DE19809122A1

DE19809122A1 - Beschichtung für Gegenstände aus Grauguß und/oder Gußeisen mit Kugelgraphit, insbesondere für Umformwerkzeuge sowie Verfahren zur Herstellung der Beschichtung

Info

Publication number: DE19809122A1
Application number: DE1998109122
Authority: DE
Inventors: Stephanus Faller
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 1999-09-09

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschichtung für Gegenstände aus Grauguß und/oder Gußeisen mit Kugelgraphit, insbesondere für Umformwerkzeuge sowie ein Verfahren zur Herstellung der Be schichtung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 3 und 4

Aus der GB 1 200 165 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine Oberfläche eines stählernen Gegenstandes gehärtet wird, damit sie beständiger gegen einen abrasiven Verschleiß ist. Zur Erhö hung der Oberflächenhärte wird der Gegenstand zuerst mit einer Schicht aus Chrom zu versehen und anschließend bei einer Tempe ratur zwischen 900°C und 1100°C einer Stickstoffatmosphäre ausgesetzt. Während der Verweilzeit in der Stickstoffatmosphäre diffundiert der Stickstoff zumindest in Bereich der Oberfläche der Chromschicht in diese ein und bildet u. a. CrN oder eine CrN-ähnliche Substanz, wodurch die Oberflächenhärte und damit das Abrasivverhalten des Gegenstandes verbessert ist. Ein Ein fluß der Nitrierung auf das Adhäsivverhalten ist der Schrift nicht entnehmbar. Ferner wird durch die hohe Temperatur während der Verweilzeit der Grundwerkstoff des Gegenstandes sehr stark thermisch belastet, wodurch u. U. Gefügeumwandlungen auftreten können. Die Gefügeumwandlungen können sich ggf. auf den gesam ten Gegenstand auswirken.

Aus der GB 1 223 410 ist ein Verfahren bekannt, das dem nach der GB 1 200 165 weitgehend entspricht, wobei hier der Gegen stand allerdings elektrolytisch mit der Chromschicht überzogen und bei nur 500°C bis 600°C der Stickstoffatmosphäre ausge setzt wird.

Aus der US 5,226,975 A1 ist es bekannt, ein metallisches Teil einer Verbrennungsmaschine zu verchromen und die Chromschicht anschließend mittels eines Stickstoff-Plasmas zu nitrieren.

Die Ergebnisse der oben genannten vorbekannten Beschichtungen beziehen sich alle auf Stählen. Einen Hinweis auf eine derartige Beschichtung auf einen Gegenstand aus Grauguß und/oder Gußeisen mit Kugelgraphit ist aus dieser Schritt unbekannt. Es kann auch kein entsprechender Hinweis entnommen werden.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beschichtung und ein Verfahren zum Auftrag der Beschichtung zu entwickeln, mittels der Oberfläche von Gegenständen aus Grauguß und/oder Gußeisen mit Kugelgraphit, insbesondere vom Umformwerkzeugen, hinsicht lich ihrem Abrasivverhalten und hinsichtlich ihrem Adhäsivver halten verbessert werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An spruchs 1 und mit einem Verfahren mit den Verfahrensschritten des Anspruchs 3 bzw. 4 gelöst. Sinnvolle Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen entnehmbar.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtung wird zumin dest die Oberfläche des Gegenstands aus Gußeisen mit Kugelgra phit und/oder aus Grauguß gereinigt und in bekannter Weise mit einer Schichtdicke von maximal 10 mm, bevorzugt maximal 5 µm verchromt.

Danach wird der verchromte Gegenstand bei Temperaturen zwischen 500°C und 550°C plasmanitriert. Beim Plasmanitrieren wird das Cr der Chromschicht zumindest weitgehend in CrN und/oder in ei ne CrN-ähnliche Substanz umgewandelt.

Gleichzeitig gelangt noch Stickstoff in den Grundwerkstoff, wo durch sich im Grundwerkstoff ein Gradient an Stickstoff ausbil det. Durch den höheren Anteil an Stickstoff im Grundwerkstoff ist die Haftung der Beschichtung auf dem Grundwerkstoff verbes sert.

Zweckmäßigerweise wird während der Plasmanitrierung an den Ge genstand noch eine elektrische Spannung angelegt. Als elektri sche Spannung kann eine Wechselspannung oder eine Gleichspan nung sowie eine gepulste Spannung verwendet werden.

Durch die Plasmabildung und die angelegte elektrische Spannung wird der Diffusions- und Reaktionsprozeß des Stickstoffs begün stigt. Außerdem treten im Grundwerkstoff bei den beim Plasmani trieren vorliegenden Temperaturen unterhalb 550°C keine nen nenswerten Gefügeumwandlungen und dadurch auch keine nennens werten Änderungen auf.

