DE102005013651A1 - Method for surface tempering a metallic component during thixo-forging comprises using a blank whose surface is subjected to an additional material having elements forming a tempered surface layer - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenvergütung eines metallischen Bauteils beim Thixoschmieden, insbesondere das Härten der Oberfläche von Stählen oder Leichtmetalllegierungen, gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.The The invention relates to a method for surface treatment of a metallic component Thixoforging, in particular the hardening of the surface of toughen or light metal alloys, according to the features of the claim 1.
Im Fahrzeugbau sind Stahlschmiedeteile, insbesondere im Fahrwerk und im Antriebstrang, und in der Luftfahrttechnik Aluminiumschmiedeteile geläufig. Durch das Schmieden und die anschließende Wärmebehandlung sind in vieler Hinsicht sehr gute Werkstoffeigenschaften einstellbar. Den qualitativen Vorteilen von Schmiedeteilen stehen aber eine eingeschränkte Formenvielfalt, ein oft langer und teurer Verfahrensablauf in der Prozesskette sowie ein hoher Werkzeugverschleiß gegenüber.in the Vehicle construction are steel forgings, especially in the chassis and in the powertrain, and in aviation technology aluminum forgings common. By forging and the subsequent heat treatment are in many Very good material properties adjustable. The qualitative advantages But forged parts are a limited variety of forms, often long and expensive procedure in the process chain as well as a high tool wear compared.
Thixoschmieden
verfügt über technische
und wirtschaftliche Potentiale, um für hoch beanspruchte Schmiedeteile
die guten Werkstoffeigenschaften des Schmiedens kombiniert mit der
Formenvielfalt des Gießens
kombinieren. Unter Thixoschmieden versteht man das Schmieden eines
Bauteils, das sich in einem halbfesten Zustand zwischen der Solidus- und Liquidustemperatur
befindet. Zu den typischen Metalllegierungen, die dem Thixoschmieden
zugänglich sind,
gehören
Al-, oder Ti-Legierungen, sowie Stähle, wie beispielsweise beschrieben
in
Das Thixoschmieden ist beispielsweise in der Veröffentlichung „Recent Developments in Thixoforging" (J. Baur und G. Messmer in Furness, R.J. (Hrsg.): Proceedings of the ASME, Manufacturing Engineering Division -2000-, MED-Vol.11 „2000 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition", S. 539 – 545, Orlando, Florida, November 5th – 10th, 2000) beschrieben. Bei diesem Verfahren wird ein im Grundzustand fester Rohling aus einem Werkstoff, der thixotrope Eigenschaften aufweist, unter Verwendung einer Heizeinrichtung auf Thixotropie-Temperatur erwärmt. In diesem thixotropen Zustand wird der Rohling dann in ein Schmiedewerkzeug eingeführt und hieraus das gewünschte Bauteil geformt.Thixoforging is described, for example, in the publication "Recent Developments in Thixoforging" (J. Baur and G. Messmer in Furness, RJ (ed.): Proceedings of the ASME, Manufacturing Engineering Division -2000-, MED-Vol.11 "2000 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposure, pp. 539-545, Orlando, Florida, November 5 th -10 th , 2000). In this method, a ground state solid blank made of a material having thixotropic properties is heated to a thixotropic temperature using a heater. In this thixotropic state, the blank is then introduced into a forging tool and from this the desired component is formed.
Für die meisten Anwendungen Bauteile ist eine Vergütung der Oberfläche nach dem Schmieden notwendig. Nach dem Thixoschmieden sind die gleichen Oberflächennachbehandlungen üblich, wie dies nach dem konventionellen Schmieden der Fall ist. Insbesondere wird die Oberflächenvergütung, zu der beispielsweise auch das Härten zu zählen ist, erst nach dem Schmieden durchgeführt. Dies stellt häufig einen weiteren thermischen Schritt dar, der die Prozesskette zum fertigen Bauteil verlängert.For the most Applications components is a compensation of the surface after necessary forging. After the Thixoschmieden are the same Surface treatments are common, such as this is the case after conventional forging. Especially is the surface finish, too for example, the hardening to count is performed only after the forging. This is often one Another thermal step that the process chain to finished Component extended.
