DE2263603A1 - Verfahren zur einsatzhaertung bzw. zur einsatzaufkohlung - Google Patents

Description

DIPL.-ING. A. GRÜNECKER

DR.-ING. H. KINKELDEY

DR.-ING. W. STOCKMAIR, Ae. E. «auf. .nst. of tcchn>

PATENTANWÄLTE

8000 MÖNCHEN 22 Moximilionstraße 43 Telefon 297100 / »4744 / 2211 ?! Telegramme Mono pat München Telex 05-28380

P 5702

USS ENGINEERS AND CONSULTANTS, INC. 600 Grant Street
Pittsburgh, Pennsylvania

U. S. A.

Verfahren zur Einsatzhärtung bzw. zur

Ein sat zaufkohlung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einsatzhärtung bzw. -aufkohlung von Stahlwerkstücken mit einem Kohlenstoffgehalt von nicht mehr als 0,4- %, bei welchem das Werkstück bei Temperaturen über 927 ⁰C in Berührung mit einem kohlenstoffhaltigen Stoff derart lange erhitzt wird, daß der Kohlenstoff in das Werkstück bis in eine angestrebte Eindringtiefe hinein diffundiert und bei welchem die aufgekohlte Rand-

3098 2 9/0795

schicht durch Abschrecken aus einer oberhalb der A.-Temperatur liegenden Temperatur gehärtet wird.

Dabei bezieht sich die Erfindung ganz allgemein auf ein Wärmebehandlungsverfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von einsatzgehärteten Stahlwerkstücken. Insbesondere bezieht sich die Erfindung jedoch auf eine mehrstufige Wärmebehandlung, welche zu beachtlichen Kosteneinsparungen führt, da bei ihr keine besonderen Legierungselemente erforderlich sind und das Aufkohlen bei Temperaturen in der Größenordnung von 1038 ⁰C und mehr möglich ist.

Das Einsatzhärten nach vorangegangenem Aufkohlen der Randschicht ist bei der Herstellung von Zahnrädern, Lagerlaufrädern, Buchsen und zahlreichen anderen Werkstücken weit verbreitet, bei denen die Verbindung einer harten Oberfläche mit einem weichen Kern angestrebt wird. Der Kohlenstoffgehalt der Oberfläche wird durch Erhitzen eines kohlenstoffarmen Werkstückes, in enger Berührung mit verschiedenen gasförmigen, festen oder flüssigen kohlenstoffhaltigen Substanzen erhöht, wobei die Erhitzungsdauer hinreichend bemessen sein muß, um das Einduffundieren des Kohlenstoffes in einen angestreben Oberflächenbereich zu gestatten. Nach der Auf kohlung des Werkstückes werden verschiedene Wärmebehandlungen ausgeführt, um die Randschicht weiter zu härten oder die Zähigkeit der Randschicht zu steigern. Die anschließenden Wärmebehandlungen brauchen dabei nicht lediglich auf die Randschicht abgestellt zu sein, sondern sie können sich auch allein auf den Kern oder sowohl auf den Kern als auch auf die Randschicht beziehen. Da das aufgekohlte Werkstück in Wirklichkeit aus zwei Legierungen besteht, d.h. aus einer kohlenstoffreicheren Randschicht und einem kohlenstoffärmeren Kern, ist es häufig sehr schwierig, gleichzeitig durch die gleiche Wärmebehandlung die mechanischen

309829/0795

Eigenschaften beider Werkstückbereiche bzw. Legierungsteile zu verbessern. So hat beispielsweise ein direktes Abschreckverfahren, welches zu der bestmöglichen Festigkeit des Kernes führen würde,eine Randschicht mit- geringer Härte und unbefriedigendem .Gefügeaufbau zur Folge. In gleicher Veise führt eine nachfolgende Wärmebehandlung, mit deren Hilfe die größtmögliche Oberflächenhärte zu erzielen wäre,zu einem weichen Kern, der trotzdem nicht die ansich erreichbare maximale Zähigkeit aufweist. Eine Anzahl derartiger Härtungsverfahren für grob- und feingekörnte Stähle ist beispielsweise in "Metals Handbook", -1948, Seite 684 beschrieben.

