DE2601067B2

DE2601067B2 - Verfahren zum Feueraluminieren von kompakten Formkörpern aus Eisenlegierungen

Info

Publication number: DE2601067B2
Application number: DE2601067A
Authority: DE
Inventors: Lech Dr.-Ing. Bajka; Adam Prof. Dr.-Ing. Gierek
Original assignee: POLITECHNIKA SLASKA IM WINCENTEGO PSTROWSKIEGO GLEIWITZ (POLEN)
Current assignee: POLITECHNIKA SLASKA IM WINCENTEGO PSTROWSKIEGO GLEIWITZ (POLEN)
Priority date: 1975-01-18
Filing date: 1976-01-13
Publication date: 1979-06-07
Also published as: DE2601067C3; SE7600377L; DE2601067A1; US4070210A; PL96083B1

Description

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Die Erfindung betrifft das Feueraluminieren von kompakten Formkörpern aus Eisenlegierungen.

Zum Verbessern des Korrosionsverhaltens, insbesondere bei hohen Temperaturen, werden Erzeugnisse aus Eisenlegierungen, die gegebenenfalls vorher mechanisch oder erosiv behandelt wurden, feueraluminiert, indem man die Formkörper in ein Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Schmelzbad taucht. Aus »Werkstattstechnik«, 51. Jahrgang, 1961, Heft 1, Seite 24, sind verhältnismäßig kurze Tauchzeiten von 4 min bei Temperaturen des schmelzflüssigen Aluminiums zwischen 660 und 900° C bekannt. Aus der CH-PS 3 82 512 ist es weiterhin bekannt, zur Herstellung von mit einem Aluminiumüberzug versehenen Stahldrähten durch Feueraluminieren die Temperatur des Aluminiumbades über den Acj-Punkt der durchlaufenden Drähte zu halten, damit die aus dem Bad austretenden Drähte ein austenitisches Gefüge besitzen.

Gemäß der DE-OS 22 45 164 werden tauchaluminierte Erzeugnisse aus Perlittemperguß mit lamellarem Zementit, aus Perlittemperguß mit koaguliertem Zementit oder aus Schwarztemperguß dadurch erhalten, daß die Gußstücke einer Wärmebehandlung unterworfen werden, die gleichzeitig mit der Diffusionsglühung der Überzüge durchgeführt wird. Bei der Erzeugung von Temperguß erfolgt die Graphitisierung in einer neutralen Atmosphäre. Dadurch, daß das Ausgangsgut mit einer Schutzschicht aus Aluminium überzogen wird, wird es bei diesem Verfahren ermöglicht, die Schutzat- ^M mosphäre wegzulassen und den Graphitisierungsprozeß in riner beliebigen oxidierenden Atmosphäre durchzuführen. Die Wärmebehandlung erfolgt dort außerhalb des Aluminium- oder Aluminiumlegierungsbades.

Die bekannten Verfahren weisen erhebliche Nachtei-Ie auf. Die Wärmdbehandlung, Spannungsfreiglühen, Rekristallisationsglühen, Koagulationsglühen oder das Härten und Isothermhärten, werden getrennt von dem Verfahren, bei dem Oberfläche vor Korrosion geschützt werden soll, z. B. der Feueraluminierung, durchgeführt *° und daher wird zusatzlich viel Energie benötigt und oftmals sind auch lange Erwärmungszeiten erforderlich. In einigen Fällen sind Schutzatmosphären erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Feueraluminieren von kompakten Formkörpern aus ^6S Eisenlegierungen durch Eintauchen der Formkörper in eine auf einer Temperatur von 550" bis 950° C gehaltenes Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Schmeizbad bei Eintauchzeiten von 15 Sekunden bis 30 Minuten mit nachfolgendem Entnehmen der aluminierten Formkörper aus dem Schmelzbad und Kühlen in Wasser oder an der Luft aufzuzeigen, welches gegenüber den bekannten Verfahren wesentlich einfacher und technisch weniger aufwendig durchgeführt werden kann.

Erfindungsgemäß werden die Formkörper vor dem Eintauchen in das Schmelzbad auf 100 bis 400° C vorerwärmt.

