DE102007018230A1

DE102007018230A1 - Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle, insbesondere für schwere Dieselmotoren

Info

Publication number: DE102007018230A1
Application number: DE102007018230A
Authority: DE
Inventors: Sergio Stefano Dr. Guerreiro
Original assignee: ThyssenKrupp Metalurgica Campo Limpo Ltda
Current assignee: ThyssenKrupp Metalurgica Campo Limpo Ltda
Priority date: 2007-04-16
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2008-10-30
Also published as: EP1983064A3; EP2134879B1; WO2008125964A3; BRPI0809296B1; US20100126638A1; EP1983064A2; WO2008125964A8; MX2009011029A; US8221563B2; CA2683328A1; EP2134879A2; CA2683328C; WO2008125964A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle, insbesondere für schwere Dieselmotoren, wobei ein Kurbelwellenrohling aus ADI-Guss hergestellt wird, das Gusswerkstück anschließend mechanisch bearbeitet wird und das bearbeitete Gusswerkstück einer auf den ADI-Guss abgestimmten Wärmebehandlung ausgesetzt wird, durch die das Werkstück hohe Festigkeit und Härte erhält. Erfindungsgemäß werden Flächen, welche Lagerflächen für Pleuel und Wellenlager bilden, vor der ADI-Wärmebehandlung auf Untermaß bearbeitet. Im Anschluss an die Wärmebehandlung wird eine Beschichtung auf die Lagerflächen aufgebracht, deren Schichtdicke auf das Untermaß und Maßabweichungen infolge der Wärmebehandlung abgestimmt ist. Die beschichteten Lagerflächen werden schließlich auf das Fertigungsmaß finishbearbeitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle, insbesondere für Dieselmotoren, wobei ein Kurbelwellenrohling aus ADI-Guss hergestellt wird, das Gusswerkstück anschließend mechanisch bearbeitet wird und das bearbeitete Gusswerkstück einer auf den ADI-Guss abgestimmten Wärmebehandlung ausgesetzt wird, durch die das Werkstück hohe Festigkeit und Härte erhält.
ADI (Austempered Ductile Iron) ist ein verzugsarm isothermisch vergütetes Gusseisen mit Kugelgraphit. Das Material zeichnet sich durch eine günstige Kombination von Festigkeit und Dehnung sowie hohe Wechselfestigkeit und günstiges Verschließverhalten aus. Als Basis für ADI dient Gusseisen mit Kugelgraphit (GGG), wobei die Schmelzen in der Regel mit geringen Mengen von Kupfer, Molbydän, Mangan und Nickel legiert werden. Die Gusswerkstücke werden in einem Ofen unter Schutzatmosphäre auf eine Austenitisierungstemperatur von 850 bis 950°C erwärmt und nach einer mehrstündigen Haltezeit auf eine Temperatur zwischen 220 und 450°C abgeschreckt. Bei dieser Temperatur erfolgt eine Umwandlung des Gefüges unter Ausbildung eines Bainit-ähnlichen Gefüges, das aus nadeligem karbidfreiem Ferrit und kohlenstoffangereichertem stabilisierten Restaustenit ohne Karbide besteht.
Wegen der guten mechanischen Eigenschaften – hohe Zähigkeit, Zugfestigkeit, Verschließfestigkeit, Härte und gute Dehnungseigenschaften – wird ADI-Guss auch im Maschinenbau und der Fahrzeugindustrie eingesetzt. Die Bearbeitbarkeit der Gussstücke nach der ADI-Wärmebehandlung ist sehr schwierig und in den meisten Fällen nur durch Schleifen möglich. Aus diesem Grund ist es notwendig, dass die Gussstücke vor der Wärmebehandlung bereits auf Maß bearbeitet werden. Hierbei sind der Wärmeverzug sowie Volumenveränderungen durch Gefügeumwandlung zu berücksichtigen. Die Fertigung ist aufwendig, der Ausschuss hoch, da die Möglichkeit einer mechanischen Nachbearbeitung nicht oder nur sehr eingeschränkt gegeben ist. Bei großvolumigen Maschinenteilen, z. B. Kurbelwellen ist es schwierig, die Lagerflächen für Pleuel und Wellenlager maßhaltig mit der von der Praxis geforderten Toleranzen herzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zur Herstellung von Kurbelwellen aus ADI-Guss zu vereinfachen und das Verfahren insbesondere so zu führen, dass die Maßhaltigkeit der Lagerflächen für Pleuel und Wellenlager auf einfache Weise gewährleistet werden kann.