Zusätzlich zu der Notwendigkeit, hinsichtlich der maximal erreichbaren Eigenschaften für Randschicht und Kern' einen Kompromiß einzugehen, sind die im Stand der Technik bekannten Verfahren im allgemeinen nicht imstande-, gewisse Schwierigkeiten zu überwinden, die bei der Aufkohlung bei höherer Temperatur, d.h. bei Temperaturen über 927 ⁰Ci auftreten. Die wirtschaftlichen Vorteile eines derartigen Hoch-Temperatur-Aufkohlens sind seit langem bekannt. Demzufolge kann durch Steigerung der Temperatur um=55 °C die Aufkohldauer bei der gleichen Eindringtiefe um die Hälfte verringert werden. In gleicher Weise wichtig ist der Umstand, daß die schnellere Kohlenstoffdiffusion bei höheren Temperaturen zu einem vorteilhaften sachteren Kohlenstoffgradienten führt.

Obgleich schon eine Anzahl von Versuchen gemacht wurde, die Aufstickung bei höheren als normalen Temperaturen vorzunehmen, sind diese Versuche auf technologisch einfachere Anwendungsgebiete beschränkt geblieben. Der Anwendung der

309829/0795

Hoch-Temperatur-Aufkohlung auf das kritischere Gebiet der Aufkohlung von Getriebeteilen ist bisher nur ein geringer Erfolg beschieden gewesen, da die Einstellung des Kohlenstoffpotentials und der Eindringtiefe anspruchsvollere Probleme beinhaltet. Ein zu großes Kohlenstoffpotential führt zur Ausbildung von netzartigen Karbiden. Die Hoch-Temperatur-Aufkohlung führt zu einer Kornvergröberung in der Randschicht und im Kern, wobei die letztere insofern ganz besonders wichtig ist, sofern es sich um einfache Kohlenstoff stähle handelt, bei denen zusätzliche kostspielige Kornverfeinerungselemente, wie Aluminium, Titan, Vanadin oder Caesium notwendig sind. Einen anderen Paktor stellt die gesteigerte Gefügeverspannung dar, die während des Abschreckens auftreten kann.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Einsatzhärtung bzw. Einsatzaufkohlung zu schaffen, welches auf wirtschaftliche Weise die Anwendung einer Hoch-Temperatur-Aufkohlung gestattet, ohne daß dabei Beeinträchtigungen der mechanischen Eigenschaften von Randschicht und Kern zu befürchten sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Werkstück solange auf einer Temperatur im Bainitbereich gehalten wird, bis der nach dem Abschrecken noch vorliegende Austenit im wesentlichen vollständig umgewandelt ist, daß anschließend der kohlenstoffärmere Werkßtückkern durch ein schnelles Erhitzen auf eine Temperatur zwischen A, und A.,+ 55»5 ⁰C, bezogen auf den Kern, reaustenitisiert wird, daß das Werkstück .lediglich kurzzeitig zur Einstellung eines Temperaturausgleichs über seinen

309829/0795

Querschnitt ±m Bereich der Α-,-Temperatur gehalten wird und daß das Werkstück unmittelbar nachfolgend auf eine Temperatur unterhalb von 482 ⁰C abgekühlt oder abgeschreckt wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden infolge der Anwendung von zwei kritisch aufeinander abgestimmten Wärmebehandlungen diese oben genannten Schwierigkeiten überwunden. Im Anschluß an die Aufkohlung bei Temperaturen über 92? ⁰C, vorzugsweise zwischen 982 und 1093 ⁰C,wird die Randschicht zunächst entsprechend der beiden ersten, aus der U.S.-Patentschrift 3 337 376 bekannten Verfahrensschritte behandelt. Das Werkstück wird dann einer schnellen Austenitisierung bei einer Temperatur oberhalb des A₇-Punktes des Kernmaterials unterzogen, wobei das Werkstück auf dieser Temperatur lediglich solange gehalten wird, wie zum Temperaturausgleich über den gesamten Querschnitt des Kernes erforderlich ist. Diese Zeitdauer muß jedoch kurz genug gehalten werden, um ein Kornwachstum zu vermeiden. Das Werkstück wird dann auf herkömmliche Weise getempert, um sowohl bei der Randschicht als auch bei dem Kern die Zugfestigkeit zu steigern und das Feingefüge zu stabilisieren. Diese Temperbehandlung erfolgt durch etwa einstündiges Erhitzen auf 177 bis 232 ⁰C.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig.' Λ eine schematische Darstellung der Einsatzaufkohlung sowie der Härtungsbehandlung nach der Erfindung,

