DE1458981A1

DE1458981A1 - Verfahren zur Oberflaechenhaertung haertbarer Staehle

Info

Publication number: DE1458981A1
Application number: DE19651458981
Authority: DE
Inventors: Swoboda Dr-Ing Karl; Pater Dr Maximilian
Original assignee: Gebrueder Boehler and Co AG
Current assignee: Gebrueder Boehler and Co AG
Priority date: 1964-09-23
Filing date: 1965-09-09
Publication date: 1969-01-09
Also published as: CH473223A; NL6512001A; SE319501B; AT262357B; BE669606A; FR1446184A; GB1104102A

Description

Dr. Expl.

Gebr. Böhler & Co. Akii enge Seilschaft in Wien

Verfahren zur Oberflächenhärtung härtbarer Stähle

Es ist bekannt, daß man härtbare Stähle an der Oberfläche in der Weise härten kann, daß zunächst in der ersten Stufe eine bei Raumtemperatur metastabile austenxtische Schicht entsteht, die in der zweiten Stufe durch weitere Energiezufuhr in ein feinkörniges, sehr hartes und gleichzeitig sehr zähes martensitisches Gefüge umgewandelt wird. Voraussetzung für die Bildung der austenitisehen Oberflächenschicht ist eine extrem rasche Erhitzung derselben in das Gebiet zwischen dem oberen Umwandlungspunkt und dem Schmelzpunkt des Werkstückes. Die notwendige rasche Wärmeabfuhrerfolgt hierbei im wesentlichen durch das Werkstück selbst und erfordert daher im allgemeinen keine zusätzlichen Maßnahmen·

Bei dieser zweistufigen Oberflächenhärtung entfallen eine Reihe von Nachteilen, die mit den üblichen Oberflächenhärteverfahren verbunden sind. Insbesondere kann hierdurch das Auftreten von Härterissen oder beim Oberflächenhärten vergüteter Stahlteile das Entstehen eines in der Nähe der Oberfläche zu beobachtenden "Hitzetales¹¹ - einer Zone verminderter Härte - vermieden werden.

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!Die rasche Erhitzung der Oberfläche kann z.B. durch eine mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Stahlscheibe mit glatter Stirnfläche erfolgen, gegen welche das Werkstück gedrückt wird. Grundsätzlich sind hierfür aber auch alle anderen Möglichkeiten geeignet, welche die Erreichung hoher Energie dicht en gestatten, v/ie z.B. der Elektronenstrahl, der laser-Strahl oder- der Plasma-Strahl.

Ein lachteil dieser Möglichkeiten der Energiezufuhr für die extrem rasche Oberflächenerwärmung besteht darin, daß immer nur ein relativ kleiner Teil der Oberfläche erhitzt werden kann, so daß die Härtungsbehandlung größerer Flächen oder kompliziert gestalteter Teile in Form von zahlreichen, zweckmäßig kontinuierlich aufeinanderfolgenden Behandlungen vorgenommen werden muß. Eine gleichmäßige Oberflächenhärtung größerer Flächen ist jedoch auf diese Yfeise nur sehr schwierig zu erreichen. Außerdem erfordert die Verwendung von Energiequellen mit extrem hoher Energiedichte die Bereitstellung von Apparaturen, deren hohe Kosten der Anwendung .der zweistufigen Oberflächenhärtung in größererm Umfang hemmend im Wege stehen.

Es ist daher der Wunsch verständlich, über eine möglichst billige Energiequelle zu verfügen, welche die Erzielung ausreichen hoher Energiedichten ermöglicht. Außerdem wäre es wünschenswert, wenn diese Energiequelle eine möglichst weitgehende Anpassung an die Form der zu behandelnden Oberfläche erlauben würde, um die Zahl der erforderlichen Heilbehandlungen möglichst klein zu halten und diese im Idealfall-auf eine einzige Behandlung zu reduzieren.

Eine solche Energiequelle wurde nun in Form eines neuartigen Plasmabrenners gefunden, dessen Prinzip gemäß einem älteren, jedoch nicht zum Stande der Technik gehörenden Vorschlag darin besteht, daß an Stelle einer Düse zur Formgebung der Plasmaflamme eine zusätzliche ladungsträgerquelle verwendet wird, welche durch Einbringung von Ladungsträgern in das

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Plasma den quasineutralen Zustand desselben aufhebt. Die Fornugebung (Fokussierung) des Plasmastrahles oder der Pläsmaflamme kann nun durch Variierung der drei Einflußgrößen

a) ■ Stromstärke

b) Menge des zugeführten Gases

c) Art des zugeführten Gases

erfolgen. Bin solcher Plasmabrenner ist in seinem Aufbau auseerprdentlioh einfach und daher auch sehr billig herstellbar und kann mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom betrieben werden. Im letzteren Falle ergibt sich zusätzlich der Vorteil des Fortfaliens der für den Gleiohstrombetrieb notwendigen Gleichrichteranlage und damit eine weitere Verbilligung des Gerätes. " Erwähnt sei auch, daß die bei den bisher üblichen Plasmabrennern notwendigen kostspieligen Düsen eine relativ kurze lebensdauer haben, so daß die Möglichkeit, auf solche Düsen verzichten zu können, auch eine erhebliche Kostensenkung beim Betrieb solcher Geräte zur Folge hat.

