DE2249642B2

DE2249642B2 - Verfahren zur zweistufigen Oberflächenhärtung von Werkstücken aus härtbaren Eisen- und StahJlegierangen

Info

Publication number: DE2249642B2
Application number: DE2249642A
Authority: DE
Inventors: Rupert Dr. Bloech; Alfred Dr. Kulmburg; Karl Dr.-Ing. Wien Swoboda
Original assignee: VEREINIGTE EDELSTAHLWERKE AG (VEW) WIEN NIEDERLASSUNG VEREINIGTE EDELSTAHLWERKE AG (VEW) VERKAUFSNIEDERLASSUNG BUEDERICH 4005 MEERBUSCH
Current assignee: VEREINIGTE EDELSTAHLWERKE AG (VEW) WIEN NIEDERLASSUNG VEREINIGTE EDELSTAHLWERKE AG (VEW) VERKAUFSNIEDERLASSUNG BUEDERICH 4005 MEERBUSCH
Priority date: 1970-09-21
Filing date: 1972-10-11
Publication date: 1978-10-26
Also published as: SE381474B; DE2249642C3; DE2111183A1; DD94831A5; AT322599B; NO134492C; FR2160857B2; BE791565R; DE2111183C3; IT939438B; CA946482A; FI52108B; GB1365180A; FR2107739A5; ES399732A1; DE2249642A1; NO134492B; US3834947A; BE772883A; FR2160857A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zweistufigen Oberflächenhärtung von Werkstücken aus härtbaren Eisen- und Stahllegierungen, wobei ein ionisierbares gasförmiges Medium in einem elektromagnetischen Hochfrequenz-Wechselfeld mit einer vorzugsweise zwischen 10 und 100 MHz liegenden, z. B. 13.56 MHz betragenden Frequenz ionisiert wird und das auf diese Weise erzeugte Plasma mit dem zu erhitzenden Werkstück in Verbindung gebracht wird, wobei ein Hochfrequenzstromkreis mit konstanter Frequenz über das Werkstück und das kalte Plasma galvanisch geschlossen wird und das Werkstück mit den beiden Ausgängen eines Hochfrequenzgenerators elektrisch leitend verbunden wird, nach Hauptanmeldung P 11 183.

Den mit Hilfe des Verfahrens gemäß der Hauptanmeldung an unlegierten und legierten Stählen herstellbaren Schichten oder Bereichen aus metastabilem Austenit sind hinsichtlich ihres Ausmaßes, insbesondere hinsichtlich der erzielbaren Schichttiefen, Grenzen gesetzt, die ohne unerwünschte Oberflächenschädigungen durch Aufschmelzerscheinungen nicht überschritten werden können. Die optimal erzielbaren Schichttiefen sind sowohl von der Stahlzusammensetzung als auch von der geometrischen Form der Werkstücke abhängig, die wieder von Einfluß auf die maximal einbringbare Energiemenge sein kann.

Der Wunsch nach Herstellung größerer Schichtdikken ist jedoch in der Praxis manchmal vorhanden. Die Ursache hierfür kann die Notwendigkeit sein, daß beim Schleifen auf die Einbaumaße größere Materialmengen abgenommen werden müssen, wobei die erzeugten Schichten aus metastabilem Austenit teilweise oder zur Gänze entfernt werden, oder daß die Lebensdauer bei verschleißbeanspruchten Teilen durch größere Schichtdicken zusätzlich verlängert werden soll.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg anzugeben, der unter sonst gleichen Arbeitsbedingungen eine Vergrößerung der erzielbaren Schichtdicken aus metastabilem Austenit

ίο ermöglicht Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Werkstücke zur Steigerung der Energiekonzentration bei der Plasmabehandlung in einer elektrisch isolierenden Flüssigkeit derart angeordnet werden, daß die zu behandelnden Oberflächenbereiche vor der Behandlung mit einer gleichmäßig dicken Flüssigkeitsschicht bedeckt sind, die durch die Plasmaflamme vom jeweils von der Behandlung erfaßten Oberflächenbereich des Werkstücks verdrängt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet gegenüber dem Verfahren gemäß der Hauptanmeldung den Vorteil, daß sich durch ersteres unter sonst gleichen Arbeitsbedingungen wesentlich dickere Schichten aus metastabilem Austenit erzielen lassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der Zeichnung erläutert F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung die Herstellung einer metastabilen Austenitschicht im Bereich der Kante 4 des stab- oder bandförmigen, durch einen Teil des Querschnitts angedeuteten Werkstücks 3, das kontinuierlich unter dem feststehenden Plasmabrenner I durch die Plasmaflamme 2 mit gleichbleibender Geschwindigkeit vorbeigeführt wird. Wie in der F i g. 1 angedeutet ist, erfaßt hierbei das Plasma einen weit größeren Bereich des Werkstücks als zur Behandlung der Kante desselben notwendig wäre.