309829/0795

Fig. 2 ein Mikrohärteprofil durch die aufgekohlte Randschicht eines AISI 8220-Stahls, der 16 Stunden bei 927 ⁰C aufgekohlt wurde,

Fig. 3 ein Mikrohärteprofil durch die aufgekohlte Randschicht eines AISI 4-310-Stahls,

Fig. 4 ein Mikrohärteprofil durch die aufgekohlte Randschicht eines AISI 13B21-Stahls,

Fig. 5 die Auswirkungen der Zementationstemperatür auf die Einbringtiefe,

Fig. 6 die Härteprofile eines AISI 8620-Stahls,

der bei drei verschiedenen Temperaturen aufgekohlt und auf herkömmliche Weise gehärtet wurde,

Fig. 7 die Härteprofile eines AISI 8620-Stahls,

der entsprechend Fig. 6 aufgekohlt und anschließend erfindungsgemäß gehärtet wurde,

Fig. 8 die Darstellung eines Vergleichsversuches, bei dem AISI 4310-Stahl 4 Stunden lang bei 1038 ⁰C aufgekohlt und anschließend sowohl auf herkömmliche als auch auf erfindungsgemäße Weise gehärtet wurde, und

Fig. 9 die Darstellung eines Vergleichsversuches, bei welchem ein AISI 13B21-Stahl sowohl nach dem erfindungsgemäßen Verfahren als auch auf herkömmliche Weise nach einer vierstündigen Aufkohlung bei 1038 ⁰C gehärtet wurde.

309829/0795

Wie Fig. 1 zeigt, wird der Stahl zwecks Erhöhung des Kohlenstoff gehalt s in der Randschicht auf mehr als 0,6 % C aufgekohlt, während im Kern der ursprüngliche Kohlenstoffgehalt von üblicherweise 0,1 % bis 0,3 % C aufrecht erhalten bleibt. Die Zementationstemperatur liegt innerhalb eines Bereiches von 927 bis 1093 ⁰G oder höher, jedoch sollte zum Erreichen der wirtschaftlichen Ziele des vorliegende
liegen.

liegenden Verfahrens die Temperatur vorzugsweise über 982 ⁰C

Nach der Aufstickung oder dem Einsetzen wird der Stahl im ölbad bis auf Raumtemperatur abgeschreckt. Im nächsten Schritt, welcher unmittelbar anschließend oder nach einem vorangehenden Halten bei Raumtemperatur erfolgen kann, wird der Stahl erneut auf eine Temperatur oberhalb des M -Punktes, jedoch unter 510 C erhitzt. Dieses erneute Erhitzen erfolgt somit in einem Temperaturbereich, in welchem sich der Austenit in Bainit umwandelt. Die Verweilzeit des Stahl in diesem Temperaturbereich hängt von der chemischen Zusammensetzung der Randschicht und von der ausgewählten Temperatur ab. Üblicherweise werden Temperatur und Zeit so aufeinander abgestimmt, daß eine möglichst kurze Behandlungsdauer erreicht wird. Demzufolge kann die Behandlung gemäß der Endlinie des isothermischen Umwandlungsdiagramms ausgewählt werden, welches beispielsweise aus dem "Atlas of Isothermal Transformation Diagrams", U.S. Steel Corporation, 1963, entnommen werden kann. Als allgemeine Regel kann jedoch davon ausgegangen werden, daß anstelle einer besonderen Behandlung für jeden einzelnen Stahl eine zweistündige Erhitzung bei 371 ⁰C für fast alle Stähle ausreichend ist. Wie in Pig. 2 für eine bevorzugte Ausführungsform veranschaulicht,

