DD292158A5

DD292158A5 - PROCESS FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIALS

Info

Publication number: DD292158A5
Application number: DD33817890A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Schwarz; Volker Fux; Mathias Mueller; Hans-Joachim Reiche
Original assignee: Zi Fuer Festkoerperphysik Und Werkstofforschung Der Adw,De; Institut Manfred Von Ardenne,De
Priority date: 1990-02-27
Filing date: 1990-02-27
Publication date: 1991-07-25
Also published as: DE4106229A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflaechenveredlung von metallischen Werkstoffen. Objekte, auf die sich die Erfindung bezieht, sind Werkstoffe, deren Oberflaeche mittels Elektronenstrahl veredelt wird. Erfindungsgemaesz wird die Oberflaeche des metallischen Werkstoffes ueber das Einlegierungsverfahren veredelt, indem zum Einlegieren mindestens eine hochlegierte, amorphe Metallfolie, deren Hoehe des Legierungsgehaltes durch den Vermischungsgrad mit dem Grundwerkstoff bestimmt wird, verwendet wird.{Oberflaeche; Veredlung; Werkstoffe; Elektronenstrahl; Einlegierungsverfahren; amorphe Metallfolie; Legierungsgehalt; Vermischungsgrad; Grundwerkstoff}The invention relates to a method for surface finishing of metallic materials. Objects to which the invention relates are materials whose surface is refined by electron beam. According to the invention, the surface of the metallic material is refined by the alloying process by using for alloying at least one high alloyed amorphous metal foil whose level of alloying content is determined by the degree of mixing with the base material. finishing; materials; electron beam; Einlegierungsverfahren; amorphous metal foil; Alloy content; Degree of mixing; Base metal}

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Schweißtechnik. Besonders vorteilhaft ist ihre Anwendung zur Oberflächenveredlung von Werkstoffen mittels Elektronenstrahl.The invention relates to the field of welding technology. Particularly advantageous is their application for surface finishing of materials by means of electron beam.

Characteristic of the known state of the art

Bei einer Reihe von Bauteilen ist eine oberflächenbegrenzte, z.T. auch nur örtliche Werkstoffmodifikation notwendig. Zu der Vielzahl der technischen Lösungsvarianten zählt auch das Elektronenstrahlverfahren. Neben der oberflächenbegrenzten Wärmebehandlung in der festen oder flüssigen Phase warden zahlreiche Versuche zur Veränderung der chemischen Zusammensetzung im oberflächennahen Bereich unternommen. Dabei kommt unter anderem das Einlegierungsverfahren zur Anwendung. Nach DD 221880 A1 wird ein bandförmiger Schweißzusatzwerkstoff, dessen Legierungskomponenten in Schichten in der Reihenfolge abnehmender Schmelz- bzw. Verdampfungstemperaturen enthalten sind und der auf dem Werkstück aufliegt, einem Elektronenstrahl so zugeführt, daß zumindest der Dampfstrom der flüchtigeren Legierungskomponenten in die Aufschmelzzone gerichtet ist. Diese Verfahrensweise ist jedoch aufgrund der komplizierten Technologie sehr aufwendig. Weiterhin ist bekannt (Keitel, St. „Das Elektronenstrahl-(ELS)-Umschmelzlagieren von Eisonwerkstoffen" ZIS-Mitteilungen, Halle 30 (1988) Nr. 1, S. 56-62), pulverförmige Schweißzusatzwerkstoffe mit dem Einlegierungsverfahren in einem zweistufigen Prozeß zum Einsau zu bringen. Zuerst wird dabei über ein sogenanntes Deponierverfahren (z. B. Metallpulverspritzen, Widerstandsauftragsschweißen) der Zusatzwerkstoff auf die Werkstückoberfläche aufgebracht, und in einem zweiten Arbeitsschritt werden diese Schichten mittels Elektronenstrahl umgeschmolzen. Aufgrund der Zweistufigkeit der Herstellungstechnologio ist dieses Verfahren jedoch sehr aufwendigFor a number of components, a surface limited, e.g. only local material modification necessary. Among the multitude of technical solution variants also counts the electron beam method. In addition to the surface-limited heat treatment in the solid or liquid phase, numerous attempts have been made to alter the chemical composition in the near-surface region. Among other things, the alloying process is used. According to DD 221880 A1, a strip-shaped filler metal whose alloying components are contained in layers in the order of decreasing melting or vaporization temperatures and which rests on the workpiece is supplied to an electron beam so that at least the vapor stream of the more volatile alloying components is directed into the melting zone. However, this procedure is very complicated due to the complicated technology. Furthermore, it is known (Keitel, St. "The electron beam (ELS) Umschmelzlagieren of Eisonwerkstoffen" ZIS-Mitteilungen, Hall 30 (1988) No. 1, pp. 56-62), powdered welding consumables with the Einlegierungsverfahren in a two-stage process First of all, the additive material is applied to the workpiece surface via a so-called deposition process (eg metal powder spraying, resistance deposition welding), and in a second process these layers are remelted by means of electron beam. However, this process is very complicated due to the two-stage nature of the production technology

