DE2244220C3

DE2244220C3 - Anwendung eines Verfahrens zur Herstellung einer Schicht aus Hartguß auf einem begrenzten Oberflachenbereich eines gußeisernen Werkstuckes

Info

Publication number: DE2244220C3
Application number: DE2244220A
Authority: DE
Inventors: Nobuaki Sato; Katosuro Yamasaki
Original assignee: Yoshiwa Kogyo KK; Toyo Kogyo Co Ltd
Current assignee: Mazda Motor Corp; Yoshiwa Kogyo KK
Priority date: 1971-09-09
Filing date: 1972-09-08
Publication date: 1975-11-27
Also published as: US4000011A; DE2244220B2; DE2244220A1; JPS5149573B2; JPS4836031A

Description

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Die Erfindung betrifft die Anwendung eines Verfahrens zur Herstellung einer Schicht aus Hartguß auf einem begrenzten Oberflächenbereich eines gußeisernen Werkstückes, bei dem der begrenzte Oberflächenbereich durch Elektronenstrahl schnell geschmolzen, sodann durch schnelle Wärmeableitung in die nicht geschmolzenen Bereiche abgeschreckt und schließlich fertig bearbeitet wird, auf ein gußeisernes Werkstück, dessen Graphit in lamellarer Form vorliegt, dessen derart behandelte Oberfläche frei von Lunkern und/oder Feinlunkern ist und das unter Zusatz mindestens eines der Elemente Magnesium, Aluminium und Kalzium erschmolzen worden ist, wobei die Menge des Zusatzes bei Einzelzugabe für Magnesium 0,002 bis 0,03 "/0, für Aluminium 0,05 bis 4,0% und für Kalzium 0,1 bis I⁰Zo beträgt, während die Menge bei Zugabe zweier oder sämtlicher dieser Zusatzelcmente so bemessen ist, daß das erzielte Bindungsvermögen für Sauerstoff gleich oder größer dem bei der Zugabe als Einzelzusatz erziclbaren ist.

Das Verfahren zur Herstellung einer Schicht aus Hartguß auf einem begrenzten Oberflächenbereich eines gußeisernen Werkstückes, bei dem der begrenzte Oberflächenbcrcich durch Elektronenstrahl schnell geschmolzen, sodann durch schnelle Wärmeableitung in die nicht geschmolzenen Bereiche abgeschreckt und schließlich fertig bearbeitet wird, ist in der DT-OS 2 045 125 beschrieben. Dieses Verfahren besitzt den Vorteil, daß auch relativ kleine Werk- 6» stücke mit einer Hartgußslruktur auf der Oberfläche versehen werden können. Diese Möglichkeit war bei den vorher gebräuchlichen Verfahren nicht gegeben, bei denen die Werkstücke in einer Gußeisenform zum Abschrecken dcrObcrflächenbercichc hergestellt wurden.

Bei der Durchführung der Oberflächenhärtung durch rasches Aufschmelzen wurde jedoch gefunden, daß sich nach dem Erstarren Lunker und/oder Feinlunker in den gehärteten Oberflächenbereichen ausbildeten. Diese Gefahr hat die Erfindung beseitigt, und zwar durch die eingangs genannte Anwendung des Verfahrens auf gußeiserne Werkstücke, die die gekennzeichneten Desoxidationsmittel enthalten.

Zwar ist es bekannt (Lueger, »Lexikon der Technik«, Bd. 5, »Lexikon der Hüttentechnik«, Stuttgart.1963, S. 123), verschiedenste Metalle zum Zwecke der Desoxidation der Schmelze zuzusetzen. Jedoch wird dort kein Hinweis gegeben, in welcher Weise sich desoxidierte Werkstücke verhalten, wenn ihre Oberfläche anschließend wieder aufgeschmolzen

Erfindungsgemäß wurde erkannt, daß während der Ausbildung des einige Millimeter tiefen Schmelzkraters Sauerstoff frei wird, der in dem Gußeisen zusammen mit metallischen Komponenten enthalten ist. Der Sauerstoff reagiert seinerseits mit Graphit des Gußeisens unter Bildung von Kohlendioxid. Dabei entstehen Gasblasen, die dann zu den Lunkern und/oder Feinlunkern in der erhaltenen Hartgußstruktur führen. Derartige Lunker verringern die Festickeit der Hartgußstruktur und die Haftfähigkeit oder^P Dichtwirkung gegenüber einem zugehörigen Tcii, auf welchem die Hartgußstruktur gleiten soll. Diese Nachteile sind besonders dann erheblich, wenn das Werkstück aus einem Werkstoff, in welchem der Graphit in lamellarer Form vorliegt, besteht.