309829/0795

wird der Stahl in einem Salz- oder Bleibad abgeschreckt, dessen Temperatur im Bainitbereich liegt. Diese Temperatur wird solange aufrecht erhalten, bis sich im wesentlichen der gesamte Austenit in Bainit umgewandelt hat. Diese Behandlungs- oder Verfahrensweise ist insbesondere zur Behandlung solcher Teile vorteilhaft, bei denen eine starke Verwerfung cder Rißbildung beim Abschrecken auf Raumtemperatur zu befürchten ist. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß im Stand der Technik ein Warmbadhärten für aufgekohlte Teile verwendet wird. Bei diesem Warmbadhärten handelt es sich um das Abschrecken des Stahls in einem Salzbad, dessen Temperatur oberhalb des M -Punktes gehalten wird,und um ein* anschließendes Abkühlen an Luft. Von diesem bekannten Verfahren unterscheidet sich der Temperprozeß nach der Erfindung beträchtlich, da er darauf abstellt, die Teile solange zu halten, bis im wesentlichen der gesamte Restaustenit um-■ gewandelt ist.

Anschließend an das Halten in dem Bainitbereich kann das Werkstück abgekühlt und, falls erwünscht, auf Raumtemperatur gehalten werden. Bei einer bevorzugten Arbeitsweise schließt sich der folgende Schritt gemäß der gestrichtelten Linie in Fig. 1 unmittelbar an, da auf diese Weise die Aufheizzeit verkürzt und Wärmeenergie gespart werden kann, welche zum Erreichen der Spitζentemperatür in der dritten Verfahrensstufe erforderlich ist. Diese Stufe besteht in einer raschen Reaustenitisierungsbehandlung, bei der das Werkstück auf eine Temperatur oberhalb des A,-Punktes des Kernes gebracht wird. Dieses kann durch eine Induktions-Erhitzung oder durch Einbringen des Werkstücks in ein Salz- oder Bleischmelzbad erfolgen. Es lassen sich

309829/0795

zu diesem Zweck auch alle anderen Verfahrensweisen benutzen, mit deren Hilfe das Stahl in wenigen Minuten gleichmäßig aufheizbar ist. Die Dauer dieser Behandlung hängt notwendigerweise von der zu erhitzenden Masse und dem verwendeten Wärmezuführverfahren ab. Bei Querschnitten von weniger als 25 j4· x 25 j4 mm kann eine Behandlungsdauer von einer Minute oder weniger im allgemeinen ausreichend sein. Selbst wenn die Behandlung an wesentlich größeren Querschnitten auszuführen ist, sollten die Behandlungsdauern nicht länger als fünf Minuten dauern. Diese Erhitzungsdauern beziehen sich lediglich auf die einsatzgehärtete bzw. aufgekohlte Schicht, welche zu härten ist. Ist beispielsweise ein großes Zahrad zu behandeln, so sind lediglich die' Zähne zu härten, nicht jedoch der eigentliche Zahnradkörper.

Die Stufe IV ist allen Härtungsbehandlungen für einsatzgehärtete Stähle gemeinsam, so daß verschiedene der IPachwelt geläufige Temperverfahren angewendet werden können.

Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erreichbaren Vorteile werden aus den folgenden·spezifischen Beispielen ersichtlich. Dabei werden drei verschiedene Sorten einsatzgehärter Stähle (AISI 8620, 4510, 13B21) mit Vergleichsuntersuchungen verglichen, wobei die gleichen Stahlzusammensetzungen mit einem herkömmlichen Behandlungsverfahren aufgekohlt und gehärtet wurden. Dieses für aluminium-beruhigte Stähle weit verbreitete herkömmliche Verfahren besteht darin, daß aus der Zementationstemperatur in öl abgeschreckt und nachfolgend eine Stunde lang bei 204- ⁰C getempert wird. Die chemische Zusammensetzung der Versuchsstähle ist in der folgenden Tafel 1 zusammengestellt.