F i g. 2 gibt die erfindungsgemäße Anordnung vor der Behandlung wieder. Das Werkstück 3 ist in einer elektrisch isolierenden Flüssigkeit 5 angeordnet, die über der zu behandelnden Werkstückkante eine Flüssigkeitsschicht bildet Die Dicke dieser Schicht entspricht dem Abstand 6 zwischen den Pfeilspitzen. Der darüber befindliche Plasmabrenner 1 ist betriebsbereit Wenn nun der Brenner gezündet wird, so daß es zur Bildung des kalten Plasmas kommt, verdrängt dieses die Flüssigkeitsschicht im Bereich der zu behandelnden Kante, wie dies die Fig.3 zeigt. Hierdurch trifft das Plasma praktisch ausschließlich den Kantenbereich. Die Konzentration der zugeführten Energie wird daher in diesem Bereich erhöht. Die Folge davon ist, daß bei sonst gleicher Arbeitsweise der Bereich der metastabilen Austenitschicht erheblich vergrößert wird und daß insbesondere größere Schichtdicken erzielt werden.
Als elektrisch isolierende Flüssigkeit kann ein Mineralöl, z. B. ein Härteöl, oder ein Silikonöl verwendet werden.

Bei Dauerbetrieb, z. B. beim kontinuierlichen Behandeln der schneidenden Kanten von bandförmigen Werkzeugen, ist zu beachten, daß sich die Flüssigkeit über dem Flammpunkt erwärmen kann und dann zu brennen beginnt. In solchen Fällen ist eine ausreichende Kühlung vorzusehen. Außerdem ist es zweckmäßig, öle mit Flammpunkten zu verwenden, die bei möglichst hohen Temperaturen liegen. Die Flammpunkte der üblichen Härteöle liegen z. B. bei etwa 160⁰C und können bei Dauerbetrieb und unzureichender Kühlung zu Schwierigkeiten führen. Es stehen jedoch Spezialöle mit wesentlich höheren Flammpunkten, z. B. mit solchen

von etwa 280⁰C, zur Verfügung, deren Verwendung bei Dauerbetrieb vorzuziehen ist.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu erblicken, daß übermäßige Erwärmungen der Werkstücke und damit Verzögerungen der Wärmeabfuhr in das Werkstückinnere, die zu geringeren Anteilen an metastabilem Austenit führen können, durch die Kühlwirkung der Flüssigkeit vermieden werden.

Ausführungsbeispiel

Zur Erprobung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Dauerbetrieb wurden 300 m eines gewalzten und auf 135 kp/mm² Festigkeit vergüteten Bandes aus einem C-Stahl mit etwa 0,8% C und mit einer zur Herstellung von Schikanten geeigneten Querschnittsform herangezogen. Dieses Material lag in Bundform vor und wurde nach durchgeführter Behandlung wieder zu einem Band aufgerollt

Zweck der Behandlung war, im Bereich der verschleißbeanspruchten Kante des Bandes einen metastabilen Austenit zu erzeugen.

Als elektrisch isolierende Flüssigkeit wurde ein öl mit einem Flammpunkt von etwa 280⁰C verwendet und dieses in der ölwanne, durch welche das Band bei der Behandlung gezogen wurde, mit wasserdurchflossenen Kupferrohren gekühlt. Außerdem wurde das öl laufend

umgepumpt, wie dies auch bei Ölbädern in Härtereien allgemein üblich ist.

Die Plasmabehandlung erfolgte mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 830 mrp. je Minute und mit einer Vorwärtsleistung von 400 W. Die Dicke der ölschicht

ίο über der zu behandelnden Kante betrug etwa 1 mm. Für die Behandlung des 300 m langen Bandes war die Anlage etwa 6 Stunden in Betrieb.

Das Ergebnis der Behandlung war ein gleichmäßiger Bereich aus metastabilem Austenit mit einer Dicke von lmm in Richtung der Diagonale. Die mit 100 p Belastung ermittelte Mikrohärte dieser Schicht betrug 930 bis 940 kp/mm².

Bei Behandlung des gleichen Bandes ohne öl unter sonst gleichen Arbeitsbedingungen wurden metastabile Austenitschichten mit vergleichsweise nur 0,4 mm Dicke, jedoch mit annähernd gleicher Mikrohärte, erhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur zweistufigen Oberflächenhärtung von Werkstücken aus härtbaren Eisen- und Stahllegierungen, wobei ein ionisierbares gasförmiges Medium in einem elektromagnetischen Hochfrequenzwechselfeld mit einer vorzugsweise zwischen 10 und 100MHz liegenden, z.B. 1336MHz betragenden Frequenz ionisiert wird und das auf diese Weise erzeugte Plasma mit dem zu erhitzenden Werkstück in Verbindung gebracht wird, wobei ein Hochfrequenzstromkreis mit konstanter Frequenz über das Werkstück und das kalte Plasma galvanisch geschlossen wird, wobei das Werkstück mit den beiden Ausgängen eines Hochfrequenzgenerators elektrisch leitend verbunden wird, nach Hauptanmeldung P 21 11 183, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke zur Steigerung der Energiekonzentration bei der Plasmabehandlung in einer elektrisch isolierenden Flüssigkeit derart angeordnet werden, daß die zu behandelnden Oberflächenbereiche vor der Behandlung mit einer gleichmäßig dicken Flüssigkeitschicht bedeckt sind, die durch die Plasmaflamme vom jeweils von der Behandlung erfaßten Oberflächenbereich des Werkstücks verdrängt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisch isolierende Flüssigkeit ein Mineralöl oder Silikonöl verwendet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierende Flüssigkeit während der Behandlung der Werkstücke gekühlt wird.