DE2527026A1 - Verfahren zum herstellen eines bauteils hoher lebensdauer und nach dem verfahren hergestelltes bauteil - Google Patents

Description

• Verfahren zum Herstellenaeines Bauteils hoher Lebensdauer und nach dem Verfahren hergestelltes Bauteil Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils hoher Lebensdauer aus Stahl, insbesondere eines Bestandteils eines Gleichlaufgelenks. Bekanntlich bestimmt neben anderen Einflußgrößen die Pitting- oder Grübchenbildung in wesentlichem Maße die Lebensdauer eines hochbeanspruchten Bauteils, wie es beispielsweise ein Bestandteil eines Gleichlaufgelenks, also Gelenkstück, Kugelnaben und Kugeln, darstellt.
• Als allgemeine Ursache für die Pittingbildung wird eine Werkstoffermüdung angesehen. Man versuchte bisher, dieser-E=Iidung durch die Erzeugung von Druckeigenspannungen entgegenzuwirken.
• Die Erfindung geht einen anderen und, wie sich gezeigt hat, insbesondere hinsichtlich der Verlängerung der Lebensdauer des Bauteils erfolgreicheren Weg. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß nach der Formgebung des Teils zur Verringerung der Pittingbildung im Betrieb zunächst eine Randzone des Bauteils in einem Stickstoff abgebenden Medium bei unterhalb der Gefügeumwandlungstemperatur liegenden Temperaturen mit Stickstoff angereichert und dann eine Austenitisierung vorgenommen wird (Verbundwärmebehandlung).
• Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist also die Aufeinanderfolge von zwei mit Wärmewirkung einhergehenden 3eeinflussungen des Materials des Bauteils, weshalb die Erfindung auch schlagwortartig als Verbundwärmebehandlung bezeichnet wird.
• Der erste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Anreicherung einer Randzone des Bauteils mit Stickstoff bei Temperaturen unterhalb der Umwandlungstemperatur, so daß eine störende Formänderung (Verzug) des Bauteils mit Sicherheit ausgeschlossen ist. Beispielsweise wird diese erste Wärmebehandlung mit einem Stickstoff und Kohlenstoff abgebenden Medium bei einer Temperatur zwischen 400 und 6000 C vorgenommen; diese Sticketoffanreicherung wird als NC-Nitrierung schlagwortartig bezeichnet. Die für die erwünschte Stickstoffdiffusion günstigste Temperatur liegt zwischen 570 und 5800 C.
• Würde man diesen ersten Verfahrensschritt als Aufkohlung ausbilden, BO müßte man mit der Temperatur auf etwa 9000 C hinaufgehen, d.h. auf 'ltemperaturwerte oberhalb der Umwandlungstemperatur. Weitere Vorteile der Nitrierung gegenüber der Aufkohlung machen sich bei den Eigenschaften des fertigen Bauteils bemerkbar; auf sie wird daher nach Erläuterung des zweiten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens hingewiesen.
• Dieser zweite Verfahrensschritt besteht in einer Härtung, die bezweckt, einen günstigen Gefügezustand mit hoher Verfestigung zu erzielen. Wie bei jeder Härtung enthält das Gefüge nach diesem zweiten Verfahrensschritt harten Martensit sowie - was für die Erfindung wesentlich ist - einen relativ hohen Restaustenitanteil. Hinzu kommen in bekannter Weise Karbide. Der Restaustenit ist insofern wichtig, als er einen hohen Verfestigungskoeffizienten besitzt. Er wird durch die Stickstoffanreicherung besser stabilisiert als bei einer Eohlenstoffanreicherung; außerdem ergibt sich eine beträchtliche Bärteerhöhung des Bauteils durch Bildung von Stickstoffmartensit, der gleichsam ein inneres tragendes Gerüst darstellt. Nimmt man hinzu, daß eine Aufkohlung im Gegensatz zur Auf stickung, wie sie die Erfindung verwendet, nicht bei allen Stählen angewendet werden kann, so wird der Vorteil der Stickstoffanreicherung gemäß der Erfindung gegenüber der Aufkohlung offenbar.
• Der zweite Schritt des erfindungsgemäBen Verfahrens, also die Austenitisierung,kann als übliche Härtung unter weitgehendem Sauerstoffabschluß vorgenommen werden. Ein solcher liegt bei einer Badhärtung vor; eine Ofenhärtung sollte unter Vakuum oder unter Schutzgas vorgenommen werden. Die bei einem Sauerstoffangebot auftretende Bildung äußerer Oxidschichten, wie sie bei dem auch zur Verringerung der Pittingbildung verwendeten Brünie rein bewußt herbeigeführt wird, würde bei dem erfindungsgemä-Ben Verfahren die im zweiten Verfahrensschritt angestrebte Gefügeumwandlung beeinträchtigen. Diese Gefügeumwandlung erfolgt, wie bereits oben dargelegt, durch den in der Randzone erzeugten Stickstoffüberschuß.