3 09829/0795

Tafel 1
Chemische Zusammensetzung;

309	Stahlsorte
829/Q:	AISI 8620
co CJl	AISI 4310

C Mn P S Si Ni Cr Mo Andere

0,23 0,72 0,010 0,025 0,20 0,59 0,52 0,21 - ,

0,11 0.81 0,001 0,009 0,28 1,75 0,77 0,22

°'^{21 2}^ °'^0/1° 0,204 0,25 0,03 0,04 0,02 B-0,0015

CD OJ CD CD OJ

Eine Probe des AISI 8620-Stahls mit den Abmessungen 19,05 χ 19,05 χ 88,9 mm wurde 16 Stunden lang bie 927 °C aufgekohlt und in warmem öl abgeschreckt. Eine Hälfte des Probestabes wurde zusätzlich einer Behandlung entsprechend den Stufen II und III aus Fig. 1 unterzogen. Dementsprechend wurde diese Hälfte zwei Stunden lang bei 571 ⁰O in einem Ofen mit zirkulierender Luft aufgeheizt und nachfolgend vor dem Abschrecken in warmem öl eine Minute lang in ein Bleibad von 84-3 ⁰C überführt. Abschließend wurden beide Hälften eine Stunde bei 204- ⁰C getempert. Über den Querschnitt einer jeden Hälfte wurde ein Mikrohärteprofil aufgenommen, wobei so dicht wie möglich an der Oberfläche begonnen und in Richtung auf den Kern fortgeschritten wurde. Die Härtemessungen wurden mit Hilfe einer Vierkant-Diamantprüfsonde mit; einer Last von 5OO g ausgeführt. Demzufolge sind die Ergebnisse als DPH-Einheiten aufgeführt (Diamond Pyramid Hardness numbers). Die entsprechenden Rockwell-Harten (Rc) sind in allen Figuren auf einer Nebenskala aufgetragen (Metals Handbook, Seite 98, American Soc. Metals, 194-8). Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Fig. zusammengestellt. Die beträchtlich größere Härte der äußeren Randschicht und die leicht verbesserte Härte der inneren Randschicht sowie des Kerns tritt bei jenen -Proben deutlich in Erscheinung, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelt worden waren.

Die Fig. 3 und 4 zeigen jeweils die Ergebnisse gleichartiger Vergleichsversuche, welche an Proben der Stähle AISI 4310 und AISI 13B2I ausgeführt wurden. Auch hier sind die Behandlungen durch die Hinweise "erfindungsgemäß" und "herkömmlich" gekennzeichnet. Von jeder der oben erwähn-

309829/0795

ten Proben wurden auch fotografische Schliffbilder hergestellt, um die Gefügeänderungen zu untersuchen, welche der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielten Härte steigerung zugrunde liegen. Zusätzlich zu der verbesserten Härte des Kerns wurde die Korngröße des Kerns von etwa $8 ASTM bei den auf herkömmliche Weise gehärteten Stählen auf etwa j^12 ASTM bei den erfindungsgemäß -gehärteten Stählen gesenkt. Die mit einer solchen Kornverfeinerung einhergehende verbesserte Zähigkeit ist dem Fachmann geläufig.

Wenngleich das Verfahren nach der Erfindung zu einer beachtlichen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Randschicht und des Kernes führt, ist augenscheinlich, daß die beiden zusätzlichen Verfahrensstufen II die Herstellungskosten erhöhen. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren liegt jedoch darin, daß diese zusätzlichen Kosten durch eine Abwandlung der zeitraubenden und höchst kostspieligen Einsatzhärtungsbehandlung wettgemacht werden können, ohne daß die guten mechanischen Eigenschaften in irgendeiner Weise beeinträchtigt werden. Wie bereits ausgeführt, ist das Aufkohlen bei hoher Temperatur \^rom wirtschaftlichen Gesichtspunkt sehr vorteilhaft, da ein bloßes Steigern der Temperatur um 55» 5 C zu einer Verringerung der Einsatzdauer um einen Paktor von 0,5 führt. Die beachtlichen Auswirkungen derartiger Steigerungen der Einsatztemperaturen sind am besten aus Fig. 5 ersichtlich, bei der es sich um ein Schaubild handelt, welches zunächst von H.W. McQuaid in Trans. ASM., Band 25, 1957, Seiten 490 bis 519; veröffentlicht wurde. Weitere Kostenersparnisse können innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens durch die Anwendung von Kohlungsmitteln, wie Gas, erreicht werden, weichere höhere Kohlenstoffpotentiale als die nor-

