DE102006051545A1

DE102006051545A1 - Thermoformed machine component with at least one hardened running or guide surface, in particular motor element

Info

Publication number: DE102006051545A1
Application number: DE200610051545
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr.-Ing. Gierl; Ernst Dipl.-Ing. Strian
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2008-05-08
Also published as: WO2008052851A1

Abstract

Tiefgezogenes Maschinenbauteil mit wenigstens einer gehärteten Lauf- oder Führungsfläche, insbesondere Motorenelement, hergestellt aus einem Kaltband mit ienem Kohlenstoffanteil von 0,13-0,2% sowie einem oder mehreren Sondernitridbildnern, wobei der Anteil des einen Sondernitridbildners oder der Summenanteil der mehreren Sondernitridbildner wenigstens 0,5% beträgt.Deep-drawn machine component with at least one hardened running or guiding surface, in particular motor element, made of a cold strip with ienem carbon content of 0.13-0.2% and one or more Sondernitridbildnern, wherein the proportion of a Sondernitridbildners or the sum of the multiple Sondernitridbildner least , 5%.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein tiefgezogenes Maschinenbauteil mit wenigstens einer gehärteten Lauf- oder Führungsfläche, insbesondere ein Motorenelement.The The invention relates to a deep-drawn machine component with at least a hardened one Running or guiding surface, in particular a motor element.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Solche Bauteile kommen in vielfältiger Ausgestaltung, insbesondere im Motorenbau, zum Einsatz, als Beispiel ist ein Tassenstößel zu nennen. Solche Maschinenbauteile werden häufig präzisions-tiefgezogen und besitzen üblicherweise eine Lauf- oder Führungsfläche für etwaige Gleitelemente, die auf ihnen ablaufen oder über sie bewegt und betätigt werden. Die hierfür verwendeten gut umformbaren Stähle sind historisch bedingt Einsatzstähle, die für die Wärmebehandlung in Form des Einsatzhärtens oder Carbonitrierens entwickelt wurden. Üblicherweise wird ein Kaltband aus tiefziehfähigem Einsatzstahl der Qualität 16MnCr5 oder 17CrNiMo6 mit einem geringen Kohlenstoffgehalt von 0,13–0,2% verwendet. Wenngleich sich dieser Einsatzstahl relativ gut tiefziehen lässt, weist er trotz nachfolgender Einsatzhärtung und Nitrocarburierung eine noch relativ poröse Verbindungsschicht bzw. Randschicht mit begrenzter Oberflächenhärte von weniger als 800 HV auf. Die verstärkte Zufuhr von Koh lenstoff und Stickstoff mittels gezielter Aufkohlungsatmosphäre und Nitrieratmosphäre führt am Endbauteil zu einer gehärteten Verbindungsschicht mit einer Oberflächenhärte und einer Härte in der Diffusionszone von mindestens 550 HV und einem bestimmten Volumenanteil von Restausternit und Martensit im Gesamtgefüge. Gleichwohl können im Hinblick auf die gesteigerten Anforderungen an die Verschleißbeständigkeit der Bauteile in modernen Motoren nunmehr erforderliche Härtegrade nicht erreicht werden.Such Components come in a variety Design, especially in engine construction, for use, as an example is to call a bucket tappet. Such machine components are often precision deep-drawn and usually have a running or guiding surface for any Sliding elements that run on them or are moved and operated on them. The one for this used easily deformable steels are historically conditional steels used for heat treatment in the form of case hardening or Carbonitriding were developed. Usually, a cold strip from thermoformable Case hardening steel of quality 16MnCr5 or 17CrNiMo6 with a low carbon content of 0.13 to 0.2% used. Although this case steel deepen relatively well leaves, he has one despite subsequent case hardening and nitrocarburizing one still relatively porous Bonding layer or boundary layer with limited surface hardness of less as 800 HV on. The amplified Supply of carbon and nitrogen by means of a targeted carburizing atmosphere and nitriding atmosphere leads to the final component to a hardened Bonding layer with a surface hardness and a hardness in the Diffusion zone of at least 550 HV and a certain volume fraction of residual astersite and martensite in the overall structure. Nevertheless, in the In view of the increased demands on wear resistance the components in modern engines now required degrees of hardness can not be reached.