Es ist wünschenswert die thermischen Prozesse soweit wie möglich zu reduzieren.It is desirable to reduce the thermal processes as much as possible.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Schmiedeverfahren bereitzustellen, das die Oberflächenvergütung des geschmiedeten Bauteils vereinfacht.It It is therefore an object of the invention to provide a forging method, that the surface finish of the Forged component simplified.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Oberflächenvergütung eines metallischen Bauteils beim Thixoschmieden, wobei der Rohling
- a) auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der sich der Werkstoff des Rohlings im thixotropen Zustand befindet,
- b) soweit abgekühlt wird, dass die Oberfläche des Rohlings eine feste Metallhaut bildet
- c) der Rohling in ein Schmiedegesenk eingesetzt und im thixotropen Zustand umgeformt wird,
- d) der umgeformte Rohling aus dem Schmiedegesenk entnommen wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
- a) is heated to a temperature at which the material of the blank is in the thixotropic state,
- b) is cooled as far as that the surface of the blank forms a solid metal skin
- c) the blank is placed in a forging die and formed in the thixotropic state,
- d) the deformed blank is removed from the forging die with the characterizing features of claim 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht somit vor, dass der Rohling während des Schmiedevorgangs bereits die Oberflächenvergütung erhält. Diese Vorgehensweise ermöglicht somit, dass der üblicherweise nach dem Schmieden durchgeführte thermische Prozess der Oberflächenvergütung entfallen kann. Der Prozessschritt der Oberflächenvergütung findet vielmehr bereits während des Schmiedens bzw. unmittelbar danach in der Schmiedeform statt. Dabei sind erfindungsgemäß diejenigen Oberflächenvergütungen erfasst, welche durch Aufnahme von Stoffen in die metallische Oberfläche hervorgerufen werden.The inventive method thus provides that the blank during the forging process already receives the surface finish. These Approach possible thus, that usually carried out after forging thermal process of surface treatment can be omitted. The process step of surface treatment takes place rather already during the forging or immediately afterwards in the forging. there are according to the invention those Recorded surface finishes, which caused by absorption of substances in the metallic surface become.
Erfindung wesentlich ist hierbei, dass der Rohling an seiner Oberfläche einem Zusatzstoff ausgesetzt wird, dessen Elemente im Schritt c) zumindest teilweise in seine Oberfläche aufgenommen werden und eine vergütete Oberflächenschicht bilden. Der Zusatzstoff befindet sich entsprechend zwischen dem Rohling und dem Schmiedewerkzeug. Da sich der Rohling im Schritt c) bzw. unmittelbar danach auf der hohen Prozesstemperatur des Schmiedens befindet, können hier Bestandteile bzw. Elemente aus dem Zusatzstoff in die Oberfläche eindiffundieren. Bei der Prozesswärme wird der Zusatzstoff je nach seiner chemischen Zusammensetzung teilweise oder ganz zersetzt so dass seine konstituierenden Elemente in die metallische Oberfläche eindiffundieren können. Durch die Formkavität des Schmiedewerkzeugs wird der Zusatzstoff so weit fixiert, dass er gleichmäßig und für eine ausreichende Zeitdauer auf die Oberfläche des Bauteils einwirken kann.invention It is essential here that the blank has a surface on its surface Additive is exposed, the elements in step c) at least partly in its surface be accepted and a remunerated surface layer form. The additive is located between the Blank and the forging tool. Because the blank in the crotch c) or immediately thereafter at the high process temperature of forging, can Here diffuse constituents or elements from the additive into the surface. At the process heat the additive will be partly, depending on its chemical composition or completely decomposed so that its constituent elements in the metallic surface can diffuse. Through the mold cavity of the forging tool, the additive is fixed so far that he even and for one sufficient time to act on the surface of the component can.
