DD279902A1

DD279902A1 - Verfahren zum partiellen oder durchgaengigen oberflaechenhaerten

Info

Publication number: DD279902A1
Application number: DD32558489A
Authority: DD
Inventors: Georgi Kamenarov; Andreas Neidel
Original assignee: Berlin Ing Hochschule
Priority date: 1989-02-07
Filing date: 1989-02-07
Publication date: 1990-06-20

Abstract

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum partiellen oder durchgaengigen Oberflaechenhaerten. Das Verfahren zur Haertung metallischer Oberflaechen mittels magnetisch bewegtem Lichtbogen gestattet die Erzeugung der fuer eine Haertesteigerung notwendigen Temperatur-Zeit-Zyklen, was dadurch erreicht wird, dass ein Lichtbogen als Erwaermungswerkzeug mit hoher Geschwindigkeit zwischen einer Elektrode und dem Umfang des zu behandelnden Teiles bewegt wird. Die Bewegung des Lichtbogens resultiert aus der Ueberlagerung des den Lichtbogen konzentrisch umgebenden mit dem ueberlagerten kuenstlich erzeugten Magnetfeld. Die erreichbaren Haertetiefen sind groesser als bei den bekannten technischen Loesungen mit hoeherer Energiedichte. Die Haertesteigerung an der Oberflaeche wird durch Erwaermung des Werkstoffs ueber Austenitisierungstemperatur und nachfolgende Eigenabschreckung erreicht, die dadurch zustande kommt, dass die Waerme mit hoher Geschwindigkeit in den kalten Werkstueckkern abgeleitet wird.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum partiellen oder durchgängigen Oberflächenhärten rotationssymmetrischer, ovaler oder prismatischer geschlossener metallischer Oberflächen mittels magnetisch bewegtem, um die zu behandelnden Flächen mit hoher Umlaufgeschwindigkeit rotierendem Lichtbogen

Die Erfindung ist für die Neufertigung, aber insbesondere für die Einzelteilinstandsetzung von Maschinenbauteilen vorgesehen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die bekannten Verfahren des Hochgeschwindigkeitshärtens mit Eigenabschreckung (Laser-, Elektronenstrahl-, induktives Impuls- und Plasmastrahlhärten) verfügen über eine große Energiedichte und sind in der Lage, hohe Oberflächenhärten zu erzeugen (Pursche, G: Schmierungstechnik, Berlin 17 [19CG| 6, S. 168-173). Nachteilig wirken sich beim Einsatz dieser Verfahren die hohen Anlagenkosten und die geringe Verfügbarkeit aus. Die Anwendung dieser Verfahrensgruppe ist in der Massenfertigung gerechtfertigt. Außerdem sind die erzielbaren Härtetiefen im allgemeinen gering, was zu einer Begrenzung der Anwendungsbreite und zur Herabsetzung der Verschleißgrenzmaße bei vielen Teilen insbesondere in der landtechnischen Einzelteilinstandsetzung führt.

Bei einigen der angeführten Methoden sind verfahrensspezifische Nachteile gegeben (Wiesner, P.: ZIS-Mitteilungen, Halle [Saale], 27 [1985] 3, S.323-333). So verlangt z.B. die Elektronenstralilwärmebehandlung evakuierte Räume, die induktive Impulserwärmung bringt fernmeldetechnische Probleme mit sich, die Laserhärtung setzt i. d. R. die Aufbringung von absorptionssteigernden Schichten voraus und die Erwärmung mit Plasmastrahl ist mit Problemen hinsichtlich des Schallschutzes verbunden.

Alle bisher bekannten Verfahren für die partielle Oberflächenwärmebehandlung erfordern einen hohen apparativen Aufwand und erzie¹" ι für die Belange der Einzelteilinstandsetzung zu geringe Härtetiefen. Aufgrund der genannten Nachteile werden sie nicht im Bereich der Klein- und Mittelserieninstandsetzung eingesetzt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu finden, daß eine Randschichthärtung von Teilen durch kurzzeitige Austenitisierung der Oberflächenbereiche und nachfolgende Eigenabschreckung durch Wärmeableitung in das kalte Werkstückinnere gewährleistet und sich durch einfache Anlagentechnik, hohe Verfügbarkeit, geringe Kosten und niedrigen Elektroenergieverbrauch auszeichnet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Randschichthärten geschlossener Metalloberflächen zu entwickeln, das es gestattet, einen definierten Temperatur-Zeit-Verlauf durch Lichtbogeneinwirkung an der Teileoberfläche bei minimiertem Wärmeeintrag in dnn Kernwerkstoff zu erzeugen und somit eine Härtung dieser Oberfläche mittels Austenitisierung mit nachfolgender Eigenabschreckung herbeizuführen.