Als vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist beispielsweise ein zylindrisches, an einem Ende durch einen Isolierkörper verschlossenes Brennerrohr 3 geeignet, in dem sich eine etwa axial verlaufende, stabförmige Elektrode aus thoriertem Wolfram befindet. Diese Elektrode ist durch einen Isolierkörper 2 geführt, der das Brennerro#r 3 an einem Ende verschließt. Am anderen Ende des Rohres 3 "

befindet sich eine um den ganzen Innenumfang dös Rohres laufende zylindrische Ausnehmung, in die eine röhrenförmige Elektrode 5 eingesetzt ist. Die Innenfläche der Elektrode 5, die ebenfalls aas thoriertem Wolfram besteht, fluchtet mit der Innenwand des Brennerrohres 3. Am Brennerrohr 3 ist seitlich ein .Gaszuführungsrohr 4 angesetzt. Dieses Rohr kann tangential oder radial angesetzt sein.

Wenn das Brennerrohr 3 aus einem leitenden Material, z.B. Stahl, besteht, befindet sich eine der Stromzuleitungen 6 am Rohr 3 und eine an der Elektrode.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Oberflächenhärtung härtbarer Stähle und die Erfindung besteht darin, daß bei der an sich bekannten zweistufigen Oberflachen-

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härtung mindeatens die für die erste Stufe notwendige, extrem schnelle Erhitzung mit einem .düsenlosen Plasmabrenner erfolgt·

Der hierdurch erzielbare Fortschritt besteht vor allem darin, daß das zweistufige Oberflächenhärteverfahren mit Hilfe einer in ihrem Aufbau sehr einfachen und damit auch sehr billigen Energiequelle bei ausreichend hoher Energiedichte durchgeführt werden kann und daß durch den Wegfall der bei üblichen Plasmabrennern notwendigen Düsen, die einem starken Ver. schleiß unterliegen, Betriebsstörungen vermieden und außerdem ; die Betriebskosten'gesenkt werden.

Die erfindungsgeaäß empfohlene Verwendung des düsenlosen Plasmabrenners ermöglicht außerdem auch eine weitgehende Anpassung der Form des Plasmastrahle-s und der einzubringenden Energiemenge an die zu härtende Oberflächenform des Werkstückes· Außerdem wird es möglich, bei Durchführung kontinuierlicher Oberflächenhärtungsbehandlungen die Form des Plasmastrahles und die Energiemenge in Anpassung an die jeweilige Form der Oberfläche auch während der Behandlung derselben zu verändern·

Beispielsweise kann die Oberflächenhärtung äer arbeitenden Teile von Werkzeugen, besonders von Werkzeugschneiden bei Verwendung dieses Verfahrens in sehr einfacher Weise erfolgen· Auch für die Härtung von Gleitbahnen, Schwalbungen oder, dgl. ist das erfindungsgemäße Verfahren mit Vorteil anwendbar. Zylindrische -Teile werden zweckmäßig in Rotation versetzt und in diesem Zustand mit einer möglichst defokussierten Plasmaflamme geringer Energiedichte behandelt,

Bei Verwendung von düsenlosen Plasmabrennern, die mit Wechselstrom betrieben werden, bestehen die gleichen Regelungsmöglichkeiten wie bei der Verwendung von Plasmabrennern für Gleichstrombetrieb, jedoch ergibt sich der zusatz» liehe Vorteil des noch einfacheren Aufbaues des Gerätes zufolge des Wegfaliens der für den G-leichstrombetrieb notwendigen Gleichrichteranlage·

Durch.die vorliegende Erfindung wird eine wesentliche Schwierigkeit beseitigt, die bisher der Einführung der zweistufigen Oberflächenhärtung in größerem Umfang hemmend im. Wege stand:.

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Claims

Patentansprüche: 1 / c: ο q ο ι

1, Verfahren zur Oberflächenhärtung härtbarer Stähle, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die für die erste Stufe ■notwendige, extrem schnelle Erhitzung der an sich bekannten zweistufigen Oberflächenhärtung mit einem düsenlosen Plasmabrenner erfolgt·

2. Verfahren zur- Oberflächenhärtung härtbarer Stähle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Plasmastrahles sowie die hierdurch zugeführte Energiemenge vor der Härtungsbehandlung durch Variierung der drei Einflußgrößen

a) Stromstärke

b) Menge des zugeführten Gases

c) Art des' zugeführte/n Gases

der zu härtenden Oberflächenform des Werksiüvkes angepaßt wird, 3· Verfahren zur Oberflächenhärtung härtbarer Stähle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei ' kontinuierlichen Oberflächenbehandlungen während der Behandlung die Form des P3.asmastrahles .und die zugeführte Energiemenge in Anpassung an die jeweilige Form der Oberfläche verändert wird,

4« Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die extrem schnelle Erhitzung der Oberflächenschicht mit einem düsenlosen Plasmabrenner erfolgt, der mit V/echselstrom betrieben wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein zylindrisches, an einem Ende durch einen Isolierkörper (2) verschlossenes Brennerrohr (3), das an seinem offenen Ende in einer sich über o- dqn ganzen Innenumfang des Brennerrohres erstreckenden Ausneh- ^ inung eine rohrartige Elektrode (5), vorzugsweise aus thoriertem * V/olfram, trägt, deren Innenfläche mit der Innenfläche des Brenj nerrohres (3) fluchtet, eine durch den Isolierkörper (2) geführte, sich im wesentlichen axial durch das Brennerrohr (3) bis etwa in den Bereich der .rohrförmigen Elektrode (5) erstreckende weitere Elektrode (1), vorzugsweise aus thoriertem Wolfram, mindestens ein in das Brennerrphr (3) mündendes Zufuhrrohr (4) für das gasförmige Medium, sowie durch Stromzuführungen (6) für die beiden Elektroden,