DE2449712A1

DE2449712A1 - Verfahren zum haerten von werkstuecken

Info

Publication number: DE2449712A1
Application number: DE19742449712
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Ing Grad Schmolke
Original assignee: Hollingsworth GmbH
Current assignee: Hollingsworth GmbH
Priority date: 1974-10-18
Filing date: 1974-10-18
Publication date: 1976-07-01

Description

Verfahren zum Härten von Werkstücken Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten von Werkstücken aus nichtrostendem Stahl.
Es gibt nur wenige nichtrostende Stähle, die sich durch Wärmebehandlung härten lassen. Martensitische Chromstähle werden zu dem Zweck bei Temperaturen zwischen 750 bis 850" geglüht und nach Abkühlung bei einer Temperatur zwischen 950 und 1.0500C gehärtet und nach abermaliger Abkühlung in öl durch Anlassen auf eine Temperatur von gewöhnlich 550 bis 7500C vergütet. Ein derartiges Härteverfahren ist sehr aufwendig und hat auch den Nachteil, daß beim Anlassen im Temperaturbereich zwischen 500 und 600"C die Streckgrenze und Zugfestigkeit steil abfallen, so daß sich in diesem Bereich nur schwer bestimmte Festigkeitswerte einhalten lassen. Außerdem kann sich die Korrosionsbeständigkeit verschlechtern.
Mit den bekannten Härteverfahren für nichtrostende Stähle ergeben sich außer den oben genannten Schwierigkeiten nur begrenzte Härtegrade.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Härteverfahren für nichtrostende Stähle zu schaffen, welches sich für einen größeren Bereich von Stahlsorten verwenden läßt und ein feinkörniges Gefüge ergibt.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im wesentlichen darin zu sehen, daß dem Werkstück während einer Dauer von höchstens 10 msec eine solche Wärmemenge zugeführt wird, daß lediglich eine oberflächennahe Schicht des Werkstückes auf eine Temperatur oberhalb 1.0000C erhitzt wird. Im Anschluß an diese kurzzeitige Erhitzung erfolgt dabei eine Abkühlung durch Selbstabschreckung infolge Wärmeleitung von der erhitzten oberflächennahen Schicht in das Innere des Werkstückes.
Die größte Steigerung der Härte ergibt sich, wenn die Wärmemenge während einer Dauer von höchstens 3 msec zugeführt wird.
Es ist ferner vorteilhaft, eine so große Wärmemenge zuzuführen, daß die oberflächennahe Schicht bis kurz unterhalb des Schmelzpunktes erhitzt wird.
Die Erhitzung kann vorzugsweise durch einen Hochfrequenz-Impulszug oder mittels eines Plasmalichtbogens erfolgen.
Besonders günstige Ergebnisse erzielt man bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf kantige Werkstücke.
In den Xantenbereichen ergibt sich nämlich nicht nur eine Verringerung der Korngröße, sondern auch eine Ausrichtung des Korngefüges. Es hat sich gezeigt, daß dadurch die Verschleißfestigkeit der Kantenbereiche ganz wesentlich erhöht wird.
Die Erfindung ist im folgenden an einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben.
Beispiel Es wurde ein Sägezahndraht verwendet mit einer Fußstärke von 1,0 mm, einer Höhe von 3,2 mm und einer Zahnteilung von 3,0 mm. Der Sägezahndraht bestand aus dem Werkstoff X12 CRNi18 8, Werkstoffnummer 1.4300, mit einem Gehalt von 18% Chrom und 8% Nickel sowie einem Kohlenstoffgehalt von weniger als ,12%. Diese Stahlsorte ist im wesentlichen austenitisch.
Dieser Sägezahndraht wurde zwischen einer aus zwei Windungen bestehenden Induktionsschleife vorbeigeführt, welche einen Drahtdurchmesser von 1 mm und einen Innendurchmesser der Schleife von 4 mm hatte. Diese Induktorschleife wurde an einen Hochfrequenzgenerator angeschlossen, mit dem sich kurze Hochfrequenzwellenzüge mit einer Frequenz in der Größenordnung von 27,12 MHz und einer Dauer von 3,2 msec erzeugen ließen.
