Fe2B (1 370K) unterzogen werden, wobei die Behandlungszeit von der Umwandlungstiefe von Verbindungs- und Diffusionszone, d. h., von der Ausdehnung der eutektischen Schicht, abhängig ist.
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbehandlung von Eisenwerkstoffen nach dem Gasphasenborieren, 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 870-1400KBoridschichten auf Eisenwerkstoffen herstellbar sind. Es ist weiterhin bekannt, daß die Borierung inverschiedenen Temperaturstufen (JPS 7618946, DD-WP 225454) oder in mehreren Behandlungsstufen mit unterschiedlichem BCI3-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.
Ziel der Erfindung
Die Erfindung hat das Ziel, eine hohe Härte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Verbundwerkstoffes im oberflächennahen Bereich zu erreichen und gleichzeitig die Oberflächengüte und Gleichmäßigkeit der Schicht zu verbessern.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Nachbehandlung von Eisenwerkstoffen nach dem Gasphasenborieren zu entwickeln, um die Verbundstabilität und Haftfestigkeit der Boridschicht zu erhöhen und die Effektivität des Gasphasenborierens zu verbessern, ebenso eine Qualitätsverbesserung der Boridschicht in bezug auf Inhomogenitäten und Ausbrüche zu erreichen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach ansich bekannter Erzeugung einer Boridschicht in der Gasphase (BCI3-H2-Gemisch mit Gesamtgasdurchsatz von 6l/h, 2,3VoI.-% BCI3, Beschichtungstemperatur: 1170K, Beschichtungszeit: je nach Schichtdicke) dadurch gelöst, daß das borierte Substrat einer Wärmebehandlung unter Schutzgas unterzogen wird. Die Behandlungstemperatur entspricht dabei der eutektischen Temperatur des Zustandssysterris Fe-Fe3C-Fe2B. Die Behandlungszeit richtet sich nach der Behandlungstiefe von Verbindungs- und Diffusionszone (0-1 min). Dabei gilt, je länger die Behandlungszeit ist, um so vollständiger werden Verbindungs- und Diffusionszone in eine eutektische Schicht umgewandelt. Je kürzer die Behandlungszeit ist, um so mehr bleibt eine Fe2B-Schicht über einer eutektischen Zwischenzone erhalten. Das Abkühlungsregime entspricht dem notwendigen für das gewünschte Endgefüge. Während der Wärmebehandlung tritt eine eutektische Aufschmelzung der Randzone auf. Das Eutektikum besteht aus γ-Eisen, Fe2B und Fe3 (C, B). Bei erhöhtem Kohlenstoffgehalt des Stahles sind borlegierte Perlitdepdriten (Normalglühen) oder borlegierte Martensitdendriten (Härten) in das Eutektikum eingelagert. Die Endmorphologie und die Eigenschaften der eutektischen Struktur der Zwischenschicht sind von der Abkühlungsgeschwindigkeit abhängig. Durch die eutektische Aufschmelzung im kritischen Übergangsbereich von Boridschicht und Substrat werden Eigenspanungen abgebaut, was nicht nur zur Erhöhung der Verbundstabilität und Haftfestigkeit der Boridschicht, sondern auch zur Qualitätserhöhung (hinsichtlich Ausbrüche und Inhomogenitäten) dieser führt. Dadurch verbessern sich die damit in Verbindung stehenden technologischen Eigenschaften. Werden sowohl Diffusionszone als auch Verbindungszone aufgeschmolzen, so entsteht eine harte, eutektische Schicht mit weniger harten Einlagerungen, je nach Kohlenstoffgehalt des Stahles (s.o.). Diese Schicht hat sehr gute Verschleißeigenschaften, ähnlich einer Dispersionsverschleißschutzschicht.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben werden. Teile aus Eisenwerkstoffen (z. B. C45, C80, C130) werden entfettet, gespült und getrocknet. Sie werden im H^-Strom auf 1170K erwärmt und bei dieser Temperatur 2 Stunden in einem Gasstrom der Zusammensetzung 97,7 Vol.-% H2 und 2,3Vol.-% BCl3 mit einem Gasdurchsatz von 6l/h boriert. Es entstehen Boridschichten mit einer Gesamtschichtdicke FeB + Fe2B von rund 80 pm je nach Stahlsorte. Anschließend werden die Teile im Argonstrom auf 1370K erwärmt und ohne Haltezeit an der Luft abgekühlt. Es entstehen Schichten mit der Schichtfolge: Fe2B / eutektische Schicht (mit Perlitdendriten bei erhöhtem Kohlenstoffgehalt des Stahles, z. B. C130) / Grundwerkstoff. Der Härteabfall von der Schicht zum Kern des Substratwerkstoffes ist kontinuierlich, da das Eutektikum eine Härte von 1400 HV 0,02 besitzt (Fe2B: 1700HV 0,02; Matrix: je nach Grundwerkstoff). Werden die Teile nach der