Durch die Vorerwärmung der der Feueraluminierung zu unterziehenden Formkörper auf 100 bis 400° C vor dem Eintauchen in das Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Schmelzbad werden Spannungen und Mikrorisse, welche die mechanische Festigkeit vermindern, vermieden. Weiterhin vermeidet man auch eine zu starke plötzliche Abkühlung des Schmelzte des, so daß das ganze Verfahren dadurch stabilisiert wird. Eine nachträgliche Behandlung der feueraluminierten Formkörper in teueren und komplizierten Glühofen in einer Schutzatmosphäre ist nicht mehr erforderlich.

Die Bildung einer Oberfläche aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen gleichzeitig mit der Wärmebehandlung der Erzeugnisse wird bei einer Temperatur von 550 bis 95O⁰C und während einer Zeitdauer von 15 s bis 30 min durch das Eintauchen dieser Erzeugnisse in ein Bad mit einer vorzugsweise fließend oder stufenweise geregelten Geschwindigkeit von 0,1 bis 12 Meter pro Stunde durchgeführt Dem gleichzeitig mit der Wärmebehandlung durchgeführten Aluminieren werden auf 100 bis 400⁰C vorerwärmte Formkörper unterzogen. Zwecks Entfernung des Oberschusses des flüssigen Aluminiums oder der flüssigen Aluminiumlegierungen von der Oberfläche der aluminierten Erzeugnisse steht eine Wahl von entsprechenden Geschwindigkeiten des Herausbringens und des Abschütteins dieser Erzeugnisse mit einer Frequenz von 0,1 bis 40 000 Zyklen pro Sekunde zur Verfügung. Das Abschütteln wird gleichzeitig mit dem Herausbringen der Erzeugnisse aus dem Bad und weiterhin über der Badoberfläche durchgeführt.

Die Wärmebehandlung von kompakten Erzeugnissen aus Eisenlegierungen mit gleichzeitiger Bildung einer Aluminiumdiffusionsschicht auf ihrer Oberfläche gewährleistet zusammen mit der Verstärkung ihrer Korrosions- und Hochtemperaturbeständigkeit auch eine Steigerung ihrer mechanischen Eigenschaften, welche infolge der entsprechenden Wahl von Prozeßkenngrößen, wie die Temperatur des. Aluminium- oder des Aluminiumlegierungsbades, die Eintauchzeit, die Geschwindigkeit des Eintauchens und des Herausbringens, sowie die Abkühlungsgeschwindigkeit der aluminierten Erzeugnisse, nachdem sie aus dem Bad herausgebracht wurden, stattfindet. Unbestreitbare Vorteile des auf diese Weise durchgeführten Wärmebehandlungsprozesses, im Vergleich mit der üblichen Wärmebehandlung in Gasen, bestehen in einer beträchtlichen Verkürzung der An- und Durchwärmzeit bis auf einige Minuten und der Ausschaltung, ohne Beeinträchtigung der Struktur der Oberflächenschicht, der Schutzatmosphäre und damit der teuren und komplizierten Glühöfen. Die Wärmebehandlung im Aluminiumbad beseitigt nämlich die Oberflächenoxida* tion und die Entkohlung der Tempergußerzeugnisse, welche einen erheblichen Nachteil der üblichen Wärmebehandlungsverfahren bilden. Diese Vorteile, sowie eine sehr geringe Komstrukturvergröberung, als Ergebnis der kurzen An- und Durchwärmzeit im

Aluminium- oder Alutniniumlegierungsbad, bilden auch einen wesentlichen Faktor der Steigerang der mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Erzeugnisse.

Beispiel 1

Gebohrte und mit Gewinden versehene Sitze oder Kappen aus Perlitternperguß mit Lamellzementit werden oberflächengereinigt und auf 200 bis 300° C angewärmt und auf einem Gehinge oder in Körben mit einer fließend oder stufenweise geregelten Geschwindigkeit von 3 bis 12 Meter pro Minute in ein Aluminium- oder Aluminiumlegierungsbad einer Temperatur von 740 bis 800° C eingetaucht und darin während einer Zeitdauer von 1 bis 10 min gehalten. Dann werden die is Erzeugnisse aus dem Bad mit einer fließend oder stufenweise geregelten Geschwindigkeit von 03 bis 5 Meter pro Minute herausgebracht und geschüttelt Das Schütteln beginnt, während die Erzeugnisse aus dem Bad mit ei&ec Geschwindigkeit von 1 Meter pro Minute herausgebracht werden. Das Schütteln über der Badoberfläche wird beendet, wenn der Oberschuß des Aluminiums oder der flüssigen Aluminiumlegierung von der Oberfläche der aluminierten Erzeugnisse entfernt ist