Anstelle des Plasmanitrierens kann die Einbringung, insbesonde re die Nitrierung auch durch Ionenstrahlen mit Stickstoff vor genommen werden, wobei auch hier günstigerweise eine elektri sche Spannung an den Gegenstand angelegt wird.

Die mit den beiden alternativen Verfahren hergestellten Be schichtung weist eine Schichtdicke von maximal 10 µm und vor zugsweise 5 µm und insbesondere kleiner als 1 µm auf. Die nach Rockwell gemessene Härte der Oberfläche beträgt zwischen 55 und 60 HRC.

Durch die erfindungsgemäße Beschichtung wird das Abrasivverhal ten insbesondere das Adhäsivverhalten, also der Verschleiß durch eine adhäsive Beanspruchung verbessert.

Durch diese Verbesserung sind die Beschichtungen insbesondere für Umformwerkzeuge geeignet, da hierbei Verschleiß durch die Adhäsivbeanspruchung, die durch das Verschweißen des Blechwerk stoff mit dem Werkzeug entsteht, besonders hoch ist.

Die erfindungsgemäße Beschichtung eines Umformwerkzeugs aus Graueisen und/oder aus Gußeisen mit Kugelgraphit führt damit zu einer Verbesserung des Reib- und Verschleißverhaltens sowie zu einer Erhöhung der Prozeßsicherheit beim Umformen von Bauteilen aus Stahl- und Aluminiumblechen.

Claims

1. Beschichtung für Gegenstände aus Grauguß und/oder Gußeisen mit Kugelgraphit, insbesondere für Umformwerkzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß der Grauguß bzw. das Gußeisen beschichtungsnah einen erhöh ten Anteil Stickstoff aufweist, daß die Beschichtung CrN und/oder eine CrN-ähliche Substanz aufweist und daß die Be schichtung kleiner 10 µm, insbesondere kleiner 5 µm ist.

2. Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stickstoffanteil beschichtungsnah einen Gradienten auf weist, der mit zunehmender Entfernung von der Beschichtung ab nimmt.

3. Verfahren zur Aufbringung einer Beschichtung auf Oberflächen von Gegenständen aus Grauguß und/oder Gußeisen mit Kugelgra phit, bevorzugt von Umformwerkzeugen, mit welcher Beschichtung der Verschleiß der Oberfläche durch abrasive und adhäsive Bean spruchung vermindert wird, gekennzeichnet durch die Gemeinsamkeit folgender Verfahrensschritte,

- auf der Oberfläche des Gegenstandes wird eine Chromschicht galvanisch aufgetragen,
- der verchromte Gegenstand wird bei Temperaturen kleiner 550°C plasmanitriert,
- während der Plasmanitrierung wird an den Gegenstand eine elektrische Spannung angelegt,
- durch das Plasmanitrieren wird Chrom der Chromschicht in CrN bzw. eine CrN-ähnliche Substanz umgewandelt und
- während des Plasmanitrierens wird Stickstoff in die Oberflä che des Gußeisens und/ oder des Grauguß transportiert, insbe sondere diffundiert.

4. Verfahren zur Aufbringung einer Beschichtung auf Oberflächen von Gegenständen aus Grauguß und/oder Gußeisen mit Kugelgra phit, bevorzugt von Umformwerkzeugen, mit welcher Beschichtung der Verschleiß der Oberfläche durch abrasive und adhäsive Bean spruchung vermindert wird, gekennzeichnet durch die Gemeinsamkeit folgender Verfahrensschritte,

- auf der Oberfläche des Gegenstandes wird eine Chromschicht galvanisch aufgetragen,
- der verchromte Gegenstand mit einem Stickstoff aufweisenden Ionenstrahl beaufschlagt wird,
- durch den Ionenstrahl wird Chrom der verchromten Schicht CrN und/oder eine CrN-ähnliche Substanz umgewandelt und
- während des Ionenstrahlens wird Stickstoff in die Oberfläche des Gußeisens und/oder des Grauguß transportiert.

5. Verfahren nach 4, dadurch gekennzeichnet, daß während der Plasmanitrierung an den Gegenstand eine elek trische Spannung angelegt wird.

6. Verfahren nach 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine gegen Masse (Erde) gemessene Spannung zwischen . . .V und . . .V angelegt wird.

7. Verfahren nach 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Chromschicht mit maximal 10 µm, insbesondere maximal 5 µm aufgetragen wird.