• Betrachtet man ein Schliffbild eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bauteils, so findet man bei*Induktionshärtung(nicht aber bei weitgehendem Sauerstoffabschluß) außen einen relativ weichen, dünnen (beispielsweise iO/um) Porössaum.
• Er besteht aus Restaustenit, Eisen, Eisenoxid und Poren und wird sich infolge seiner geringen Härte (beispielsweise HV 0,02 = 200 ... 350) einem eine Belastung aufbringenden Teil anpassen.
• Unter diesem Porössaum findet sich ein Mischgefüge mit einem möglichst großen Anteil Restaustenit und Stickstoffmartensit.
• Während man früher der Auffassung war, der Restaustenitanteil müsse möglichst gering gehalten werden, strebt das erfindungsgemäße Verfahren einen großen Anteil Restaustenit an. Als günstig hat sich ein Anteil von etwa 10 bis 40 Volumen % erwiesen.
• Unter der Belastung ergibt sich durch örtliche plastische Verformung eine Verfestigung des - relativ hohen - Restaustenitanteils, wobei an Rauhigkeitsspitzen eine gewisse Umwandlung des Restaustenite auftreten kann. Diese Eigenschaften und das Vorhandensein des harten Stickstoffmartensits verringern die Neigung zur Pittingbildung in einem solchen Maße, daß schon bei ersten Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Bestandteile von Gleichlaufgelenken die zweieinhalbfache Lebens dauer festgestellt werden konnte.
• Beispiel 1 Kugeln für Gleichlaufgelenke werden bei 5700 C 180 Minuten NC-nitriert und im Vakuumofen bei 8500 C 30 Minuten mit anschließender Abschreckung in Öl gehärtet.
• Beispiel 2 Kugeln werden im Salzbad nitriert bei 5700 c und 120 Minuten auf Temperatur gehalten. Dann werden sie 3 Minuten in Luft und anschließend in Wasser abgekühlt, bei 8500 C 30 Minuten im Vakuumofen gehärtet und in Öl abgeschreckt.
• Beispiel 3 Bei Gelenkstücken und Kugelnaben für Gleichlaufgelenke erfolgt nach Stickstoffanreicherung gemäß einem der vorigen Beispiele eine Induktivhärtung, bei der die Bauteile ca. 3 Sekunden auf einer Temperatur von etwa 10000 C gehalten werden; danach werden sie abgeschreckt.
• Als zweckmäßig hat sich erwiesen, die Bauteile nach diesen Vorgängen bei etwa 1800 C ca. 90 Minuten anzulassen und in Luft abzukühlen.
• Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Bauteile können immer dann eingesetzt werden, wenn die Pittingbildung verringert werden muß. Sie wird hervorgerufen durch hohe Flächenpressung, wie sie auftritt beispielsweise an Ventilschaftenden und zugeordneten Einstellschrauben. Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Lagerteilen Anwendung finden.

Claims (5)

ANSPRüCHE

1. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils hoher Lebensdauer aus Stahl, insbesondere eines Bestandteils eines Gleichlaufgelenks, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Formgebung des Teils zur Verringerung der Pittingbildung im Betrieb zunächst eine Randzone des Bauteils in einem Stickstoff abgebenden Medium bei unterhalb der Gefügeumwandlungstemperatur liegenden5Pemperaturen mit Stickstoff angereichert und dann eine Austenitisierung vorgenommen wird (Verbundwärmebehandlung).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Randzone in einem Stickstoff und Kohlenstoff abgebenden Medium zwischen 400 und 6000 e mit Stickstoff angereichert wird (NC-Nitrierung).

3. ,Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Austenitisierung eine Härtung unter weitgehendem Sauerstoffabschluß vorgenommen wird.

4. Nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestelltes Bauteil, dadurch gekennzeichnet, daß - gegebenenfalls unter einem relativ weichen, dünnen Porössaum, enthaltend Restaustenit, Eisen und Eisenoxid, - ein Mischgefüge mit Restaustenit und Stickstoffmartensit vorliegt.

5. Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Restaustenitgehalt bei 10 - 40 Volumen % liegt.