Nach der Beendigung des SchüUelns werden die aluminierten Erzeugnisse langsam luftgekühlt

Beispiel 2

Mit Gewinden versehene und gewindelose Verbindungsstücke aus WcBguß werden oberflächengereinigt und bis auf eine Temperatur im Bleich von 150 bis 400° C angewärmt und in perforierten Körben mit einer fließend geregelten Geschwindigkeit r 1 Bereich von 2 bis 6 Meter pro Minute in ein Aluminium- oder Aluminiumlegierungsbad einer Temperatur von 700 bis 860° C eingetaucht Die Verbindungsstücke werden im Bad während einer Zeitdauer von 30 s bis 10 min gehalten, wonach sie mit einer fließend oder stufenweise geregelten Geschwindigkeit im Bereich von 0,1 bis 3 Meter pro Minute herausgebracht und geschüttelt werden, um den Oberschuß des flüssigen Metalls zu entfernen, wobei wie im Beispiel 1 vorgegangen wird. Nachher werden die Verbindungsstücke luftgekühlt In der Zeit, während der die Verbindungsstücke im Bad gehalten und nachher gekühlt werden, entsteht eine Verfeinerung und strukturelle Zustandsänderung der Weißgußgrundmasse, wodurch im Wandinneren der Erzeugnisse ein höchst disperser Perlit erhalten wird. Die Enderzeugnisse weisen neben einer erheblichen erhöhten Korrosionsbeständigkeit bessere mechanische Eigenschaften auf.

Beispiel 3

Dickwandige Gußstücke von Landmaschineneiementen aus Schwarzguß, deren innere Wandstruktur perlitisch-ferritisch ist, werden nach der Oberflächenreinigung auf eine Temperatur von 250 bis 400° C angewärmt und mit stufenweise geregelter Geschwindigkeit im Bereich von 0,1 bis 3 Meter pro Minute in ein &o Aluminium- oder Atummtumlegierufigsbad einer Temperatur von 700 bis 900°C eingetaucht Die Gußstücke werden im Bad wahrend einer Zeitdauer von 1,5 bis IO min gehalten und mit einer fließend oder stufenweise geregelten Geschwindigkeit im Bereich von 0,1 bis 3 Meter pro Minute herausgebracht Während der Herausnahme der Gußstücke aus dem Bad kann das Schütteln durchgeführt und wie im Beispiel 1 vorgegangen werden. Nach Beendigung des Aluminierens werden die Gußstücke langsam luftgekühlt In der Zeit, während der die Schwarzgußstücke im Bad gehalten und nachher gekühlt werden, erhöht sich der Dispersionsgrad des im Wandinneren befindlichen Perlits, was die mechanischen Eigenschaften der aluminierten Erzeugnisse erhöht

Beispiel 4

Verbrennungsmotoren- und Werkzeugmaschinenelemente aus Sphäroguß mit perlitischer oder perlitischferritischer Grundmasse werden oberflächengereinigt und nachher bis auf eine Temperatur im Bereich von 150 bis 400° C angewärmt und auf Gehängen mit einer stuienweise geregelten Geschwindigkeit von 1 bis 10 Meter pro Minute in ein Aluminium- oder Aluminiumlegierungsbad einer Temperatur im Bereich von 730 bis 900° C eingetaucht Die Gußstücke werden in dem Metallbad während einer nicht längeren Zeitdauer als 30 min gehalten und nachher mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 0,1 bis 8 Meter pro Minute herausgebracht und luftgekühlt In der Zeit während der sie im Bad gehalten und nachher gekühlt werden, erhalten die Erzeugnisse einen Aluminiumdiffusionsüberzug bei gleichzeitig erfolgender Homogenisierung und Verfeinerung ihrer Struktur, wodurch im Wandinneren der Erzeugnisse eine Struktur von höchst dispersem Perlit und sphäroidalem Graphit, bzw. Periit mit Ferrit und Ausscheidungen von sphäroidalem Graphit, erhalten wird. Das mit diesem Verfahren hergestellte Enderzeugnis weist neben einer erheblich erhöhten Korrosionsbeständigkeit bessere mechanische Eigenschaften auf. Eine gleichmäßige Verteilung der Aluminiumschicht auf der ganzen Oberfläche der perlitischen Sphärogußstükke und perlitisch-ferritischen Gußstücke, sogar an Stellen von kompliziertester Form, wie bei Gewinden, wird durch das Schütteln erreicht Das Schütteln dieser Erzeugnisse wird in perforierten Körben, in welchen sie in das Aluminium- oder Aluminium iJegierungsbad eingetaucht werden, durchgeführt Das Schütteln der aluminierten Erzeugnisse beginnt in der Zeit, während der sie aus dem Bad herausgebracht werden oder unmittelbar nachher. Das Schütteln über der Badoberfläche wird nach der Entfernung des Oberschusses des Aluminiums oder der flüssigen Aluminiumlegierungen von der Oberfläche der aluminierten Erzeugnisse beendet.