Außerdem ist allgemein bekannt, für das Einlegierungsverfahren reine draht- bzw. bandförmige Schweißzusatzwerkstoffe einzusetzen. Diese Verfahrensweise setzt aber der Variationsmöglichkeit der chemischen Zusammensetzung der Oberflächenschicht enge Grenzen. Der maximal zu realisierende Legierungsgehalt im Schweißzusatzwerkstoff darf bei diesem Verfahren nur sehr niedrig sein, da ansonsten mit den konventionellen Verfahren kein mechanisch flexibler Schweißzusatzwerkstoff herstellbar ist. Da aber das Einlegieren mit einer Vermischung des Schweißzusatzwerkstoffes mit dem Grundwerkstoff verbunden ist, führt es nach diesem letztgenannten Stand der Technik zu einer weiteren Absenkung des realisierbaren Legierungsgehaltes in der Oberflächenschicht. Ein zu niedriger Legierungsgehalt in der Oberflächenschicht bewirkt aber, daß steigende Anforderungen an den Verschleißschutz nicht mehr realisiert werden können. Der Mangel dieses Verfahrens besteht also in der zu geringen Verschleißfestigkeit bei höheren Anforderungen, was im niedrigen Legierungsgehalt der Oberflächenschicht begründet ist. In addition, it is generally known to use pure wire or strip-shaped filler metals for the alloying process. However, this procedure places narrow limits on the possibility of variation of the chemical composition of the surface layer. The maximum alloy content to be realized in the welding consumable may only be very low in this method, since otherwise no mechanically flexible filler metal can be produced using the conventional methods. However, since alloying is associated with a mixing of the filler metal filler material with the base metal, according to this latter prior art, it leads to a further lowering of the achievable alloy content in the surface layer. However, an excessively low alloy content in the surface layer means that increasing requirements for wear protection can no longer be realized. The shortcoming of this method is therefore the low wear resistance at higher requirements, which is due to the low alloy content of the surface layer.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erⁿ ndung besteht in der wenig aufwendigen Herstellung einer Oberflächenschicht mit höherer Verschleißfestigkeit auf metallischei ι Werkstoffen über das Einlegierungsverfahren.The aim of the invention ⁿ He is the little-consuming production of a surface layer with higher wear resistance metallischei ι materials about the Einlegierungsverfahren.