Ausgehend von einem Verfahren mit den eingangs beschriebenen Merkmalen wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Flächen, welche Lagerflächen und Pleuel für Wellenlager bilden, vor der ADI-Wärmebehandlung auf Untermaß bearbeitet werden, dass im Anschluss an die Wärmebehandlung eine Beschichtung auf die Lagerflächen aufgebracht wird, deren Schichtdicke auf das Untermaß und Maßabweichungen infolge der Wärmebehandlung abgestimmt ist, und dass die beschichteten Lagerflächen schließlich auf das Fertigmaß finishbearbeitet werden.
ADI verleiht der Kurbelwelle hohe Festigkeit und Härte. Die nach einer ADI-Wärmebehandlung aufgetragene dünne Beschichtung der Lagerflächen ermöglicht eine mechanische Bearbeitung der Lagerflächen. Durch die mechanische Bearbeitung dieser Flächen können hohe Anforderungen sowohl hinsichtlich der Oberflächengüte der bearbeiteten Flächen als auch hinsichtlich der Maßhaltigkeit der bearbeiteten Flächen eingehalten werden. Die erfindungsgemäße Kombination der Verfahrensschritte ermöglicht eine kostengünstige und im Wesentlichen ausschussfreie Fertigung von Kurbelwellen für schwere Dieselmotoren, die sich sowohl durch ausgezeichnete mechanische Eigenschaften als auch durch eine sehr gute Maßhaltigkeit an den Lagerflächen für Pleuel und Wellenlager auszeichnen.
Die Wärmebehandlung des Gusswerkstückes umfasst ein Aufheizen des Gusswerkstückes unter Schutzgasatmosphäre auf eine Austenitisierungstemperatur von 850 bis 950°C, ein Abschrecken des Gusswerkstückes auf eine Gefügeumwandlungstemperatur zwischen 220 und 450°C und ein mehrstündiges Halten der Gefügeumwandlungstemperatur zur isothermischen Umwandlung des Gefüges. Die Temperatur der isothermischen Umwandlung beeinflusst das entstehende Gefüge und dadurch die mechanischen Eigenschaften des Gussstückes. Mit abnehmender Temperatur resultiert eine höhere Härte und Festigkeit des Materials.
Die Beschichtung wird zweckmäßig mit einer Schichtstärke zwischen 200 μm und 600 μm auf die Lagerflächen aufgetragen. Beim Fertigfinishen werden anschließend wieder 20% bis 80% der auf die Lagerflächen aufgebrachten Beschichtung abgetragen.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Kurbelwelle, insbesondere für schwere Dieselmotoren, wobei ein Kurbelwellenrohling aus ADI-Guss hergestellt wird, das Gusswerkstück anschließend mechanisch bearbeitet wird und das bearbeitete Gusswerkstück einer auf den ADI-Guss abgestimmten Wärmebehandlung ausgesetzt wird, durch die das Werkstück hohe Festigkeit und Härte erhält, dadurch gekennzeichnet, dass Flächen, welche Lagerflächen für Pleuel und Wellenlager bilden, vor der ADI-Wärmebehandlung auf Untermaß bearbeitet werden, dass im Anschluss an die Wärmebehandlung eine Beschichtung auf die Lagerflächen aufgebracht wird, deren Schichtdicke auf das Untermaß und Maßabweichungen infolge der Wärmebehandlung abgestimmt ist, und dass die beschichteten Lagerflächen schließlich auf das Fertigmaß finishbearbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung ein Aufheizen des Gusswerkstückes unter Schutzgasatmosphäre auf eine Austenitisierungstemperatur von 850 bis 950°C, ein Abschrecken des Gusswerkstückes auf eine Gefügeumwandlungstemperatur zwischen 220 und 450°C und ein mehrstündiges Halten der Gefügeumwandlungstemperatur zur isothermischen Umwandlung des Gefüges umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit einer Schichtstärke zwischen 200 μm und 600 μm auf die Lagerflächen aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Fertigfinishen 20% bis 80% der auf die Lagerflächen aufgebrachten Beschichtung wieder abgetragen wird.