DE2437831C3

DE2437831C3 - Verfahren zum Herstellen verschleißfester Bauteile aus Magnetweicheisen

Info

Publication number: DE2437831C3
Application number: DE19742437831
Authority: DE
Inventors: Adolf 8000 München Nißl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-08-06
Filing date: 1974-08-06
Publication date: 1982-03-25
Also published as: DE2437831A1; DE2437831B2

Description

JO

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen verschleißfester Bauteile mit geringer Koerzitivfeldstärke aus unlegiertem Magnetweicheisen mit an sich bekannten Boriergemischen, z. B. auf der Basis von Borcarbid, Siliziumcarbid und Kaliumfluorborat.

Für die Verwendung in Gleichstromrelais und ähnliche Zwecke werden Bauteile aus unlegiertem Magnetweicheisen benötigt, die eine geringe Koerzitivfeldstärke und damit eine niedrige scheinbare Remanenz bei genügend großer Scherung aufweisen. Diese magnetischen Eigenschaften werden durch das sogenannte magnetische Fertigglühen der Bauteile erreicht. Unter der Koerzitivfeldstärke wird diejenige magnetische Feldstärke verstanden, die nach Aufmagnetisierung bis zur Sättigung die magnetische Flußdichte gerade wieder zum Verschwinden bringt. Werden nun derartige Bauteile durch Schaltbewegungen oder andere mechanische Einwirkungen auf Verschleiß beansprucht, so müssen sie infolge ihrer geringen Verschleißfestigkeit häufig ausgewechselt werden. Versuche, die Bauteile durch Hartverchromen, Vernickeln oder Badnitrieren mit verschleißfesten Oberflächen zu versehen, führten zu keinem Erfolg. Die Hartchrombzw. Nickelschichten lösten sich im Dauerversuch vorzeitig ab. Durch Badnitrieren erreichte man zwar haltbare und genügend verschleißfeste Oberflächen, jedoch erhöhte sich hierbei die Koerzitivfeldstärke um ca. 130% gegenüber dem Ausgangswert.

In der Zeitschrift Härterei-Technische Mitteilungen 26 (1971), Heft 1, ist auf den Seiten 18 bis 20 ein Aufsatz von H. Kunst und O. Schaaber über Borieren von Eisenwerkstoffen und Titan abgedruckt. Danach sind Borierverfahren, bei denen die zu behandelnden Werkstücke in B^iC-haltige Pulver eingepackt, auf die erforderliche Temperatur von ca. 1000°C erwärmt, auf dieser Temperatur eine entsprechende Zeit gehalten und langsam abgekühlt werden, bekannt. Mit diesem Verfahren können Kohlenstoff-Stähle sowie niedrig

legierte und Sintereisenteile behandelt werden.

In der DE-OS 22 08 734 sind Borierungsmittel beschrieben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem Bauteile aus unlegiertem Magnetweicheisen ohne wesentliche Verschlechterung ihrer magnetischen Eigenschaften verschleißfest gemacht werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die ungeglühten oder vorgeglühten Bauteile in ein Borierpulver eingebettet und 1,5 bis 5 Stunden lang bei Temperaturen zwischen 750 und 850° C geglüht und anschließend langsam abgekühlt werden.

Es ist bereits bekannt, daß sich durch Eindiffundieren von Bor auf den Oberflächen einer Reihe von Metallen extrem harte und verschleißfeste Boride ausbilden (Druckschrift der Fa. Elektroschmelzwerk Kempten GmbH, Sonderdruck aus der Zeitschrift »Industrie-Anzeiger«, Nr. 88, vom 19.10.1973).

