DE102007062664B3 - Method for producing components made of austenitic-ferritic cast iron and such a component - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus austenitisch-ferritischem Gusseisen anzugeben, bei dem ein perlitisches Ausgangsgefüge durch eine mehrstufige Wärmebehandlung in ein austenitisch-ferritisches Gefüge umgewandelt wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Bauteil nach der Umwandlung in das austenitisch-ferritische Gefüge zumindest teilweise oberflächengehärtet wird. Die Erfindung betrifft ferner ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Bauteil.The invention relates to a method for producing components made of austenitic-ferritic cast iron, in which a pearlitic starting structure is converted by a multi-stage heat treatment in an austenitic-ferritic microstructure. The invention is characterized in that the component is at least partially surface hardened after the transformation into the austenitic-ferritic microstructure. The invention further relates to a component produced by the method according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus austenitisch-ferritischem Gusseisen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Bauteil aus derartigem Gusseisen gemäß dem Patentanspruch 4.The The invention relates to a method for producing components from austenitic-ferritic cast iron according to the generic term of claim 1. Furthermore, the invention relates to a component such cast iron according to the claim 4th

Austenitisch-ferritisches Gusseisen (ADI – Austempered Ductile Iron) wird aus Gusseisen mit perlitischem Ausgangsgefüge durch eine spezielle, mehrstufige Wärmebehandlung, insbesondere eine Zwischenstufenvergütung hergestellt. Dabei wird das perlitische Ausgangsgefüge in ein Gefüge aus bei Raumtemperatur stabilisiertem Restaustenit und darin eingelagertem, nadelförmigen Ferrit umgewandelt. Im Unterschied zur Stahlherstellung setzt bei der Herstellung von ADI nach der Wärmebehandlung kein so genanntes Bainitisieren ein, so dass das erzeugte Gefüge keine Karbide enthält. Dies wird dadurch erreicht, dass im Bereich eines bestimmten Prozessfensters, d. h. vor Erreichen der Bainitstufe der Umwandlungsprozess abgebrochen wird. Bauteile aus derartigem Gusseisen weisen eine hohe Festigkeit bei guten Dehnungseigenschaften auf, wobei das Verhältnis von Restaustenit zu Ferrit die Materialeigenschaften wesentlich beeinflusst. Bei mechanisch stark beanspruchten Bauteilen reichen die mit ADI erzielbaren Werkstoffeigenschaften nicht immer aus, um den gestiegenen Anforderungen an Lebensdauer und Sicherheit zu genügen.Austenitic-ferritic Cast Iron (ADI - Austempered Ductile Iron) is made of cast iron with a pearlitic initial structure a special, multi-stage heat treatment, in particular made an intermediate stage compensation. It will the pearlitic initial structure into a structure from at room temperature stabilized retained austenite and embedded therein, acicular Converted ferrite. Unlike steel production the production of ADI after heat treatment no so-called Bainitize, so that the structure produced contains no carbides. This is achieved by the fact that in the area of a certain process window, d. H. before reaching the bainite level the conversion process stopped becomes. Components made of such cast iron have a high strength with good elongation properties, the ratio of Retained austenite to ferrite significantly affects the material properties. For mechanically stressed components, those with ADI are sufficient achievable material properties are not always out to the increased Requirements for durability and safety to meet.