Somit wird in vorteilhafter Weise die Prozesswärme und die Formkavität des Schmiedewerkzeugs zur Vergütung der Oberfläche genutzt.Thus, the Pro and the mold cavity of the forging tool used to compensate for the surface.
Den ersten Prozessschritt (a) erfolgt die Erwärmung des Rohlings auf die für das Thixoforming erforderliche Prozesstemperatur. Bevorzugt wird der Rohling induktiv erwärmt. Dabei wird der Rohling in das Innere einer Induktionsspule eingebracht, mit deren Hilfe der Rohling erhitzt wird; alternativ wird eine Induktionsspule über den Rohling hinweg geführt.The The first process step (a), the heating of the blank takes place on the for the Thixoforming required process temperature. The blank is preferred inductively heated. The blank is introduced into the interior of an induction coil, by means of which the blank is heated; Alternatively, an induction coil on the Rough led away.
Durch diese, besondere induktive, Heizung wird der Rohling auf eine Temperatur (TThixo) erwärmt, bei der im Rohling ein ausreichend hoher Flüssigphasenanteil vorliegt und bei der der Rohling bei globularem Gefüge ein thixotropes Verhalten zeigt.By means of this special inductive heating, the blank is heated to a temperature (T thixo ) in which a sufficiently high proportion of liquid phase is present in the blank and in which the blank shows a thixotropic behavior in the case of a globular structure.
Die Erwärmung erfolgt bevorzugt unter Inertgasbedingungen. Während der Erwärmung kann beispielsweise ein Schutzgasstrom über den Rohling geleitet werden, der ein Oxidieren der Rohlingsoberfläche verhindert.The warming takes place preferably under inert gas conditions. While warming can For example, a protective gas stream are passed over the blank, which prevents oxidation of the blank surface.
Die Temperatur im Schritt c) liegt für Stähle bevorzugt im Bereich von 1300°C bis 1500°C und für Al-Legierungen bevorzugt bei 620 bis 650°C.The Temperature in step c) is for Steels preferred in the range of 1300 ° C up to 1500 ° C and for Al alloys preferably at 620 to 650 ° C.
Typischerweise werden die Schmiedewerkzeuge vorgewärmt.typically, the forging tools are preheated.
Im darauf folgenden Prozessschritt wird der Rohling soweit abgekühlt wird, dass die Oberfläche des Rohlings eine feste Metallhaut bildet.in the following process step, the blank is cooled as far as that the surface of the Blanks forms a solid metal skin.
Die Bildung der festen Metallhaut hat mehrere wichtige Aufgaben. Ohne eine schützende Haut besteht beim Schließen des Schmiedewerkzeuges die Gefahr, dass der thixotrope Rohling während des Schmiedevorgangs aufplatzt, so dass flüssiger Werkstoff aus dem Inneren des Rohlings nach außen gelangt. In einem solchen Fall entstehen Bereiche mit Gießgefüge, die beim Fortschreiten des Schmiedeprozesses mit benachbarten unverflüssigten Bereichen verpresst werden. Das führt zu thermischen Spannungen, die im Werkstoffgefüge eingefroren werden und das fertige Bauteil schwächen.The Formation of the solid metal skin has several important tasks. Without a protective one Skin exists when closing the forging tool the danger that the thixotropic blank during the forging process bursts, leaving more fluid Material passes from the inside of the blank to the outside. In such a Case arise areas with cast structure, the as the forging process progresses with adjacent non-liquefied ones Areas are pressed. This leads to thermal stresses, those in the material structure frozen and weaken the finished component.