309829/0795

malen Kohlungsmittel haben, wodurch sogar noch weitere Verringerungen der Einsatzdauer erzielbar sind. Bei vielen Stählen, insbesondere nickel- und/oder manganhaltigen bzw. -reichen Stählen ist es allgemein üblich, den Kohlenstoffgehalt der äußeren Randschicht auf einen Höchstgehalt von 0,9 % C zu begrenzen'. Dieses wird entweder dadurch erreicht, daß man das Kohlenstoffpotential des gasförmigen Kohlungsmittels verringert, wodurch ein erhöhter Zeitbedarf auftritt, oder daß eine Defusionsbehandlung durchgeführt wird, in dessen Verlauf nach der Aufkohlung zwischen 899 und 927 ⁰C die Temperatur abgesenkt wird. Sodann wird das Kohlenstoffpotenbial des Gases verringert und das Werkstück solange auf dieser niedrigen Temperatur gehalten, bis der Kohlenstoffgehalt in der äußeren Randschicht durch nach einwärts gerichtete Difiusion verringert ist. Beide dieser Möglichkeiten führen jedoch zu zusätzlichen Herstellungskosten. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist jedoch weder eine Einstellung des Kohlenstoffpotentials noch eine Diffusionsbehandlung notwendig. Schwankungen im Bereich von 0,8 bis 1,2 % Kohlenstoff in der äußeren Randschicht führen lediglich zu kleinen oder gar keinen Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften des Werkstücks, insbesondere der Randschicht.

Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich mit herkömmlichen Härtungsverfahren Fehlen einer beträchtlichen Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften durch Anwendung einer Hoch-Temperatur-Aufkohlung wird aus den folgenden Beispielen ersichtlich.

309829/0795

Proben des AlSI-Stahl 8620 wurden 16 Stunden bei 927 ⁰C, 8 Stunden bei 982 ⁰C und 4 Stunden bei 1038 ⁰C aufgekohlt und durch ölabschreckung aus dem Aufkohlungsbfen gehärtet sowie anschließend eine Stunde lang bei 204 ⁰C auf herkömmliche Weise getempert. Dabei ist wichtig., daß die Einsatzdauer bei jedem Anstieg um 55,5 °^G der Temperatur um die Hälfte verringert wurde. Diese Zeiteinstellung führte zu einer nahezu gleich großen Einsatzhärtetiefe bei 927 und 982 ⁰C, während bei 1038 ⁰C eine etwas geringere Einsatzhärtetiefe erzielt wurde. Dieses beruhte im letzteren Fall auf dem Umstand, daß etwa 30 Minuten erforderlich waren, um den Einsatzkasten auf die Ofentemperatur zu bringen. Diese 30 minütige-Aufheizzeit stellt jedoch einen wesentlichen Anteil der Gesamteinsatzdauer der vierstündigen Behandlung bei 1038 ⁰C dar. Dieses Problem läßt sich leicht durch eine leichte Steigerung der Einsatzzeit um etwa 30 Minuten erzielen, um auf diese Weise den Unterschied in dem Verhältnis zwischen Aufheiz- und Haltezeit auszugleichen.

Fig. 6 zeigt das Härteprofil der derart behandelten Probestähle. Die bei 927 °C aufgekohlten Stäbe zeigten eine Eandschichthärte, die für die meisten Verwendungszwecke geeignet ist, obgleich eine höhere Härte wünschenswert wäre. Die bei 982 und 1038 ⁰C aufgekohlten Probestäbe zeigen jedoch eine sehr niedrige und unbefriedigende Härte der äußeren Randschicht. Dieser ungünstige Effekt konnte bisher noch durch keines der herkömmlichen Härtungsverfahren überwunden werden, welche in dem zuvor genannten Metals Handbook auf Seite 684 beschrieben sind.