Bekannt sind ferner spezielle Nitrierstähle, die eine sehr harte Verbindungsschicht bilden und dadurch eine höhere Oberflächenhärte erzielen, wie z. B. 34CrMo5, 34CrAlNi7, 31CrMo12. Diese sind jedoch aufgrund ihrer Zusammensetzung nicht umformbar, eignen sich also nicht zum Tiefziehen. Bauteile aus konventionellen Nitrierstählen sind daher nur spanend verarbeitbar und deshalb unwirtschaftlich.Known are also special nitriding steels, the form a very hard bonding layer and thereby achieve a higher surface hardness, such as 34CrMo5, 34CrAlNi7, 31CrMo12. These are, however, due their composition not deformable, so are not suitable for Thermoforming. Components made of conventional nitriding steels are therefore only machinable and therefore uneconomical.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Maschinenbauteil anzugeben, das tiefgezogen hergestellt werden kann, gleichwohl aber durch entsprechende Härtebehandlung im Bereich der Lauf- oder Führungsflächen sehr hohe Härtewerte, die mit bisher üblichen Kaltband-Einsatzstählen nicht erreicht werden, aufweist.Of the The invention is thus based on the problem of a machine component which can be produced deep-drawn, but nevertheless by appropriate hardening treatment in the area of running or guiding surfaces very much high hardness values, with the usual Cold-rolled steel inserts are not be reached has.

Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß ein tiefgezogenes Maschinenbauteil vorgesehen, hergestellt aus einem Kaltband mit einem Kohlenstoffanteil von 0,13–0,2% sowie einem oder mehreren Sondernitridbildnern, wobei der Anteil des einen Sondernitridbildners oder der Summenanteil der mehreren Sondernitridbildner wenigstens 0,5% beträgt.to solution This problem is inventively a deep-drawn machine component provided, made of a cold strip with a carbon content from 0.13-0.2% and one or more Sonderitridbildnern, wherein the proportion one of the single-nitride former or the sum portion of the plurality Sondernitridbildner is at least 0.5%.

Bei dem erfindungsgemäßen Kaltband ist ein beachtlich hoher Anteil an Sondernitridbildnern vorgesehen, wenngleich das Kaltband nach wie vor noch ohne weiteres aufgrund seiner isotropen Eigenschaften sehr präzise tiefgezogen werden kann. Dieser Stahl kann sehr gut einsatzgehärtet bzw. carbonitriert und nitrocarburiert werden, was bevorzugt bei einer Temperatur von 840–930° C in einer aufkohlenden oder aufkohlenden-aufstickenden Schutzgasatmosphäre erfolgt. Anschließend erfolgt ein Anlassen bis ca. 580° C und eine Nitrocarburierung bei 550–580° C. Infolge des erfindungsgemäß vorgesehenen, erhöhten Anteils an Sondernitridbildnern kommt es hierbei im Oberflächenbereich zur Bildung von Sondernitriden, die von der Art der enthaltenen Sondernitridbildner abhängen. Aufgrund der Bildung dieser Sondernitride im oberflächennahen Bereich bzw. der Diffusionszonen kommt es zu einer extremen Härtung in diesem Bereich, Oberflächenhärten von bis zu 1.100 HV und mehr sind hierdurch erreichbar. Die Lauf- oder Führungsflächen können damit mit gehärteten Oberflächen hergestellt werden, die extrem verschleißfest sind und ohne weiteres die gestiegenen Einsatzanforderungen erfüllen. Die Kernhärte, die allein aus der Materialzusammensetzung resultiert, bewegt sich im Bereich von bis zu 450 HV, je nach verwendetem Ausgangsmaterial.at the cold strip according to the invention a considerable amount of special nitride formers is provided, although the cold strip still still readily due Its isotropic properties can be deep-drawn very precisely. This steel can be case hardened or carbonitrided and nitrocarburized very well which is preferably at a temperature of 840-930 ° C in a carburizing or carburizing-aufstickenden inert gas atmosphere takes place. Subsequently Tempering takes place up to approx. 580 ° C and a nitrocarburization at 550-580 ° C. As a result of the inventively provided, increased Proportion of Sonderitridbildnern it comes here in the surface area for the formation of special nitrides, which depends on the type of the contained nitride donors depend. Due to the formation of these special nitrides in the near-surface Area or the diffusion zones, it comes to an extreme hardening in this area, surface hardening of Up to 1,100 HV and more can be reached hereby. The run or Guide surfaces can with it hardened surfaces are manufactured, which are extremely resistant to wear and readily meet the increased application requirements. The core hardness, the Alone results from the material composition, moves in the Range of up to 450 HV, depending on the starting material used.

Als Sondernitridbildner kann ein oder können mehrere Elemente aus der Gruppe umfassend Aluminium, Chrom, Vanadium, Molybdän und Titan gewählt werden. Wird nur ein Sondernitridbildner vorgesehen, also von Haus aus gezielt in das Kaltband-Ausgangsmaterial eingebracht, so sollte sein Anteil wenigstens 0,5% betragen. Werden zwei oder mehr Sondernitridbildner gezielt eingebracht, so sollte ihr Summenanteil ebenfalls wenigstens 0,5% betragen. Selbstverständlich können auch höhere Einzel- oder Summenanteile eingestellt werden, wodurch sich der Anteil an gebildeten Sondernitriden erhöht.When Single nitride may or may not contain more than one element Group comprising aluminum, chromium, vanadium, molybdenum and titanium chosen become. If only a Sondernitridbildner provided, so from home from deliberately introduced into the cold strip starting material, so should its share is at least 0.5%. Be two or more Sonderitridbildner deliberately introduced, so should their sums also at least 0.5%. Of course can also higher Single or total shares are set, causing the Increased proportion of formed Sonderitriden.