Ohne die Metallhaut gelangen umgekehrt auch Bereiche der erstarrten Oberflächenschicht ins Innere des Rohlings. Hierdurch findet der Eintrag von an der Oberfläche anhaftenden Schichten oder Verunreinigungen statt.Without conversely, the metal skin also reaches areas of the solidified surface layer inside the blank. As a result, the entry of at the surface adherent layers or contaminants instead.
Werden beim Abkühlen in der Legierung Ausscheidungen gebildet, so sind feste Phase und Schmelzphase unterschiedlicher Zusammensetzung. Kann die feste und sehr schnell abgekühlte Oberflächenschicht ins innere des noch teilflüssigen Rohlings gelangen, so führt dies beispielsweise bei Stahl dazu, dass beim Aufplatzen des Rohlings Phasen unterschiedlichen Kohlenstoffgehalts aufeinander treffen und ein inhomogenes Gefüge ausbilden. Das führt ebenfalls zu Spannungen im Werkstoffgefüge.Become on cooling precipitates are formed in the alloy, so are solid phase and molten phase different composition. Can be solid and very fast cooled surface layer into the interior of the still semi-liquid blank arrive, so leads This, for example, in steel, that when bursting the blank Phases of different carbon content meet and an inhomogeneous structure form. Leading also to stresses in the material structure.
Durch eine feste Oberflächenschicht wird des Weiteren der gleichmäßige Auftrag des Zusatzstoffes sichergestellt. Im Vergleich dazu könnte eine Metall-Schmelze den Zusatzstoff mobilisieren, Bereich der Schmiedeform auswaschen, oder in das innere des Rohlings spülen.By a solid surface layer will also be the uniform order of the additive. In comparison, a metal melt could mobilize the additive, wash out the area of the forging, or rinse inside the blank.
Die Dicke der Haut ist dabei abhängig von der gewählten Metalllegierung, und insbesondere von der Geometrie des Bauteils. Sie lässt sich in einfacher Weise empirisch bestimmen und an das jeweilige Bauteil spezifisch anpassen. Typischerweise liegt die Dicke im Bereich von 0,1 bis 1 mm.The Thickness of the skin is dependent from the chosen one Metal alloy, and in particular of the geometry of the component. She lets to determine empirically in a simple way and to the respective Customize component. Typically, the thickness is in the range from 0.1 to 1 mm.
Ein weiterer Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass das Schmiedewerkzeug eine wesentlich geringere Abnutzung erfährt, da kaum noch (teil)flüssige Phase in Berührung mit dem Werkzeug kommt.One Another advantage of this approach is that the forging tool a much lower wear experiences, since hardly (partially) liquid phase in touch comes with the tool.
Die Abkühlung des Rohlings kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Bevorzugt wird nach Erreichen der Temperatur TThixo, die Induktionsheizung abgeschaltet, während ein Schutzgasstrom weiterhin auf den Rohling einwirkt und eine Abkühlung der Rohlingsoberfläche (und somit der Ausbildung einer „Haut" von vorgegebener Dicke) bewirkt. Durch Inhomogenitäten des Schutzgasstroms (z.B. lokal unterschiedliche Temperatur, Strömungsraten etc.) kann erreicht werden, dass einige Bereiche des Rohlings stärker abgekühlt werden als andere, so dass in ausgewählten Bereichen des Rohlings die „Haut" dicker ist als in den übrigen Bereichen. Dies kann genutzt werden, um diejenigen Bereiche des Rohlings, die während des Schmiedens einer besonders hohen Spannung ausgesetzt sind, durch eine besonders dicke „Haut" zu schützen, während andere Bereiche in einem Zustand mit höherem Anteil an flüssiger Phase verbleiben.The cooling of the blank can be done in different ways. Preferably, after reaching the temperature T thixo , the induction heating is switched off while a protective gas flow continues to act on the blank and causes the blank surface to cool (and thus form a "skin" of predetermined thickness) , Flow rates, etc.) can be achieved that some areas of the blank are cooled more than others, so that in selected areas of the blank, the "skin" is thicker than in the other areas. This can be used to protect those areas of the blank which are subjected to a particularly high tension during forging by a particularly thick "skin", while other areas remain in a state with a higher proportion of liquid phase.
