DD268836A3

DD268836A3 - Verfahren zum oberflaechenbehandeln metallischer hohlwellen mittels erergietraegerstrahl

Info

Publication number: DD268836A3
Application number: DD28838486A
Authority: DD
Inventors: Steffen Keitel; Werner Kuenzel; Goetz Sobisch
Original assignee: Zentralinstitut Schweiss
Priority date: 1986-03-27
Filing date: 1986-03-27
Publication date: 1989-06-14

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Oberflaechenbehandeln metallischer Hohlwellen mittels Energietraegerstrahl. Ziel ist, die Verschleissfestigkeit von auf besonders verzugsgefaehrdeten Hohlwellen aufgebrachten Schutzschichten zu erhoehen. Es sind solche Verschleissschichten zu entwickeln, die eine hohe Verschleissbestaendigkeit besitzen, druckbestaendig aber dennoch elastisch sind, kurzzeitige Ueberbelastungen aufnehmen koennen und ein Verzug der Hohlwellen auf ein Minimum beschraenkt bleibt. Erfindungsgemaess wird in die Oberflaeche einer Hohlwelle durch einen Energietraegerstrahl entlang einer Linie Waermeenergie in Form von Haertepunkten eingebracht, wobei das Einbringen der Haertepunkte abstandsweise so erfolgt, dass ein bereits eingebrachter Haertepunkt von dem nachfolgenden Haertepunkt teilweise so ueberlappt wird, dass sich eine Martensitschicht bildet, deren kugelartig nappenfoermige Fortsaetze in den Grundwerkstoff fortlaufend uebergehen, wobei die Dicke der durchgehenden Martensitschicht zur Tiefe der noppenfoermigen Fortsaetze sich vorzugsweise wie 3:2 verhaelt und den tragbaren Spannungen des Grundwerkstoffes angepasst sind, und dass abschliessend auf die durchgehende Martensitschicht eine Chromverschleissschicht in herkoemmlicher Weise aufgebracht wird.

Description

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, die Oberfläche von Wellen oder Hohlwellen durch Härten verschleißfest zu machen. Dazu bedient man sich üblicherweise der Einsatzhärtung. Das Grundsätzliche der Einsatzhärtung besteht darin, die Randzone eines Strahles mit niedrigem Kohlenstoffgehalt aufzukohlen, so daß sie härtbar wird. Das Einsatzhärte-Verfahren ist verhältnismäßig teuer, erfordert viel Erfahrungen und muß mit größter Sorgfalt durchgeführt werden, damit kein Ausschuß entsteht. Besteht schon bei vollen Wellen eine starke Verzugsgefahr, so vergrößert sich diese Gefahr erheblich bei hohlen Wellen, woraus eine hohe Unregelmäßigkeit in der Fertigkeit resultiert.

Aus diesen Gründen wurde vielfach auf ein Härten der Oberfläche solcher Teile verzichtet und man brachte als Verschleißschicht Chromschichten oder andere Schutzschichten auf.

Der Nachteil bei diesen Lösungen liegt darin, daß derartige Schutzschichten relativ weich sind, da sie durch den Grundwerkstoff nur unzureichend gestützt werden. Dadurch kommt es einmal zu einem frühzeitigen Verschleiß der Teile bzw. bei einer Verschleißbeanspruchung zum Abplatzen der Chromschicht.

Auch ist allgemein bekannt, metallische Oberflächen mittels eines Eneryleträgerstrahles punktweise zu härten. Nach der DE-OS 2203148 ist bekannt, eine punkt-, linien- oder flächenförmige Wärmebehandlung eines metallischen Werkstückes vorzunehmen. Hier wird jedoch vorwiegend das Umschmelzen von Workstückoberflächen durchgeführt, wobei zwei Methoden bekannt sind:

— Härten von Oberflächenschichten, die nach der Wärmebehandlung eine konstante Schichtdicke und ein homogenes Härtegefügs aufweisen.

— Inselhärten; dabei werden nur einzelne Oberflächenzonen gehärtet, der umgebende Grundwerkstoff bleibt unberührt. Beim späteren Belastungsfall wirkt der Grundwerkstoff als Schmiermitteltasche.

in der DE-OS 2311283 wird eine Wärmebehandlung von Stählen beschrieben, wobei unter Ausnutzung der Wärmeableitung in den Grundwerkstoff (Selbstabschreckung) ein Oberflächenhärten an umwandlungsfähigen Stählen durchgeführt wird. Der Energieeintrag beträgt hierbei ein Minimum. Angaben über eine spezielle Energiequelle sind der Schrift nicht zu entnommen. Die als Schutzschicht eingesetzten Chromschichten erfüllen zwar zum Teil ihre Aufgabe, sie versagen jedoch völlig, wenn sie außer ihrer Verschleißbeständigkeit noch auftretende hohe Kräfte aufnehmen müssen.

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung ist die Verschleißfestigkeit von auf besonders stark verzugsgefährdeten Hohlwellen aufgebrachten Schutzschichten zu erhöhen.