-2- 292158 Dailegung des Wesens der Erfindung-2- 292158 Daillegung the nature of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für das Einlagerungsverfahren eine unkomplizierte, einstufige Herstellungstechnologie vorzuschlagen, mit der ein höherer Legierungsgehalt in die Oberflächenschicht eingebracht werden kann. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe über das Einlegierungsverfahren gelöst, indem zum Einlegieren mindestens eine hochlegierte, amorphe Metallfolie, deren Höhe des Legierungsgehaltes durch den Vermischungsgrad mit dem Grundwerkstoff bestimmt wird, verwandet wird. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die amorphen Metallfolien auf der Basis von Co und/oder Ni und/oder Fe bestehen. Günstigerweise sollten diese Metallfolien dann hohe Gehalte an Glasbildnern, wie z. B. C und/oder B und/oder Si, und/oder Carbid- und/oder Boridbildnern, wie z. B. Cr und/oder W und/oder Mo, aufweisen. Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn zum Einlegieren mehrere (günstigerweise 2) amorphe Metallfolien gleicher oder unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung gleichzeitig verwendet werden. Diese Technologie ermöglicht, einfach und unkompliziert in einem einstufigen Prozeß in den Grundwerkstoff eine Oberflächenschicht einzulogieren, deren Verschleißschutz den steigenden Anforderungen gerecht wird. Der hohe Legierungsgehalt der amorphen Metallfolie wird durch die beim Einlegieren auftretende Vermischung mit dem Grundwerkstoff auf den Optimalwert „verdünnt", so daß durch Variation des Legierungsgehaltes der amorphen Metallfolie eine Oberflächenschicht hergestellt werden kann, die den jeweiligen gewünschten Anforderungen an den Verschleißschutz gerecht wird. Eine zusätzliche Verbesserung der Eigenschaften kann erreicht werden, wenn sich an dieThe object of the invention is to propose an uncomplicated, one-stage production technology for the intercalation process, with which a higher alloy content can be introduced into the surface layer. According to the invention, the object is achieved by the alloying process by using at least one high-alloyed, amorphous metal foil, whose height of the alloy content is determined by the degree of mixing with the base material, for alloying. It has proved to be advantageous if the amorphous metal foils are based on Co and / or Ni and / or Fe. Conveniently, these metal foils should then high levels of glass formers, such as. B. C and / or B and / or Si, and / or carbide and / or boride formers, such as. B. Cr and / or W and / or Mo, have. It is also advantageous if several (advantageously 2) amorphous metal foils of the same or different chemical composition are used simultaneously for alloying. This technology makes it possible to easily and simply in a one-step process in the base material einzulogieren a surface layer whose wear protection meets the increasing demands. The high alloy content of the amorphous metal foil is "diluted" to the optimal value by the mixing with the base material during alloying, so that by varying the alloy content of the amorphous metal foil a surface layer can be produced that meets the respective desired requirements for wear protection additional improvement of the properties can be achieved when adhere to the

Layer production via the Einlegierungsverfahren eino heat treatment, optionally with the electron beam

selbst durchgeführt werden kann, anschließtitself can be performed, connects

Ausführungsbeispielembodiment

Der Stahl C45 soll in der Oberflächenschicht in einen hochlegierten Stahl mit Gehalten an Cr, W, C und B umgewandelt werden. Als Schweißzusatzwerkstoff kommt eine durch Schnellabkühlung hergestellte, mechanisch flexible, amorphe Metallfolie auf Co-Basis mit 24% Cr, 4% W, C und B zum Einsatz. Bei einer Energiedichte des Elektronenstrahls von 210OW/cm² wurde eine 23 pm starke Folie mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 100 mm/s dem sich mit 10mm/s bewegenden Werkstück zugeführt und eingeschmolzen. Bei einer Folienbreite von 10mm und einer Umschmelztiefe von 1 mm wurde eine gehärtete (850HV₀₀₅) sowie mit Carbiden und Boriden angereicherte Oberflächenschicht mit dementsprechend guten Verschleißeigenschaften erreicht.The steel C45 is to be converted in the surface layer into a high-alloyed steel with contents of Cr, W, C and B. The filler metal used is a co-based, 24% Cr, 4% W, C and B Co-based, mechanically flexible, amorphous metal foil produced by rapid cooling. At an energy density of the electron beam of 210 WOW / cm ² , a film of 23 μm at a feed rate of 100 mm / sec was fed to and melted at the workpiece moving at 10 mm / sec. With a film width of 10 mm and a remelting depth of 1 mm, a hardened (850HV ₀₀₅ ) as well as enriched with carbides and borides surface layer was achieved with correspondingly good wear properties.

Claims

1. A process for the surface finishing of metallic materials by forming a surface layer to 3mm thickness by means of the Einlegierungsverfahren, characterized in that for alloying at least one high alloy, amorphous metal foil whose level of alloy content is determined by the degree of mixing with the base material is used ,

2. The method according to claim 1, characterized in that the amorphous metal foil on the basis

Co and / or Ni and / or Fe.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the amorphous metal foils based on Co and / or Ni and / or Fe have high contents of glass and / or carbide and / or boride formers.

4. The method according to claim 1,2 and 3, characterized in that are used as the glass former C and / or B and / or Si.

5. The method according to claim 1,2 and 3, characterized in that 'used as carbide and / or boride Cr and / or W and / or Mo.

6. The method according to claim 1, characterized in that for alloying a plurality of amorphous metal foils of the same or different chemical composition are used simultaneously.

7. The method according to claim 1 and 6, characterized in that for alloying 2 amorphous metal foils of the same or different chemical composition are used simultaneously.