In einer weiteren bevorzugten Variante des Abkühlens wird der Rohling in ein flüssiges Kühlmedium eingetaucht wird, bevor er in das Schmiedegesenk eingelegt wird.In Another preferred variant of the cooling is the blank in a liquid cooling medium is immersed before it is inserted in the forging sink.
Im darauf folgenden Prozessschritt (c) wird der Rohling in ein Schmiedegesenk eingesetzt und im thixotropen Zustand umgeformt. Während dieses Schritts ist der Rohling dem Zusatzstoff ausgesetzt.in the following process step (c), the blank is in a forging sink used and converted in the thixotropic state. During this step the blank is exposed to the additive.
Der Zusatzstoff wird zwischen der Oberfläche des Rohlings bzw. der Metallhaut und der Oberfläche der Formkavität der Schmiedeform angeordnet.Of the Additive is between the surface of the blank or the metal skin and the surface the mold cavity arranged the forging.
Hierzu kann der Zusatzstoff auf die Oberfläche des Rohlings oder auf die Oberfläche der Schmiedeform aufgetragen werden.For this the additive can be applied to the surface of the blank or to the surface be applied to the forging.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der Zusatzstoff beim Abkühlschritt auf die Oberfläche des Rohlings aufgebracht.In a preferred embodiment According to the invention, the additive is applied to the surface of the product during the cooling step Rohlings applied.
In einer ersten Variante wird der sich auf Prozesstemperatur befindliche Rohling zum Aufbringen des Zusatzstoffes in eine flüssige oder schlickerförmige Zubereitung des Zusatzstoffes eingetaucht. Dabei bildet sich eine Kruste aus festem Zusatzstoff. Der Rohling wird dabei abgeschreckt, so dass sich die gewünschte Metallhaut schnell und durchgängig ausbilden kann.In a first variant is located at the process temperature Blank for applying the additive in a liquid or schlickerförmige Preparation of the additive immersed. This forms a Crust of solid additive. The blank is quenched, so that the desired Train metal skin quickly and consistently can.
In einer weiteren Ausführung wird der Rohling zum Aufbringen des Zusatzstoffes durch eine flüssige Zubereitung des Zusatzstoffes besprüht. Dies ist beispielsweise dann zweckmäßig, wenn nur eine dünne Metallhaut gebildet werden soll. Außerdem lassen sich beim Besprühen auch unterschiedliche Schichtdicken an Zusatzstoff einstellen.In another embodiment The blank is used to apply the additive by a liquid preparation of the additive is sprayed. This is useful, for example, if only a thin one Metal skin should be formed. In addition, can be sprayed as well set different layer thicknesses of additive.
Die Zubereitung ist bevorzugt eine wässrige oder ölige Dispersion oder Emulsion.The Preparation is preferably an aqueous or oily dispersion or emulsion.
Alternativ oder ergänzend zur Aufbringung des Zusatzstoffes auf den Rohling kann in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung vor dem Schritt c) Zusatzstoff auf die Oberfläche des Schmiedegesenks aufgebracht wird.alternative or in addition for applying the additive to the blank can in a another embodiment of the invention the step c) additive applied to the surface of the forging die becomes.
Neben den Möglichkeiten die Schmiedeform über flüssige Zubereitungen zu beschichten, kann diese ebenso auch mit geeigneten Zusatzstoffen ausgekleidet werden. Dies ist zum Beispiel mit Folien möglich, die Zusatzstoff enthalten oder durch Zusatzstoff gebildet sind. Beispielsweise kann die Form mit Graphitfolie ausgekleidet werden. Kombinationen aus Beschichtung und Auskleidung können je nach Geometrie und Rohlingsbeschaffenheit von Vorteil sein.Next the possibilities the blacksmith form over liquid To coat preparations, this can also with appropriate Be lined additives. This is possible, for example, with films that Add additive or are formed by additive. For example The mold can be lined with graphite foil. Combinations Coating and lining can Depending on the geometry and blank condition be beneficial.