Verwendet man hingegen die gekennzeichneten Desoxidationsmittel, so bilden sich bei der Herstellung des gußeisernen Werkstückes Oxide, deren Schmelzpunkt erheblich über derjenigen Temperatur liegt, di·: beim Aufschmelzen der begrenzten Oberflächenbereiche zur Anwendung kommt. Es handelt sich dabei um MgO, AL₁O₁ und CaO. Ihre Schmelzpunkte betragen 2800, 2000 bzw. 2570° C und liegen damit wesentlich höher als der Schmelzpunkt des mit dem Desoxidationsmittel versehenen Gußeisens. Bei der Erzeugung der Schmelzkrater bleiben diese Oxide fest, so daß der Sauerstoff nicht frei werden und mit dem Graphit reagieren kann.

Wenn die Menge des Mg-Zusatzes kleiner als 0,002 Gewichtsprozent ist, steigt die Wahrscheinlichkeit für die Ausbildung einer fehlerhaften Hartgußsti'uklur auf über 25°/o an. Wenn die Menge dagegen mehr als 0,03 Gewichtsprozent beträgt, können bei der Bildung des Schmelzkraters auf einer Oberfläche des Festkörpers beim Beschüß mit Elektronen Verspratzungcn auftreten. Die Vcrarbcitbarkeit ist daher unzureichend, und die Abriebfestigkeit wird nicht vergrößert.

Wenn die Menge des Al-Zusatzes kleiner als 0,05 Gewichtsprozent ist, steigt die Wahrscheinlichkeit für die Ausbildung einer fehlerhaften Hartgußstiuktur auf über 25"'n an. Wenn diese Menge dagegen mehr als 4.0 Gewichtsprozent beträgt, enthält die erhaltene Hartgußslriiktur eine große Menge an Ferrit, was eine Verringerung der Abriebfesligkcit nach sich zieht.

Wenn die Menge dos Ca-Zusatzes kleiner als 0.1 Gewichtsprozent ist. steigt die Wahrscheinlichkeit zur Ausbildung einer fehlerhaften Hartgußslruktur auf über 25 "Ό an. Wenn dagegen diese Menge mehr als 1.0 Gewichtsprozent beträgt, wird die Abriebfestigkeit der erhaltenen Hartgußtstruktur verringert.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Beispielen erläutert.

Beispiel 1

Es wurde zunächst ein Gußstück aus Gußeisen mit nadeiförmiger Graphitstruktur mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt:

!-.!■•ment Menge (Gewichtsprozent!

C ..
Si .
Mn
Cr .
Cu
Mo
Ni .
P ..
V .

3,07
2,34
0,40
0,50
0,99
1,46
1.02
0,20
0,20

C	3 69
Si	ο 25
Mn	0 40
Cr	0 51
Cu .	0 >M
Mo	1 4^
Ni	0 9 \
P V	. . . . 0,20 0 "¹O
Al Fe :>be iviirtle wie nach -hin-, ist in F i g. 2	.... 0,05 ... 80,39 Beispiel 1 gezeigt, eil

liehancier Miki

Lur.kei oder Feinlunker zu erkennen. Von 100 Proben waren jedoch 25 fehlerbehaftet.

Beispiel 3

Zunächst wurde ein Gußstück aus Gußeisen mit nadeiförmiger Struktur der folgenden Zusammensetzung hergestellt:

Mg 0,005

Fe 89,215

Ein begrenztes Gebiet der Oberfläche dieses Gußstückes wurde durch Elektronenstrahl*;!! aufgeschmolzen, welches durch die TemperaUirdiiferenz zwischen dem Schmelzkrater und den nicht aufgeschmolzenen Bereichen des Gußstücks abgekühlt wurde, um das Gußstück mit der Hartgußstruktur an der Oberfläche auszustatten. (Dieser Effekt wird im folgenden als Abschreckeffekt bezeichnet.)

Das Ergebnis ist in Fig. 1 gezeigt, welche eine Mikrofotografie der erhaltenen Hartgußstruktur in 4l)0facher Vergrößerung zeigt. In dieser Fotografie bedeuten weiße und schwärzliche Bereiche ein Carbid bzw. Graphit. Die übrigen Bereiche bestehen aus einer bainitischen Grundmasse. In der Fotografie sind keine Lunker oder Feinlunkcr zu erkennen. Unter 100 aus Gußeisen mit nadelförmigcm Graphit hergestellten Gußstücken, die nach dem Abschreckverfahren in der vorstehend beschriebenen Weise behandelt worden sind, befinden sieh drei, die Lunker und'oder Feinlunker enthalten.