Das Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung metallischer Hohlwellen zu entwickeln und Maßnahmen vorzusehen, welche das Herstellen solcher Verschleißschichten gestatten, die ρ .ie hohe Verschleißbeständigkeit besitzen, druckbeständig aber dennoch elastisch sind, so daß kurzzeitige Überbelastungen aufgenommen werden können und ein Verzug der Hohlwellen auf ein Minimum beschränkt bleibt.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß in die Oberflüche einer Hohlwelle durch einen Energiöträgerstrahl entlang einer Linie Wärmeenergie in Form von Härtepunkten eingebracht wird, wobei das Einbringen der Härtepunkte abstandsweise so erfolgt, daß ein bereits eingebrachter Härtepunkt von dem nachfolgenden Härtepunkt teilweise so überlappt wird, daß sich eine Martensitstützschicht bildet, deren noppenförmige Fortsetzungen in den Grundwerkstoff fortlaufend übergehen, wobei die Dicke der durchgehenden Martensitstützschicht zur Tiefe der nappenförmigen Fortsätze sich

vorzugsweise wie 3:2 verhält, und daß abschließend auf die durchgehende Martensitschicht eine Chromverschleißschicht in herkömmlicher Weise aufgebracht wird.

Nach einem Merkmal der Erfindung kann durch eine geeignete Temperatur-Zeit-Prozeßführung die durchgehende Martensitschicht „a" kurzzeitig partiell angelassen werden. Dadurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine erhöhte Zähigkeit des Gefüges, womit die notwendige Elastizität der Verschleißschicht bei einer punktweisen Stoßbelastung erreicht wird. Handelt es sich um ein Verschleißproblem, beispielsweise eine Rollreibung, so können die entsprechenden Funktionen einer Hohlwelle gegebenenfalls auch durch Erzeugen der beschriebenen Martensitstützschicht realisiert werden, wobei ein Anlassen nicht erfolgt.

Das Erfindungswesentliche bei der Oberflächenbehandlung besteht darin, daß eine MartensitsiüUodiichi geschaffen wurde, die folgende Geometrie besitzt:

Verschleißschutzschicht /

Martensitstützschicht

Kennzeichnend ist eine durchgehende Martensitschicht mit einer Stärke „a", die dann übergeht in eine halbkugelförmige Noppenschicht, mit einer Tiefe „b". Werden nun auf die Verschleißschutzschicht Kräfte aufgebracht, v/erden diese von der Martensitstützscii.icht nufgenommen und unter Zerlegung der Kraftrichtung in den Grundwerkstoff weitergeleitet. Die Zerlegung bzw. der teilweise Wechsel der Kraftrichtung wird durch die Halbkugelform der Martensitnoppen bewirkt. Der Flächendruck, der auf den Grundwerkstoff wirkt, wird durch die größere Fläche der Noppen den tragbaren Spannungen des Grundwerkstoffes angepaßt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden, bei dem die Oberfläche einer Hohlwelle behandelt und mit einer Verschleißschicht überzogen wird.

Es handelt sich um eine Hohlwelle, bestehend aus einem Stahl 100Cr 6, die eine Länge von 800 mm undeinen Durchmesser von 40mm aufweist und eine Wanddicke von 6,5mm besitzt. Die Welle weist auf ihrer Länge e!f Verschleißstellen auf, deren Breite 15mm beträgt. Vor rier Behandlung der Oberfläche wird die Hohlwelle zunächst auf ein Untermaß von 39,8 mm gedreht. Anschließend erfolgt ein punktweises Härten der Hohlwelle mit Hilfe eines Elektronenstrahles, durch welchen Härtepunkte entlang einer Linie eingebracht werden bei einer Punktzeit von 0,05s. Auf einer etwa 15 mm langen Linie werden 10 Härtepunkte eingebracht, wobei dies bei einer Drehzahl der Welle von 1,43min"¹ und einer Strahlleistung von etwa 450W erfolgt. Nach Einbringung des ersten Wärmeeintrages bildet sich, bedingt durch die Selbstabschreckung des Werkstoffes, eine Martensitinsel aus. Diese wird bei Einbringung des zweiten Wärmeeintrages von der sich bildenden nächsten Martensitinsel teilweise überlappt. Dabei verhält sich die Dicke der durchgehenden Martensitschicht (a) zur Tiefe der kugelartig noppenförmigen Fortsätze (b) in den Grundwerkstoff wie 3:2. Die Martensitstützschicht ist den tragbaren Spannungen des Grundwerkstoffes optimal angepaßt

Abschließend wird auf die Martensitstützschicht in herkömmlicr er Weise eine Chromverschleißschicht aufgebracht.

Claims

Verfahren zum Oberflächenbehandeln metallischer Hohlwellen mittels Energieträgerstrahls, vorzugsweise Elektronenstrahl, insbesondere zur Erzielung von Verschleißschichten auf besonders stark verzugsgefährdeten Hohlwellen, die vorwiegend bei der Rollreibung eine hohe Verschleißbeständigkeit besitzen, gekennzeichnet dadurch, daß in die Oberfläche einer Hohlwelle durch einen Energieträgerstrahl Wärmeenergie in Form von Härtepunkten eingebracht wird, wobei das Einbringen der Härtepunkte abstandsweise so erfolgt, daß ein bereits eingebrachter Härtepunkt von dem nachfolgenden Härtepunkt teilweise so überlappt wird, daß sich eine Martensitschicht bildet, deren noppenförmige Fortsätze in den Grundwerkstoff fortlaufend übergehen, wobei sich die Dicke der durchgehenden Martensitschicht ;wr Tiefe der noppenförmigen Fortsätze mindestens wie 3:2 verhält.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Oberflächenbehandeln metallischer Hohlwellen mittels Energieträgerstrahls, vorzugsweise Elektronenstrahl, insbesondere zur Erzielung von Stütz-Verschleißschichten auf besonders stark verzugsgefährdeten Hohlwellen, die vorwiegend bei der Rollreibung eine hohe Verschleißbeständigkeit besitzen.