DE2501370B2

DE2501370B2 - Verfahren zur herstellung von gusseisernen maschinenteilen mit reibend beanspruchten oberflaechen hoher verschleissfestigkeit

Info

Publication number: DE2501370B2
Application number: DE19752501370
Authority: DE
Inventors: Horst Dr Ing 5093 Burscheid Beyer
Original assignee: Goetzewerke Friedrich Goetze AG
Current assignee: Goetzewerke Friedrich Goetze AG
Priority date: 1975-01-15
Filing date: 1975-01-15
Publication date: 1977-09-08
Also published as: DE2501370C3; DE2501370A1; JPS5196736A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gußeisernen Maschinenteilen mit reibend beanspruchten Oberflächen hoher Verschleißfestigkeit, wie insbesondere Kolbenringe von Verbrennungskraftmaschinen oder Dichtleisten von Rotationskolbenmotoren.

Reibend beanspruchte Maschinenteile werden zur Erhöhung ihrer Verschleißfestigkeit häufig massiv aus Hartguß gefertigt. Da jedoch solche Teile einmal wegen ihrer hohen Legierungselementgehalte relativ teuer und zum anderen auch wegen ihrer hohen Härte nur schwer spanabhebend bearbeitbar sind, ist es oft zweckmäßiger, nur die Gleitflächen solcher Maschinenteile verschleißfest zu gestalten. Dies kann einmal geschehen, indem die Gleitflächen mit verschleißfesten Überzügen versehen werden, oder es kann auch, insbesondere bei gußeisernen Teilen, eine partielle Härtung der Oberfläche in einer beispielsweise als Verschleißreserve dienenden Tiefe vorgenommen werden. Dies geschieht nach bekannten Verfahren, z. B. durch Schalenhartguß, bei dem das flüssige Eisen gegen entsprechend angebrachte Kühlkokillen gegossen wird. In den Bereichen der starken Abkühlung entstehen durch den Abschreckvorgang harte ledeburitische Zonen von erhöhter Verschleißfestigkeit. Damit jedoch eine gewünschte Abschrecktiefe im Gußstück überhaupt erst zustande kommen kann, sind meist nur spezielle Gußeisensorten einsetzbar, deren besondere Eigenschaften durch spezielle Zuschläge von Legierungselementen erzielt werden können. Hierbei verteuern diese Elemente iedoch einmal den Werkstoff, und zugleich erschweren sie die nachfolgende Bearbeitung der Gußstücke. Aus diesem Grunde ist es meist besser, die Umwandlung des Materials an der Gleitfläche in den ledeburitischen Zustand erst am nahezu fertig bearbeiteten Maschinenteil vorzunehmen.

Hierzu werden nach bekannten Verfahren die Oberflächen der Maschinenteile mittels thermisch wirkender Energie in gewünschter Tiefe aufgeschmolzen und anschließend abgeschreckt, so daß in diesen Bereichen ledeburitische Verschleißschichten entstehen. Zum Aufschmelzen werden dabei bevorzugt Elektronenstrahlen, Laserstrahlen, Lichtbogen oder auch Hochfrequenz eingesetzt, und zur Abschreckung dient der kaltgebliebene und nicht aufgeschmolzene Grundkörper.

Gemäß dem Stand der Technik zeigt sich aber nun, daß die Einstellung einer hinreichend dicken Ledeburitschicht häufig beachtliche Schwierigkeiten bereitet. Die zum Aufschmelzen benötigte Energie muß konzentriert zugeführt werden, damit eine Schicht mit der späteren Schrecktiefe aufgeschmolzen wird. Dabei wird jedoch gerade bei geforderter hoher Schichtdicke das gesamte Werkstück sehr stark erhitzt, und es können beim Abkühlen starke Verzüge und Spannungsrisse entstehen. Gleichzeitig wirkt der aufgeheizte Grundkörper nicht mehr so stark als Abschreckmasse, so daß die gesamte, zunächst aufgeschmolzene Dicke nach dem ledeburitischen Zustands-Schaubild nicht mehr vollständig ledeburitisch erstarrt.

Durch diese Schwierigkeiten werden die theoretischen Vorteile dieser Verfahren bei bereits nahezu fertig bearbeiteten Maschinenteilen praktisch nicht erreicht, wenn Schrecktiefen von z. B. mehr als 1 mm erzielt werden sollen.