Insbesondere die hohen Prozesstemperaturen, der erhöhte Feststoffgehalt und der Kontakt der Werkzeugoberfläche mit aggressiven metallischen Schmelzen führen bei herkömmlichen Werkzeugen, insbesondere aus Warmarbeitsstählen, zu starken Verschleißerscheinungen überlagert von thermomechanischen Ermüdungsprozessen.Especially the high process temperatures, the increased solids content and the Contact of the tool surface with aggressive metallic melts result in conventional Tools, especially made of hot-work steel, superimposed on strong signs of wear thermomechanical fatigue processes.
Die Beschichtung mit Zusatzstoff wird daher in einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung so gewählt, dass sie zusätzlich noch eine Schutzfunktion für die Schmiedewerkzeuge ausübt. Dies ist beispielsweise bei den meisten Metalllegierungen durch eine dicke Beschichtung mit Graphit oder durch Graphitfolie gegeben, wodurch die Gefahr des Kontakts zwischen flüssiger Metallschmelze und Schmiedeform entscheidend verändert wird. Hierdurch ist es beispielsweise möglich kostengünstige Metallwerkzeuge zu benutzen, bzw. auf teurere Keramikwerkzeuge gänzlich zu verzichten.The Coating with additive is therefore in a particularly preferred execution chosen according to the invention that in addition still a protective function for who wields blacksmith tools. This For example, most metal alloys have one thick coating with graphite or given by graphite foil, thus reducing the risk of contact between liquid molten metal and blacksmithing changed decisively becomes. This makes it possible, for example, inexpensive metal tools to use or to renounce more expensive ceramic tools entirely.
Es kann aber auch zweckmäßig sein Schmiedewerkzeuge aus Keramik zu benutzen, wenn bei sehr hohen Prozesstemperaturen im Bereich von ca. 1300-1600°C oder mehr und mit sehr reaktiven Zusatzstoffen gearbeitet wird, die zum Eindiffundieren in die metallischen Werkzeuge neigen. Ein weiterer Vorteil eines Werkzeuges aus Keramik ist eine geringe Wärmeabfuhr ins Werkzeug, was in einer erhöhten Schmiedetemperatur und langsameren Abkühlung resultiert. Hierdurch wird die Zeit für die Diffusionsprozesse des Zusatzstoffes in die Oberfläche verlängert.It but can also be useful forging tools made of ceramic, if at very high process temperatures in the range of approx. 1300-1600 ° C or more and working with very reactive additives, which tend to diffuse into the metallic tools. One Another advantage of a tool made of ceramic is a low heat dissipation into the tool, resulting in an increased Forging temperature and slower cooling results. hereby becomes the time for the diffusion processes of the additive in the surface extended.
Im letzten Schritt (d) wird das geschmiedete und oberflächenvergütete Bauteil aus der Form entnommen. Nach dem Schritt d) ist in der Regel nur noch eine glättende Nachbehandlung der Oberfläche erforderlich.in the last step (d) is the forged and surface annealed component taken from the mold. After step d) is usually only a smoothing Aftertreatment of the surface required.
Zu den erfindungsgemäß bevorzugten Metalllegierungen zählen die Al-, oder Ti-Legierungen, sowie Stähle. Der Gegenstand der Erfindung ist gleichwohl nicht auf diese Metalle beschränkt.To the invention preferred Count metal alloys the Al, or Ti alloys, as well as steels. The object of the invention is not limited to these metals.