Beim Borieren von zur Erzielung ihrer magnetischen Eigenschaften fertiggeglühten Bauteilen aus Magnetweicheisen bildet sich an deren Oberfläche als sehr harte intermetallische Phase Eisenborid (Fe2B). Diese Eisenboridschicht ist ferromagnetisch und weist eine Koerzitivfeldstärke von H_c = 450 A/m auf. Bei genügend großem Verhältnis von Volumen des Kernmaterials zu Volumen der Eisenboridschicht werden die in DIN 17 405 festgelegten magnetischen Eigenschaften für unlegiertes Magnetweicheisen immer erreicht. Sowohl für die Wärmebehandlung der Bauteile zur Erzielung ihrer magnetischen Eigenschaften als auch für die Wärmebehandlung zur Erzeugung harter Boridschichten sind hinsichtlich Glühtemperatur und Glühzeit enge Grenzen einzuhalten. Überraschenderweise wurde nun festgestellt, daß das magnetische Fertigglühen und das Borieren zu einem Arbeitsgang zusammengefaßt werden können. Bei Einhaltung der vorstehend angegebenen Grenzen für die Glühtemperatur und die Glühzeit und nachffolgender langsamer Abkühlung können somit in einem Arbeitsgang die geforderten magnetischen Kennwerte in Verbindung mit extrem harten Oberflächen der Bauteile erzielt werden. So beträgt beispielsweise die Vickershärte des ungehärteten Werkstoffs RFe 120 nach den Angaben in DIN 17 405, HV = 80 bis 135, während die Vickershärte eines erfindungsgemäß hergestellten Bauteils HV₀.i ä 1500 ist.

Vorteilhaft werden die Bauteile ca. 2,5 Stunden lang bei einer Temperatur von 800 ± 25° C geglüht und anschließend bis zu einer Temperatur von 600°C nicht schneller als 100°C/Stunde abgekühlt. Eine derartige Glühbehandlung ist für Bauteile aus den Werkstoffen RFe 140 und RFe 120 besonders geeignet. Eine aufwendigere Glühbehandlung würde bei diesen Werkstoffen nicht mit Sicherheit wesentlich niedrigere Werte der Koerzitivfeldstärke erbringen.

Besonders vorteilhaft werden die Bauteile ca. 4 Stunden lang bei einer Temperatur von 800 ± 25° C geglüht und anschließend bis zu einer Temperatur von 600°C nicht schneller als 100°C/Stunde abgekühlt. Eine derartige Glühbehandlung ist insbesondere für Bauteile geeignet, die eine Koerzitivfeldstärke von Hc^ 100 A/m aufweisen müssen. Selbst Bauteile aus hochwertigsten Werkstoffen, wie RFe 12 erreichen bei dieser Grlühbehandlung die in DIN 17 405 festgelegten magnetischen Kennwerte.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein an sich

bekanntes aus Borcarbid, Siliziumcarbid und Kaliumfluorbat bestehendes Borierpulver verwendet Das Borcarbid wirkt hierbei als Borspender, das Siliziumcarbid als Trägermaterial und das Kaliumfluorbat als Aktivator. Der Aktivator hat die Aufgabe, das Angebot an eindiffundierendem Bor zu steuern, so daß sich an der Oberfläche der Bauteile einphasige Eisenboridschichten in Form von Fe2B bilden. Bei ungesteuerter Borzufuhr würden sich zweiphasige Eisenboridschichten, die innnen aus Fe2B und außen aus FeB bestehen, bilden. Derartige Schichten sind jedoch im Grenzbereich zwischen den beiden Eisenboridphasen mit oberflächenparallelen Rissen durchzogen und neigen bei Beanspruchung stark zu Rißbildung, so daß es zu Abplatzungen kommt.

Vorzugsweise werden die Bauteile in einem geschlossenen Glühkasten geglüht. Dadurch wird eine Dunkelfärbung der Bauteile infolge Sauerstoffzufuhr verhindert und die Anwendung von Inertgas überflüssig.