In der Druckschrift CH 36 07 01 A ist beschrieben, Gusseisen mit ferritischem oder halbferritischem Grundgefüge einer induktiven Oberflächenhärtung zu unterziehen. Bauteile aus derartig hergestelltem Gusseisen weisen ebenfalls keine ausreichenden Eigenschaften im Hinblick auf Lebensdauer und Sicherheit auf.In the publication CH 36 07 01 A is described to subject cast iron with ferritic or semi-ferritic basic structure of an inductive surface hardening. Components made of such manufactured cast iron also do not have sufficient properties in terms of durability and safety.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus austenitisch-ferritischem Gusseisen mit verbesserten Materialeigenschaften anzugeben, sowie ein derartiges Bauteil.Of the The invention is therefore based on the object, a method for manufacturing of austenitic-ferritic cast iron components with improved Specify material properties, as well as such a component.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf das Verfahren durch den Gegenstand des Patentanspruches 1 und im Hinblick auf das Bauteil durch den Gegenstand des Patentanspruchs 4 gelöst.According to the invention this Task with regard to the method by the subject-matter of the claim 1 and with regard to the component by the subject-matter of the patent claim 4 solved.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus austenitisch-ferritischem Gusseisen anzugeben, bei dem ein perlitisches Ausgangsgefüge durch eine mehrstufige Wärmebehandlung in ein austenitisch-ferritisches Gefüge umgewandelt wird, wobei das Bauteil nach der Umwandlung in das austenitisch-ferritische Gefüge zumindest teilweise oberflächengehärtet wird.Of the The invention is based on the idea of a method for producing of austenitic-ferritic cast iron components, in which a pearlitic starting structure by a multi-stage heat treatment is converted into an austenitic-ferritic microstructure, wherein the component after the transformation into the austenitic-ferritic microstructure at least partially surface hardened.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch die sich an die mehrstufige Wärmebehandlung anschließende Oberflächenhärtung ein ADI-Werkstoff bereitgestellt wird, der die bekannten Vorteile bezüglich der Zähigkeit, Zugfestigkeit und Dehnungseigenschaften mit einer harten und verschleißbeständigen Oberfläche verbindet. Durch die Kombination eines zähen Kerns mit einer harten Oberfläche ist es möglich, bisher aufwändig und mit hohem Werkstoffabtrag mechanisch bearbeitete Stahlbauteile bzw. Stahlbauteile, die mit hohem Aufwand gegossen werden, durch ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Gusseisen zu substituieren. Dabei ist ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Gusseisen in der Produktion kostengünstiger als vergleichbare Stahlbauteile.The Invention has the advantage that through which the multi-level heat treatment subsequent Surface hardening ADI material is provided, the known advantages in terms of toughness, Combines tensile strength and elongation properties with a hard and wear resistant surface. By combining a tough core with a hard surface Is it possible, previously elaborate and with high material removal mechanically machined steel components or steel components, which are poured with great effort by a with the method according to the invention substituted cast iron. It is one with the inventive method produced cast iron in production more cost effective as comparable steel components.

Vorzugsweise erfolgt die Oberflächenhärtung durch Induktionshärten. Auf diese Weise ist eine besonders kostengünstige und schnelle Oberflächenhärtung möglich, wobei eine relativ hohe Einhärttiefe erreicht werden kann.Preferably the surface hardening takes place Induction hardening. In this way, a particularly inexpensive and fast surface hardening is possible, wherein a relatively high hardening depth can be achieved.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Oberflächenhärtung durch Elektronenstrahlhärten. Das Elektronenstrahlhärten hat den Vorteil, dass ein gezieltes, insbesondere lokales, Härten möglich ist, wobei das Härten temperaturkontrolliert und auch bei komplexen Geometrien erfolgen kann. Elektronenstrahlhärten wird auch als Laserstrahlhärten bezeichnet.at a preferred embodiment the method according to the invention the surface hardening takes place Electron beam hardening. The electron beam hardening has the advantage that a targeted, in particular local, hardening is possible being the hardening temperature controlled and also done with complex geometries can. electron beam hardening is also called laser beam hardening designated.

Der Erfindung liegt ferner der Gedanke zugrunde, ein Bauteil aus Gusseisen mit einem austenitisch-ferritischem Gefüge anzugeben, wobei das Bauteil oberflächengehärtet ist.Of the Invention is also based on the idea of a cast iron component specify with an austenitic-ferritic microstructure, wherein the component surface hardened.