Der Sägezahndraht wurde so in bezug auf die Induktorschleife orientiert, daß jeweils ein Zahn in dem Wirkungsbereich derselben lag. Jeder Zahn wurde durch einen einzigen Wellenzug (Impuls) induktiv erhitzt. Aufgrund des durch die hohe Frequenz des Wellenzuges bedingten Skineffektes und der kurzen Impulsdauer wurde nur eine geringe Oberflächenschicht jedes Zahnes erhitzt und die der Induktorschleife zugeführte Leistung wurde so eingestellt, daß diese Oberflächenschicht auf eine Temperatur über 1.100"C, jedoch unter der Schmelztemperatur des nichtrostenden Stahles erhitzt wurde. Auf diese Weise wurde Zahn für Zahn gehärtet, wobei die Vorschubgeschwindigkeit des Sägezahndrahtes etwa 0,8m/min betrug.
Die metallografische Untersuchung eines derart gehärteten Sägezahndrahtes zeigte, daß der Kantenbereich der Zähne ein wesentlich feineres Korngefüge aufweist als die kleinste, die im "Stahl-Eisenprüfblatt 1510/61", 1. Ausgabe, Dezember 1961, angegeben ist. Die Korngröße war in diesem Bereich um zwei bis drei Größenordnungen kleiner als in der Zahnmitte. Im Übergangsbereich war noch zusätzlich eine Schicht von länglichen Körnern vorhanden, deren Einordnung nach dem oben genannten Prüfblatt bzw. nach ASTM E112 nicht möglich ist.
Außer dem feinen Gefüge wurde in den Kantenbereichen auch eine Ausrichtung der Gefügekörner festgestellt, und es zeigte sich, daß die Kantenbereiche sehr viel verschleißfester waren als bei einem kaltgewalzten oder normal wärmebehandelten Draht. Ferner ergab sich eine leichte Steigerung der Härte in den Xantenbereichen von etwa 2HRC.
Die Ätzung für die Schliffe zur Korngrößenuntersuchung erfolgte mit einer Lösung von 50 ml H2O dest., 35 ml HCl (35%-ig), und 3,5 ml HNO3 (65%-ig).
Die kurzzeitige Erhitzung der Oberfläche des Sägezahndrahtes kann alternativ auch durch einen Plasmalichtbogen erfolgen, wobei die Temperatur der oberflächennahen Schicht und die Einwirkzeit (Aufheizzeit) für die dem Plasmalichtbogen zugeführte Leistung und/oder durch die Vorschubgeschwindigkeit des Sägezahndrahtes eingestellt wird.
Unabhängig von der Art der Erhitzung zeigen die gehärteten Oberflächenbereiche in jedem Fall eine etwas vergrößerte Härte und die Kantenbereiche eine wesentlich vergrößerte Verschleißfestigkeit im Vergleich zu in bekannter Weise gehärteten nichtrostenden Stählen. Die höhere Verschleißfestigkeit wird auf die Gefügeausrichtung zurückgeführt, die sich bisher bei nichtrostenden Stählen nicht herstellen ließ.

Claims

Patentansprüche

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 1. Verfahren zum Härten von Werkstücken aus nichtrostendem Stahl, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß dem Werkstück während einer Dauer von höchstens 10 msec eine solche Wärmemenge zugeführt wird, daß lediglich eine oberflächennahe Schicht des Werkstückes auf eine Temperatur oberhalb 1.000"C erhitzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Wärmemenge während einer Dauer von höchstens 3 msec zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß eine so große Wärmemenge zugeführt wird, daß die oberflächennahe Schicht bis kurz unterhalb des Schmelzpunktes erhitzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Erhitzung durch einen Hochfrequenz-Wellenzug erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Erhitzung durch einen Plasmalichtbogen erfolgt.
6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5 auf kantige Werkstücke.

7! Oberflächengehärtetes kantiges Werkstück aus nichtrotendelTz Stahl, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Gefügekörner in dem Kantenbereich ausgerichtet sind.