Bei der Oberflächenvergütung im Schritt c) durch den Zusatzstoff handelt es sich bevorzugt um eine Carburierung, Borierung, Nitrierung, Carbonitrierung Alitierung, Chromierung, Nichromierung, Phosphatierung, Silizierung oder eine Kombination hieraus.at the surface coating in the Step c) by the additive is preferably one Carburizing, boriding, nitriding, carbonitriding alitination, Chromation, Nichrome, Phosphation, Silica or a Combination of this.
Durch das Verfahren werden bevorzugt vergütete Oberflächenschichten mit einer Dicke im Bereich von 0,001 bis 1 mm gebildet.By the method is preferably coated surface layers having a thickness formed in the range of 0.001 to 1 mm.
Das Carburieren (Aufkohlen) ist bei Stählen besonders weit verbreitet um eine Härtung der Oberfläche durchzuführen. Als Werkstoffe kommen insbesondere Stähle mit Kohlenstoffgehalten unterhalb von 0,25 % in Frage. Das carburierte (aufgekohlte) und thixogeformte Bauteil wird bevorzugt direkt aus der Prozesshitze auf Härtetemperatur abgeschreckt und damit gehärtet.The Carburizing (carburizing) is particularly common in steels a cure the surface perform. In particular steels with carbon contents are used as materials below 0.25% in question. The carburized (carburized) and thixoformed component is preferably directly from the process heat at hardening temperature quenched and hardened.
Unlegierte Stähle werden vorwiegend aus dem unteren Temperaturbereich in Wasser abgeschreckt während legierte Einsatzstähle aus dem oberen Temperaturbereich in Öl abgeschreckt werden.unalloyed steels are primarily quenched from the lower temperature range in water while alloyed case-hardened steels quenched from the upper temperature range in oil.
Je nach Legierungszusammensetzung kann es besonders zweckmäßig sein den umgeformten Rohling zwischen Schritt c) und d) kontrolliert langsam abzukühlen. Hierdurch werden Auslagerungsprozesse eingespart.Depending on the alloy composition, it may be particularly expedient to slowly cool the formed blank between steps c) and d). This will be paging processes saved.
Zweck des Nitrierens ist eine Erhöhung der Verschleißfestigkeit und Härte der Oberfläche.purpose of nitriding is an increase the wear resistance and hardness the surface.
Die Nitriertemperatur von Stählen liegt oberhalb 520° C, so dass die Prozesshitze des Thixoschmiedens sehr günstige Bedingungen bietet. Nach dem Nitrieren wird das geformte Bauteil in Wasser abgeschreckt um den Stickstoff in Lösung zu halten. Die Tiefe der Nitrierzone wird bevorzugt auf 0,001 bis 0,8 mm eingestellt.The Nitriding temperature of steels is above 520 ° C, so that the process heat of Thixoschmiedens very favorable conditions offers. After nitriding, the molded component is quenched in water around the nitrogen in solution to keep. The depth of the nitriding zone is preferably 0.001 to 0.8 mm.
Das Carbonitrieren ist eine Kombination aus Aufkohlen und Nitrieren. Die Aufkohlungsgeschwindigkeit wird durch das gleichzeitige Eindiffundieren von Kohlenstoff und Stickstoff beschleunigt. Durch diese Tatsache kann die Verweilzeit des Bauteils zwischen den Protzesschritten c) und d) verringert werden. Die Tiefe der Einhärtungszone ist schneller erreicht.The Carbonitriding is a combination of carburizing and nitriding. The carburizing speed is determined by the simultaneous diffusion of Carbon and nitrogen are accelerating. By this fact can the residence time of the component between the Protzesschritten c) and d) be reduced. The depth of the hardening zone is reached faster.
Das Alitieren wird in der Regel als Oberflächenschutzverfahren für Stähle eingesetzt. Dabei wird Aluminium in die Stahloberfläche eingebracht. Es bilden sich Aluminium-Eisen-Mischkristalle, die einen guten Verzunderungsschutz bis 950° C bewirken.The Alitizing is generally used as a surface protection method for steels. In this case, aluminum is introduced into the steel surface. Make it up Aluminum Iron Mixed Crystals, which have a good anti-scaling protection up to 950 ° C cause.