Das zu entwickelnde Verfahren soll eine einfache Anlagentechnik mit hoher Verfügbarkeit bei niedrigem Energieverbrauch aufweisen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß um das zu härtende Teil eine an seine Oberfläche angepaßte und in einem Abstand von (0,1 ...5) mm zu ihr stehende nichtschmelzende Metallelektrode angeordnet wird.

Um diese Elektrode wird ein magnetisches Gleichfeld derart angelegt, daß der Lichtbogen, der berührungslos gezündet wird, zu einer umlaufenden Bewegung mit einer Rotationsfrequenz von (50...600) Hz um die Oberfläche des Teiles gebracht wird. Die für eine Oberflächenhärtung notwendigen Temperatur-Zeit-Zyklen können durch Variation der Lichtbogenstromstärke in einem Bereich von (50... 1000) A, der Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode entlang der zu behandelnden Fläche von (0,001...0,1) m/s und der magnetischen Spannung des dem Lichtbogen überlagerten magnetischen Gleichfeldes von (100... 10000)A realisiert werden.

Die erzielbaren Härtetiefen liegen an der oberen Grenze der mit den anderen Verfahren der Randschichthärtung in Verbindung mit Eigenabschreckung erreichbaren Ergebnisse. Die Vorteile der minimalen thermischen Beeinflussung des Kernwerkstoffes mit dem damit verbundenen geringen Verzug der behandelten Teile sind bei diesem Verfahren voll gegeben. Der Hauptvorteil sind die Einfachheit der notwendigen Anlagentechnik, die damit verbundenen niedrigen Anlagenkosten und die breite Verfügbarkeit dieser Technik.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt:

Fig. 1: perspektivische Darstellung des Wärmebehandlungsverfahrens

Das in Fig. 1 dargestellte Verfahren läßt sich dadurch verwirklichen, daß das zu behandelnde Teil 1 mit einer gekühlten oder ungekühlten nichtschmelzenden Metallelektrode 3 in einem bestimmten Abstand zu Teil 1 angeordnet wird. Die Elektrode 3 ist von einer Magnetspule 2 umgeben. Das zu behandelnde Teil 1 und die Elektrode 3 sind an eine Gleichstrom-Schweißstromquelle 5 angeschlossen. Durch eine berührungslose Zündung wird ein Lichtbogen 4 erzeugt, der aufgrund der Überlagerung der Magnetfelder der Spule 2 und des Lichtbogen» 4 mit einer Bahngeschwindigkeit v_LB rotiert. Durch eine Fortbewegung der zusammengekoppelten Elektrode 3 und der Magnetspule 4 mit einer definierten Vorschubgeschwindigkeit v_v werden an der Oberfläche des Teiles die für eine Randschichthärtung notwendigen Temperatur-Zeit-Zyklen erzeugt. Durch die hohe Bahngeschwindigkeit des Lichtbogens v_LB und die damit abgestimmte Vorschubgeschwindigkeit v_v wird eine Anschmelzung der Oberfläche vermieden.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum partiellen oder durchgängigen Oberflächenhärten, dadurch gekennzeichnet, daß um das zu härtende Teil (1), insbesondere mit rotationssymmetrischer, ovaler oder prismatischer geschlossener metallischer Oberfläche, eine an diese Oberflächenform angepaßte und in einem Abstand von (0,1... 10) mm zu ihr stehende nichtschmelzende Metallelektrode (3) so angeordnet und das zu behandelnde Teil (1) und die Elektrode (3) an eine Gleichstrom-Schweißstromquelle so angeschlossen sind, daß um diese Elektrode (3), die eine Magnetspule (2) umgibt, ein magnetisches Gleichfeld derart angelegt wird, daß der Lichtbogen (4), der durch berührungslose Zündung zwischen dem Teil (1) und der elektrode (3) zu brennen beginnt, zu einer umlaufenden Bewegung mit einer Rotationsfrequenz von (10... 100O)Hz um die Oberfläche des Teiles (1) gehrachtwird, um die für eine Austenitisierung die Oberfläche zwecks Härtung nach Eigenabschreckung notwendigen Temperatur-Zeit-Zyklen durch Variation der Lichtbogenstromstärke in einem Bereich von (50... 1000) A, der Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode (3) entlang der zu behandelnden Fläche des Teiles (1) von (0,001 ...0,1)m/s und der magnetischen Spannung des dem Lichtbogenmagnetfeld überlagerten magnetischen Gleichfeldes von (100...10000) A zu erzielen.