DD270091A1

DD270091A1 - Verfahren zur oberflaechenmodifikation mittels elektronenstrahlen

Info

Publication number: DD270091A1
Application number: DD31382688A
Authority: DD
Inventors: Matthias Mueller; Siegfried Panzer; Bodo Furchheim; Rolf Zenker; Klaus Schaedlich
Original assignee: Ardenne Forschungsinst
Priority date: 1988-03-21
Filing date: 1988-03-21
Publication date: 1989-07-19
Also published as: DE3908630A1

Abstract

Das Verfahren zur Oberflaechenmodifikation mittels Elektronenstrahlen erfolgt in der fluessigen Phase und dient der Veraenderung der Materialeigenschaften von Fuehrungsbahnen von Werkzeugmaschinen. Erfindungsgemaess wird ein zweidimensional hochfrequent abgelenkter Elektronenstrahl senkrecht zur Werkstueckbewegungsrichtung in drei parallel zueinander liegenden Zonen zur Einwirkung gebracht. In der mittleren Zone erfolgt der Modifikationsprozess in der fluessigen Phase und in den angrenzenden seitlichen Zonen wird der Werkstoff in der festen Phase verbleibend erwaermt.

Description

OberflächenmoHi'ikatlon In der flüssigen Phase, vorzugsweise durch den Einsatz des Linlenscanvorfahrens, und In den an den

beiden Selten eier mittleren Zone angrenzenden seitlichen Zonen als ein Föstphasenprozeß durch einen programmierten oberflächenisothermen Energieeintrag.

En Ist weiterhin zweckmäßig, daß die seitlichen Zonen der Energieübertragung vor der mittleren Zone, in der der Modifikationsprozeß erfolgt, beginnen und mit deren Ende abschließen. Schließlich ist es auch vorteilhaft, wenn die Breite der seitlichen Zonen mindestens doppelt so groß ist, wie dieTlefe des Modifikationsprozesses In der mittleren Zon6. Ausführungsbelsplel

Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Ausschnitt der Oberfläche eines Bauteiles mit einem zu modifizierenden Bereich derselben. Auf der Oberfläche des Bauteiles 1 ist der Modifikationsprozeß entlang t'ner Bahn 2 mit der Breite b mit einem Elektronenstrahl durchzuführen. Das Bauteil 1 wird mit konstanter Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles unter dem Elektronenstrahl bewegt. Das Stahlablenkfeld 3 ist in drei Zonen 3.1,3.2 und 3.3 unterteilt. Im Feld 3.2 findet der eigentliche Modifikationsprozeß in der flüssigen Phase statt. Dazu wird de; Elektronenstrahl quei zur Bauteilbewegungsrichtung hochfrequent zeltlinear periodisch mit einer Ablenkbreite, die der Breite b entspricht, abgelenkt. Dieser Ablenkung ist eine hochfrequente Sprungfunktion überlagert, die programmiert den drei Zonen 3.1,3.2 und 3.3 Zeitanteile der Energieübertragung zuwei3t. Gekoppelt mit dieser Sprungfunktion wird bei Einwirkung des Elektronenstrahls in den Zonen 3.1 und 3 3 die Ablenkweite der hochfrequenten zeitlinearen periodischen Ablonkfunktion auf den doppelten Wert der Aufschmelztiefe reduzier*.

Die Modifikation in der mittleren Zone 3.2 wird nach dem Linienscanverfahren durchgeführt. Bei Einwirkung des Elektronenstrahls, gesteuert durch die oben erwähnte Sprungfunktion, auf die seitlichen Zonen 3.1 und 3.3 wird der Elektronenstrahl entsprechend den Regeln des oberflächenisothermen Energieeintrags in Bauteilbewegungsrichtung abgelenkt. Die notwendige Ausdehnung dieser oberflächenisothermen Energleübertiagungsbereiche in den Seitenzonen und die durch die Sprungfunktion bestimmten mittleren Energieanteile der seitlichen Zonen am Gesamtprozeß sind aus Versuchen zur Fest- bzw. Flüssigphasenmodifikacion des jeweiligen Werkstoffes bekannt. Sie werden so gewählt, daß der Werkstoff in den seitlichen Zonen bis in eine Tiefe, die der Aufschmelztiefe in der Zone 3.2 entspricht, auf Temperaturen nahe (/er Schmelztemperatur erwärmt wird.