B e i s ρ i e 1 2

Es winde zunächst ein Gußstück aus Gußeisen der folgenden Zusammensetzung hergestellt:

Moment Mcnye (Gewichtsprozent)

hlenient C	Menge (Gewichtsprozent) . . . 3,73
Si
Mn	0,41
Cr	.. 0,52
Cu	1,02
Mo	1.50
Ni	1,00
p	0 20
V	0 "U
Ca	0,">0
Fe	88.90

15

It.

fotografie dei eihaltenen Harlgußsirukiiir bei 4<!0l'ai her Vergrößerung. In dieser Fotografie bedeuten weiße in.d schwärzliche Bereiche Caibid l'/w Graphit Die übrigen Bereiche entsprechend eine: Bainit-Matrix.

Wie aus der Fotografie ersichtlich, sind keine Die Probe wurde wie nach Beispiel 1 behandelt. Das Ergebnis ist in Fig. 3 gezeigt, eine Mikrofotografie der erhaltenen Hartgußstruktur bei -lOOfacher Vergrößerung. In dieser Fotografie zeigen weiße und schwärzliche Bereiche Carbid bzw. Graphit. Die übrigen Bereiche entsprechen der Bainit-Matrix. Wie aus der Fotografie ersichtlich, sind keine Lunker oder Feinlunker zu erkennen. Von 100 Proben enthalten fünf Lunker und/oder Feinlunker.

In der Praxis wurde das Gußeisen mit rodell'örmigem Graphit gemäß Beispiel 1 als Materia, für Sclieiteldichtungen an dem Kolben eines Kreiskolbenmotor* verwendet. Die Abriebfestigkeit der so hergestellten Scheiteldichtungen erwies sich als im wesentlichen gleich der solcher Dichtungen, die ohne Zusatz von Magnesium hergestellt wurden. Die erfindungsgeniäß hergestellten Sclieiteldichtungen enthielten jedoch weniger Lunker als die ohne Magnesium hergestellten. Daraus ergibt sich eine Verbesserung der Festigkeit der erfindungsgemäß nach Beispiel 1 hergestellten Dichtung. Außerdem verursachte die Dichtung gemäß der Erfindung keine Ratter- bzw. Schlagmarken an der inneren Oberfläche des Gehäuses des Kreiskolbenmotors, wodurch eine verbesserte Lebensdauer des Motors erzielt wird.

Obwohl die Erfindung in bezug auf Gußeisen mit nadeiförmigem Graphit beschrieben wurde, kann sie auch bei irgendeinem anderen Gußeisen angewendet weiden, ohne daß dabei die erfindungsgemäß erziehen Vorteile verlorengehen. Weiterhin kann auch eine Mischung von zwei Elementen oder mehreren ■ τ Gruppe Mg. Al und Ca zugesetzt werden. In diesem Falle muß die Mischung der Desoxidationsmittel in einer solchen Menge zugesetzt werden, daß die untere Grenze des Desoxidationsvermögens der Mischung größer ist als das Desoxidationsvermögen jedes ein/einen der Desoxidationsmittel bei der Verwendung au der unteren Grenze seines Mengenhereichs. Weiterhin muß der maximale Wert so ausgewählt werden, daß die Verringerung der Abriebfestigkeit kleiner ist als die. die bei Zugabe eines jeden der Desoxidationsmittel an der oberen Grenze des Mengenbereichs auftritt.

Hier/u 2 Blatt Zeichnunecn

Claims

Patentanspruch:

Anwendung eines Verfahrens zur Herstellung einer Schicht aus Hartguß auf einem begrenzten Oberflächenbereich eines, gußeisernen Werkstückes, bei dem der begrenzte Oberflächenbereich durch Elektronenstrahlen schnell geschmolzen, sodann durch schnelle Wärmeableitung in die nicht geschmolzenen Bereiche abgeschreckt und schließlich fertig bearbeitet wird, auf ein gußeisernes Werkstück, dessen Graphit in lamellarer Form vorliegt, dessen derart behandelte Oberfläche frei von Lunkern und/oder Feinlunkern ist und das unter Zusatz mindestens eines der Elemente Magnesium, Aluminium und Kalzium erschmolzen worden ist, wobei die Menge des Zusatzes bei Einzelzugabe für Magnesium 0,002 bis 0,03 ¹Vo, für Aluminium 0,05 bis 4,0 °/o und für Kalzium 0,1 bis 1% be- " trägt, während die Menge -bei Zugabe zweier oder sämtlicher dieser Zusatzelemente so bemessen ist, daß das erzielte Bindungsvermögen für Sauerstoff gleich oder größer dem bei der Zugabe als Einzelzusatz Erreichbaren ist.