309829/0796

Fig. 7 zeigt die Ergebnisse von Vergleichsproben, welche bei 927, 982 und 1038 ⁰C aufgekohlt und erfindungsgemäß behandelt wurden. Diese Proben verfugen über eine große Härte der äußeren Randschicht, die im wesentlichen bei allen drei Aufheiztemperaturen ■ übereinstimmt. Daraus ergibt sich klar, daß das Verfahren nach der Erfindung die Anmeldung einer Hoch-Temperatur-Aufkohlung gestattet, ohne daß dadurch Beeinträchtigungen der mechanischen Eigenschaften in Kauf zu nehmen sind.

Die gleichen Vorteile werden auch bei der Hoch-Temperatur-Aufkohlung der AlSI-Stähle 4-310 und 13B21 erzielt. Wie zuvor wurde ein Probestab . eines jeden Stahls bei 1038 ⁰G 4 Stunden lang aufgekohlt und in öl abgeschreckt. Eine Hälfte eines jeden Probestabes wurde nachfolgend eine Stunde bei 204 ⁰C getempert. Die jeweils andere Hälfte wurde erfindungsgemäß in den Stufen II, III.und IV behandelt. Die Fig. 8 und 9 zeigen jeweils die an diesen Proben ermittelten Härteprofile. Aus den Figuren ist offensichtlich, daß die herkömmliche Behandlungs\\^feise zu einem gänzlich unbefriedigenden Erzeugnis führt. Andererseits.wird durch diese Figuren die Eignung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Durchführung- einer Hoch-Temperatur-Aufkohlung für einen breiten Stahlbereich deutlich vor Augen geführt.

309829/0796

Claims (7)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Einsatzhärtung "bzw. -aufkohlung von Stahlwerkstücken mit einem Kohlenstoffgehalt von nicht mehr 0,4 %, bei welchem das Werkstück bei Temperaturen über 927 °C in Berührung mit einem kohlenstoffhaltigen Stoff derart lange erhitzt wird, daß der Kohlenstoff in das Werkstück bis in eine angestrebte Eindringtiefe hinein diffundiert und bei welchem die aufgekohlte Randschicht· durch Abschrecken aus einer oberhalb der A.-Temperatur liegenden Temperatur gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet , daß das Werkstück solange auf einer Temperatur im Bainit-Bereich gehalten wird, bis der nach dem Abschrecken noch vorliegende Austenit im wesentlichen vollständig umgewandelt ist, daß anschließend der kohlenstoffärmere Werkstückkern durch ein schneller Erhitzen auf eine Temperatur zwischen A;, und A-,+ 55,5 Q» bezogen auf den Kern, reaustenitisiert wird, daß das Werkstück lediglich kurzzeitig - zur Einstellung eines Temperaturausgleichs über seinen Querschnitt im Bereich der A,-Temperatur gehalten wird und daß das Werkstück unmittelbar nachfolgend auf eine Temperatur unterhalb von 482 ⁰C abgekühlt oder abgeschreckt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung oder Abschreckung auf unter 482 ⁰C derart vorgenommen wird,

309829/0795

daß das aufgekohlte Werkstück auf eine Temperatur unterhalb der H -Temperatur der Randschicht gebracht und das
Werkstück im Anschluß an die Abkühlung oder Abschreckung wieder auf eine innerhalb des Bainitbereiches liegende
Temperatur erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch, 'gekennzeichnet , daß das aufgekohlte Werkstück durch die Abkühlung oder Abschreckung auf unter
482 ⁰C direkt auf eine innerhalb des Bainitbereiches liegende Temperatur gebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3₅ dadurch gekennzeichnet, daß die schnelle Austenitisierung 'des Kerns durch direktes Erhitzen auf den A-Be-

3
reich aus dem Bainibereich vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß der schnellen Austenitisierung eine Abkühlung oder Abschreckung auf eine Temperatur unterhalb der M -Temperatur der Randschicht vorangeht.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Werkstück im Anschluß an die Abkühlung zur Temperung des Martensits
der Randschicht wieder erhitzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5> dadurch gekennzeichnet , daß die Zementationstemperatur oberhalb von 982 ⁰C liegt.

309829/0795

Leerseite