Beispiel

Stabförmige Bauteile aus dem Werkstoff RFe 120 werden in einem Glühkasten aus hitzebeständigen Stahlblech eingebracht und in Borierpulver eingebettet, so daß jedes Bauteil allseitig von einer mindestens 5 bis 10 mm dicken Borierpulverschicht umgeben ist. Das verwendete Borierpulver besteht aus Borcarbid, Siliziumcarbid und Kaliumfluorbat. Anschließend wird der Glühkasten mit einem Deckel verschlossen, in einen Ofen geschoben und auf 800⁰C erwärmt. Wenn 800⁰C erreicht sind, wird die Ofentemperatur 2,5 Stunden lang bei 800 ± 25° C gehalten. Anschließend wird die Heizung abgestellt. Die Abkühlung des Glühkastens erfolgt bis zu 600⁰C im geschlossenen Ofen. Sie soll jedoch bis zu dieser Temperatur nicht mehr als 100°C/Stunde betragen. Hat die Ofentemperatur 600° C unterschritten, wird der Glühkasten aus dem Ofen genommen und bis zum völligen Abkühlen an einen vor Zugluft geschützten Ort gestellt. Nach dem Erreichen der Raumtemperatur kann der Glühkasten geöffnet werden. Die Bauteile können dann nach Entfernen der

dünnen zusammengebackenen Kruste an der Oberflache des Borierpulvers entnommen werden. Eventuell anhaftende Reste des Borierpulvers sind durch Abwischen oder Bürsten von der Oberfläche der Bauteile zu entfernen. Bei sachgerechter Behandlung liegt die Koerzitivfeldstärke sämtlicher Bauteile unter dem nach DIN 17 405 für RFe 120 zulässigen Wert von H_c= 120 A/m.

Bei ütabförmigen Proben aus Magnetweicheisen RFe 120 wurden bei verschiedenen Glühtemperaturen und Glühzeiten die nachstehend aufgeführten Werte der Koerzivfeldstärke H_c und der Boridschichtdicke d ermittelt

⁵ Glüh	Glühzeit	Ab	Hc	d
temperatur		kühlung
( C)	<h)	( CVh)	(A/m)	(,um)
ο 750	3	ca. 90	112	8-20
780	2	ca. 90	113	20-26
800	1,5	ca. 90	119	25-30
800	2	ca. 90	117	32-38

Es ist ersichtlich, daß sämtliche Hc-Werte unter dem in DIN 17 405 geforderten Höchstwert liegen. Der Einfluß der Glühtemperaturen und Glühzeiten auf die erzielten magnetischen Eigenschaften ist relativ gering. Die Boridschichtdicken d sind jedoch stark von der gewählten Glühtemperatur und Glühzeit abhängig. Die gemessene Vickershärte lag bei sämtlichen Proben deutlich über HV₀,, = 1500.

Bei RFe-Materialien handelt es sich um unlegierte Stähle mit geringem Kohlenstoffgehalt, die sich durch die Angabe magnetischer Koerzitivfeldstärken unterscheiden.

Kann auf die Gewährleistung von festgelegten Werten der Koerzitivfeldstärke verzichtet werden, so lassen sich sinngemäß auch niedrig legierte Stähle, wie Tiefziehbleche oder Elektrobleche, für die Borierbehandlung einsetzen.

Claims

24 37 83i Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen verschleißfester Bauteile mit geringer Koerzhivfeldstärke aus unlegiertem Magnetweicheisen mit an sich bekannten Boriergemischen, z. B. auf der Basis von Borcarbid, Siliziumcarbid und Kaliumfluorborat, dadurch gekennzeichnet, daß die ungeglühten oder vorgeglühten Bauteile in ein Borierpulver eingebettet und 1,5 bis 5 Stunden lang bei Temperaturen zwischen 750 und 850° C geglüht und anschließend langsam abgekühlt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile ca. 2,5 Stunden lang bei einer Temperatur von 800 ± 25° C geglüht und anschließend bis zu einer Temperatur von 600° C nicht schneller als 100°C/Stunde abgekühlt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile ca. 4 Stunden lang bei einer Temperatur von 800 ± 25° C geglüht und anschließend bis zu einer Temperatur von 550° C nicht schneller als 30°C/Stunde abgekühlt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile in einem geschlossenen Glühkasten geglüht werden.