Unabhängig davon, ob nur ein Sondernitridbildner oder mehrere Sondernitridbildner mit erhöhtem Anteil vorgesehen sind, sollte Aluminium zu maximal 1,5%, Chrom zu maximal 6%, Vanadium zu maximal 1,2%, Molybdän zu maximal 2,5% und Titan zu maximal 1,5% enthalten sein.Independently of, whether only a Einzelitridbildner or multiple Sondernitridbildner with elevated Proportion, should aluminum to a maximum of 1.5%, chrome to a maximum of 6%, vanadium to a maximum of 1.2%, molybdenum to a maximum of 2.5% and titanium too be included at most 1.5%.

Ein bevorzugtes Kaltband, das zur Herstellung des erfindungsgemäßen Maschinenbauteils geeignet ist, weist folgende Zusammensetzung auf: C 0,13–0,18% Si max. 0,4% Mn 0,4–1,1% P max. 0,25% S max. 0,3% Al 0,8–1,2% Cr 1,0–4,0% Mo 0,15–1,1% V 0,2–0,3% und einen Rest aus Fe und Verunreinigungen.A preferred cold-rolled strip which is suitable for producing the machine component according to the invention has the following composition: C 0.13-0.18% Si Max. 0.4% Mn 0.4-1.1% P Max. 0.25% S Max. 0.3% al 0.8-1.2% Cr 1.0-4.0% Not a word 0.15 to 1.1% V 0.2-0.3% and a balance of Fe and impurities.

Ersichtlich sind bei diesem Kaltband vier Sondernitridbildner, nämlich Aluminium, Chrom, Molybdän und Vanadium in jeweils erhöhtem Anteil vorgesehen, wobei der Mindestsummenanteil der vier Sondernitridbildner 2,15% und der maximale Summenanteil 6,6% beträgt. Je höher der Anteil an Sondernitridbildnern, um so höher der Anteil an gebildeten Sondernitriden, wobei hier ein nahezu linearer Zusammenhang gegeben ist. Im Rahmen der Nitrocarburierung bilden sich im Bereich der Oberfläche die Verbindungsschicht und die Diffusionszone. Die Diffusionszone, in der es zur Nitridbildung mit gegebener Stöchiometrie kommt, hängt in ihrer Tiefe von der Dauer der Nitrocarburierung ab, sie liegt im Bereich zwischen wenigen μm bis ca. 1 mm. Die Verbindungsschichtdicke variiert zwischen 0 und 50 μm.apparent are in this cold strip four Sondernitridbildner, namely aluminum, Chromium, molybdenum and vanadium in each case increased Proportion provided, wherein the minimum sum of the four Sonderitridbildner 2.15% and the maximum sum share is 6.6%. The higher the content of the special nitride formers, the higher the proportion of formed Sondernitriden, here a nearly linear relationship given is. As part of nitrocarburization form in the area the surface of the Bonding layer and the diffusion zone. The diffusion zone, in which comes to nitrite formation with a given stoichiometry, depends in their Depth of the duration of nitrocarburization, it is in the range between a few μm up to approx. 1 mm. The bonding layer thickness varies between 0 and 50 μm.

Claims

Thermoformed machine component with at least a hardened one Running or guiding surface, in particular Motor element made of a cold strip with a carbon content from 0.13-0.2% as well one or more Sonderitridbildnern, wherein the proportion of the one Sondernitridbildners or the sum of the plurality of Sondernitridbildner least 0.5%.

Machine component according to claim 1, characterized that the one or more Sonderitridbildner from the group comprising aluminum, Chromium, vanadium, molybdenum and titanium are chosen are.

Machine component according to claim 2, characterized in that aluminum up to 1.5%, chromium up to 6%, vanadium too maximum 1.2%, molybdenum 2.5% maximum and titanium at maximum 1.5% are included.

Machine component according to one of the preceding claims, characterized in that the deep-drawable cold strip has the following composition: C 0.13-0.18% Si Max. 0.4% Mn 0.4-1.1% P Max. 0.25% S Max. 0.3% al 0.8-1.2% Cr 1.0-4.0% Not a word 0.15 to 1.1% V 0.2-0.3%

and a balance of Fe and impurities.