Die Energieübertragungsbereiche der seitlichen Zonen 3. ι upd 3.3 werden so, in Bauteilbewegungsrichtung gesehen, angeordnet, daß die Front der Zonen 3.1 und 3.3 vor der Zone J.2 liegt und daß die Energieübertragungsbereiche d6r Zonen 3.1, 3.2 und 3.3 in einer Höhe abschließen. '

Claims

1. Vorfahren zur Oberflächenmodifikation mittels Elektronenstrahlen, indem der Elektronenstrahl zweidimensional hochfrequent programmiert abgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl in drei zur Werkstückbewegungsrichtung parallel verlaufenden Zonen derart zur Einwirkung gebracht wird, daß in der mittleren Zone der Modifikationsprozeld in der flüssigen Phase durchgeführt wird und in den angrenzenden seitlichen Zonen der Energieeintrag derart erfolgt, daß der Werkstoff in der festen Phase verbleibend bis auf eine mindestens der Aufschmelztiefe in der mittleren Zone entsprechenden Tiefe bis nahe der Schmelztemperatur erwärmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl innerhalb jeder Zone senkrecht zur Werkstückbewegungsrichtung hochfrequent zeitlinear periodisch abgelenkt wird und die einzelnen Zonen durch eine überlagerte Sprungfunktion mit programmierter Verweildauer angesteuert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl so auf dem Werkstück zur Einwirkung gebracht wird, daß die seitlichen Zonen in Werkstückbewegungsrichtung vor der mittleren Zone beginnen und mit dieser zusammen abschließen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl derart zur Einwirkung gebracht wird, daß die Breite der seitlichen Zonen mindestens doppelt so groß wie die Tiefe des Modifikationsprozesses in der mittleren Zone ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung dient der Oberflächenmodifikation mittels Elektronenstrahlen in der flüssigen Phase, um Bauteile aus Eisenwerkstoffen, wie z. B. Führunqsbahnen von Werkzeugmaschinen, in bestimmten Oherflächenbereichen in ihren Eigenschaften zu verändern. ''

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, Bauteile aus metallischen Werkstoffen in oberflächennahen Bereichen mit Elektronenstrahlen aufzuschmelzen. Dazu wird der Elektronenstrahl zweidimensional hochfrequent abgelenkt und auf der Oberfläche zur Einwirkung gebracht. Durch entsprechende Programmierung wird der Energieeintrag gesteuert. Das Werkstück wird durch das Strahlablenkfeld relativ bewegt.

Beim Einsatz dieser Scantechnik mit hochfrequenter Strahlenablenkung zum Aufschmelzen breiter Bahnen ergeben sich'bei bestimmten Werkstoffqualitäten, ζ. B. Graugut, an den Bahnrändern Auswürfe von Schmelze, bzw. es kommt zur Bildung von Einbrandkerben. Diese Erscheinungen können zu unvertretbar hohem Schleifaufwand oder auch zur Unbrauchbarkeit des Bauteils führen.

Ziel der Erfindung

Es ist ein Verfahren zu schaffen, mit welchem bei relativ geringem apparativen Aufwand eine hohe Qualität der Modifikationsbahnen erreicht und der Schleitaufwand minimiert wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Oberflächenmodifikation mittels Elektronenstrahlen zu schaffen, wobei das Verfahren in der flüssigen Phase durchgeführt wird. Dabei sollen die Modifikationsbahnen im Randbereicli keine Auswerfungen und Einbrandkerben aufweisen. Die volle Bahnbreite muß eine einwandfreie modifizierte Oberfläche erhalten, die nur geringfügig geschliffen werden muß.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem zweidimensional hochfrequent abgelenkten Elektronenstrahl derart gelöst, daß der Elektronenstrahl in drei zur Werkstückbewegungsrichtung parallel verlaufenden Zonen derart zur Einwirkung gebracht wM, daß in der mittleren Zone der eigentliche Modifikationsprozeß in der flüssigen Phase durchgeführt wird. In den beiden angrenzenden seitlichen Zonen erfolgt ein Energieeintrag derart, daß der Werkstoff in der festen Phase verbleibend bis auf eine mindestens der Aufschmelztiefe entsprechenden Tiefe bis nahe der Schmelztemperatur erwärmt wird. In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird der Elektronenstrahl innerhalb jeder Zone senkrecht zur Bauteilbewegungsrichtung hochfrequent zeitlinear periodisch so abgelenkt, indem die einzelnen Zonen durch eine überlagerte Sprungfunktion mit programmierbarer Verweildauer angesteuert werden. Die Gestaltung der programmiert hochfrequenten periodischen Ablenkung in Bauteilbewegungsrichtiing erfolgt in der mittleren Zone nach den bekannten Varianten der