Die im Zusammenhang mit dem Verfahren genannten Vorteile gelten gleichermaßen für das im Rahmen der Erfindung beanspruchte Bauteil.The Benefits mentioned in the context of the procedure are equally applicable to that in the context claimed invention component.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Bauteile kommen vorzugsweise dort zum Einsatz, wo hohe mechanische Belastungen zu erwarten sind. Derart hoch beanspruchte Bauteile, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders vorteilhaft hergestellt werden können, sind beispielsweise Zahnräder, Laufrollen, Schnecken, insbesondere für Getriebe schwerer Maschinen, oder Segmente für die Polymerbetonfertigung.With the method according to the invention manufactured components are preferably used where high mechanical loads are to be expected. So highly stressed Components that are particularly advantageous with the method according to the invention can be produced are for example gears, Rollers, screws, in particular for gearboxes of heavy machinery, or segments for the polymer concrete production.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Bauteile mit einem perlitischem Ausgangsgefüge zunächst in einen Ofen unter Schutzatmosphäre auf eine Austenitisierungstemperatur von ca. 850° bis 950° Celsius erwärmt. Je nach Wandstärke und chemischer Zusammensetzung der Bauteile wird die Austenitisierungstemperatur über einen gewissen Zeitraum, die Haltezeit, aufrechterhalten. Nachdem sich das perlitische Ausgangsgefüge vollständig in ein austenitisches Gefüge umgewandelt hat, wird das Gussstück sehr schnell in ein Abschreckbad umgehängt und dort abgekühlt. Das Abschrecken erfolgt üblicherweise in einem Wasserbad, insbesondere Salzwasserbad. Durch das Abschrecken wird das Gussstück auf eine Umwandlungstemperatur abgekühlt, unter deren Einfluss eine isothermische Transformation des Gussgefüges erfolgt. Die Umwandlungstemperatur beträgt vorzugsweise 220° Celsius bis maximal 450° Celsius. Im Allgemeinen wird das Bauteil mehrere Stunden bei Umwandlungstemperatur ausgelagert. Dabei ist es möglich, die isothermische Umwandlung entweder in einem Salzbad oder einem Ofen durchzuführen. Sobald sich stabiles Restaustenit und noch bevor sich Bainit bildet, wird der Umwandlungsprozess durch weiteres Abkühlen des Bauteils auf Raumtemperatur gestoppt.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the components having a pearlitic starting structure are first placed in a furnace under a protective atmosphere heated an austenitizing temperature of about 850 ° to 950 ° Celsius. Depending on the wall thickness and chemical composition of the components, the austenitizing temperature is maintained for a certain period of time, the holding time. After the pearlitic starting structure has completely transformed into an austenitic structure, the casting is quickly transferred to a quench bath and cooled down. The quenching is usually carried out in a water bath, in particular salt water bath. Quenching cools the casting to a transition temperature under the influence of which an isothermal transformation of the cast structure occurs. The transformation temperature is preferably 220 ° Celsius to a maximum of 450 ° Celsius. In general, the component is aged at transformation temperature for several hours. It is possible to carry out the isothermal conversion either in a salt bath or an oven. As soon as stable retained austenite forms and before bainite forms, the conversion process is stopped by further cooling the component down to room temperature.

Das nunmehr vorliegende ADI Bauteil wird anschließend einem Härteverfahren unterzogen, beispielsweise durch Induktionshärten. Die Einhärttiefe beträgt gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ca. 0,2 mm. Andere Einhärttiefen sind ebenfalls möglich. Durch das Härten bildet sich an der Bauteiloberfläche ein martensitisches Gefüge, das sich durch eine hohe Verschleißfestigkeit auszeichnet. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden somit Bauteile bereitgestellt, die eine verbesserte Verschleißfestigkeit bei zugleich hoher Zähigkeit und guten Dehnungseigenschaften aufweisen.The now present ADI component is then a hardening process subjected, for example by induction hardening. The hardening depth is according to one inventive embodiment about 0.2 mm. Other hardness depths are also possible. By hardening forms on the component surface a martensitic structure that by a high wear resistance distinguished. The inventive method thus components provided that improved wear resistance at the same time high toughness and have good elongation properties.

Claims (4)

Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus austenitisch-ferritischem Gusseisen, bei dem ein perlitisches Ausgangsgefüge durch eine mehrstufige Wärmebehandlung in ein austenitisch-ferritisches Gefüge umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil nach der Umwandlung in das austenitisch-ferritische Gefüge zumindest teilweise oberflächengehärtet wird.A method for producing components made of austenitic-ferritic cast iron, in which a pearlitic starting structure is converted by a multi-stage heat treatment in an austenitic-ferritic microstructure, characterized in that the component is at least partially surface hardened after the transformation into the austenitic-ferritic microstructure. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenhärtung durch Induktionshärten erfolgt.Method according to claim 1, characterized in that that the surface hardening by induction hardening he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenhärtung durch Elektronenstrahlhärten erfolgt.Method according to one of claims 1 or 2, characterized that the surface hardening by electron beam hardening he follows. Bauteil aus Gusseisen mit einem austenitisch-ferritischen Gefüge, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil oberflächengehärtet ist.Cast iron component with an austenitic-ferritic Structure, characterized in that the component is surface hardened.
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