Die Silizierung wird bevorzugt für Leichtmetalllegierungen aus Aluminium eingesetzt, um eine harte und verschleißfeste Oberfläche zu erzeugen.The Silica is preferred for Aluminum alloys used to make a hard and wear-resistant surface to create.
Bei dem Zusatzstoff handelt es sich in der Regel um Pasten, Schlicker, Dispersionen oder andersartigen Beschichtungen, die die entsprechenden Stoffe zur Diffusion in die Oberflächenschicht des Rohlings in konzentrierter Form enthalten. Die bevorzugten Stoffe sind B, C, Si, Al, Cr, Ni und/oder P in elementarer oder chemisch gebundener Form, sowie chemisch gebundener Stickstoff. Die Metalle, bzw. Halbmetalle können als Metallpulver oder in Form leichtzersetzlicher Salze, wie beispielsweise Carbonsäuresalze, eingesetzt werden. Der Stickstoff ist dabei bevorzugt eine stickstoffhaltige organische Verbindung, was in der Regel zu einer Carbonitrierung der Oberfläche führt.at The additive is usually paste, slip, Dispersions or other types of coatings containing the appropriate substances for diffusion into the surface layer of the blank in concentrated form. The preferred substances B, C, Si, Al, Cr, Ni and / or P are elemental or chemical bound form, as well as chemically bound nitrogen. The metals, or semi-metals can as metal powder or in the form of easily decomposable salts, such as Carboxylic acid salts, be used. The nitrogen is preferably a nitrogen-containing organic compound, which usually leads to carbonitriding of the surface leads.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Zusatzstoffes wird dieser zum überwiegenden Teil aus Graphit gebildet. In Graphit können weitere der bereits ausgeführten Stoffe enthalten sein. Hierdurch wird entsprechend eine Carburierung oder ein Mischverfahren, insbesondere eine Carbonitrierung durchgeführt. Ein geeigneter Zusatzstoff kann aus einer Paste mit feinen Partikeln aus B, Si, Al, Ni und/oder Cr mit Graphitpulver gebildet sein.In a particularly preferred embodiment of the additive is this for the most part Part formed from graphite. In graphite, more of the already exported substances be included. As a result, a carburization or a corresponding Mixed process, in particular a carbonitriding carried out. One suitable additive can be made from a paste with fine particles be formed from B, Si, Al, Ni and / or Cr with graphite powder.
Die Verwendung eines hohen Anteils an Graphit hat den Vorteil, dass dieses Material auch hervorragend als Hochtemperaturgleitmittel und Trennmittel wirkt. Hierdurch wird ein guter Schmiedeprozess bei geringem Formverschleiß erreicht.The Use of a high proportion of graphite has the advantage that This material is also excellent as a high-temperature lubricant and release agent acts. This will be a good forging process achieved at low mold wear.
Überraschenderweise sind als Zusatzstoff auch gängige Graphit-haltige Gießerei-, oder Schmiede-Trennmittel geeignet.Surprisingly are also commonly used as additives Graphite-containing foundry, or forging release agents.
Je nach gewünschtem Bauteil ist eine vollständige Oberflächenvergütung nicht erforderlich oder auch unerwünscht. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dann so geführt werden, dass die Oberfläche des Rohlings nur teilweise den Zusatzstoffen ausgesetzt wird. Dies ist besonders einfach umzusetzen, wenn nur die Schmiedeform teilweise mit dem Zusatzstoff beschichtet oder ausgekleidet wird.ever after desired Component is a complete one Surface coating not required or undesirable. The inventive method can then be so guided be that surface of the blank is only partially exposed to the additives. This is particularly easy to implement, if only the forging partially coated or lined with the additive.
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