Fs ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu finden, nach dem Gußstücke hergestellt werden können, deren Oberflächen, auch in größeren Tiefen von beispielsweise mehr als 0,5 mm Tiefe, so aufgeschmolzen werden können, daß beim Abkühlen die aufgeschmolzene Schicht ledeburitisch ohne Verzüge und Spannungsrisse erstarrt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oberfläche der gußeisernen Maschinenteile mittels thermisch wirkender Energie, wie beispielsweise einem Elektronenstrahl, einem Laserstrahl oder auch durch Hochfrequenz unter der gleichzeitigen Einwirkung von ledeburitbildenden Zusatzelementen in geringer Konzentration aufgeschmolzen und abgeschreckt wird. Die Zusatzelemente müssen dabei so eingeführt werden, daß sie sich in dem aufgeschmolzenen Oberflächenmateria! möglichst gleichmäßig lösen, und sie müssen als Legierungsbestandteile auch beim verlangsamten Abkühlen gemäß Zustandsdiagramm eine Ledeburit-Erstarrung der Schmelzschreckzone in gewünschter Tiefe bewirken. Einmal kann die Einführung der Elemente beispielsweise geschehen, indem diese vor dem Aufschmelzen in pulverisierter Form oder als Paste auf die Oberfläche des Gußstückes elementar oder legiert aufgestreut oder aufgestrichen werden. Zum anderen können jedoch auch die Zusatzelemente als legiertes oder nicht legiertes Pulver im beispielsweise durch einen Azethylen- oder Plasma-

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brenner geschmolzenen Zustand während des Schmelzvorganges eingeführt werden.

Die hierfür geeigneten Zusatzelemente sind besonders die Elemente Wismut, Bor und/oder Tellur, die beispielsweise auch als Legierungen mit anderen Metallen oder als intermetallische Verbindungen eingesetzt werden können, wobei als andere Metalle vorzugsweise solche Elemente verwendet werden, die starke Karbidbildner und/oder Boridbildner sind, wie beispielsweise Chrom oder Vanadin; möglich sind jedoch auch Magnesium oder Metalle aus der Gruppe der seltenen Erden. Einsetzbar ist jedoch auch Wasserstoff, das zweckmäßigerweise als Gasstrom während des Aufschmelzen auf die Oberfläche geblasen wird. Bei Bedarf kann der Aufschmelzvorgang auch in Schutzgasatmosphäre vorgenommen werden.

Das so angewendete Verfahren führt auch bei hoher Aufschmelztiefe nach Abschrecken zu einer Ledeburit-Schicht gewünschter Dicke. Besonders vorteilhaft dabei ist, daß die Zusatzelemente bereits in kleiner Konzentration wirksam sind. Vorteilhaft ist weiterhin, daß das so erhaltene Ledeburit in seiner Verschleißfestigkeit erheblich höher liegt als eine Ledeburitschicht, die beispielsweise nach dem Schalenhartgußverfahren erzeugt ist Gleichzeitig können durch Auswahl von Menge und Art der Ledeburitbildung begünstigenden Elemente Schichten erzeugt werden, die nach Bedarf den gewünschten Verschleißeigenschaften der behandelten Maschinenteile angepaßt sind.

Beispiel

Die Oberfläche eines quaderförmigen Körpers aus normalem unlegierten Gußeisen mit 6,0 mm Breite, 12,0 mm Höhe und 60 mm Länge wird mit insgesamt 10 mg Tellurpulver gleichmäßig bestreut Anschließend wird mit einem Lichtbogen die Oberfläche in einer Tiefe von 2,5 mm aufgeschmolzen. Nach dem Abkühlen zeigt die aufgeschmolzene Oberfläche in nahezu ihrer gesamten Tiefe -iine Ledeburiterstarrung. Durch den Aufschmelzvorgang sind die Kanten des Grundkörpers abgerundet, so daß durch einen einfachen, angeschlossenen Schleifprozeß aus dem Grundkörper beispielsweise eine Dichtleiste für Rotationskolbenmotoren mit verschleißfesten Oberflächen herausgearbeitet werden kann.

Claims

25 Ol Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von gußeisernen Maschinenteilen mit reibend beanspruchten Oberflächen von hoher Verschleißfestigkeit durch Ausbildung einer Ledeburitoberflächenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der gußeisernen Maschinenteile unter gleichzeitiger Einwirkung von ledeburitbildenden Zusatzelementen in geringer Konzentration aufgeschmolzen und abgeschreckt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen mit Elektronenstrahl, Laserstrahl und/oder durch Hochfrequenz aufgeschmolzen werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ledeburitbildner die Elemente Wismut, Bor und/cder Tellur verwendet werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ledeburitbildner vor dem Aufschmelzen der Oberflächen auf diese in pulverisiertem oder festem Zustand elementar und/oder als Legierung aufgetragen und zusammen mit dem Grundmaterial aufgeschmolzen werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ledeburitbildner elementar und/oder als Legierung in Form von Pulver und/oder mittels beispielsweise einer Azethylen- _Jo flamme geschmolzen auf die Oberfläche während des Aufschmelzvorganges aufgebracht werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der unter gleichzeitiger Einwirkung von Ledeburitbildnern durchgeführte Aufschmelz- und Abschreckvorgang unter inerter Schutzgasatmosphäre stattfindet.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Ledeburitbildner Wasserstoffgas während des Aufschmelzvorganges _<0 auf die geschmolzene Oberfläche einwirkt.