Beispiel 5

Werkzeugmaschinenelemente aus perlitischem Sphäroguß werden oberflächengereinigt, bis auf eine Temperatur etwa von 200 bis 400° C angewärmt und mit einer Geschwindigkeit von 4 bis 10 Meter pro Minute in ein Aluminium- oder Aluminiumlegierungsbad einer Temperatur etwa von 800 bis 900"C eingetaucht. Nachdem sie im Bad während einer nicht längeren Zeitdauer als 30 min gehalten wurden, werden die Gußstücke mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 8 bis 12 Meter pro Minute herausgebracht und nach dem Abschütteln gemäß dem im Beispiel 1 vorgestellten Verfahren oder direkt in öl, geschmolzene Salze oder ein Metallbad einer Temperatur von 250 bis 350⁰C eingetaucht. Nach der Herausnahme der aluminierten Gußstücke aus dem Bad werden sie entweder luft- oder wassergekühlt. Infolge eines solchen Verfahrens wird neben einem Aluminium-Diffusionsüberzug auf der Oberfläche noch eine Bainitstruktur der Grundmasse im ganzen Gußstück erhalten. Im Ergebnis werden die

mechanischen Eigenschaften der Gußstöcke aus perlitischem Sphäroguß erheblich verbessert

Beispiel 6

Ventilelemente für Erdölinstallationen aus Grauguß werden oberflächengereinigt und nachher bis auf eine Temperatur im Bereich von 150 bis 400"C angewärmt und auf Gehängen oder in perforierten Körben mit einer fließend oder stufenweise geregelten Geschwindigkeit im Bereich von 0,2 bis 6 Meter pro Minute in ein Aluminiumlegierungsbad einer Temperatur im Bereich von 550 bis 650⁰C eingetaucht Die Graugußstücke werden im Metallbad nicht länger als 30 min gehalten. In der Zeit, während der sie im Bad gehalten und nachher vorgekühlt werden, erhalten die Gußstücke einen günstigen Innenspannungszustand, was sie gegen eine unbeabsichtigte Form- und Maßdeformation schützt Das Herausnehmen der Graugußerzeugnisse aus dem Aluminiumlegierungsbad erfolgt mit einer fließend oder stufenweise geregelten Geschwindigkeit im Bereich von 0,1 bis 5 Meter pro Minute. Eine gleichmäßige Verteilung der Aluminiunischicht wird durch das Schütteln der Gußstücke, wie im Beispiel 1 beschrieben, erreicht

Beispiel 7

Eisenbahnholzschrauben aus Stahl von perlitisch-ferritischer Struktur mit 03 bis 0,4% C-Gehalt werden mechanisch gereinigt, gebeizt, mit einem Flußmittel versehen und bis auf eine Temperatur von 100 bis 300° C angewärmt, danach auf Gehängen oder in perforierten Körben mit einer fließend oder stufenweise geregelten Geschwindigkeit im Bereich von 2 bis 8 Meter pro Minute in ein Aluminium- oder Aluminiumlegierungsbad einer Temperatur im Bereich von 800 bis 950° C eingetaucht Die Schrauben werden im Bad nicht langer als 4 min gehalten, und nachdem sie aus dem Bad mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 10 Meter pro Minute herausgebracht wurden, werden sie langsam luftgekühlt Im Laufe der Herausnahme können sie wie im Beispiel 1 geschüttelt werden. In der Zeit während der die Schrauben im Bad gehalten und nachher langsam luftgekühlt werden, findet die Rekristallisation und dif; Normalisierung der perlitäsch-fer Rüschen Stahlstruktur statt, was neben der Erlangung einer Aluminiumschicht zur Erhöhung der mechanischen Eigenschaften der Schrauben führt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Feueraluminieren von kompakten Formkörpern aus Eisenlegierungen durch Eintauchen der Formkörper in ein auf einer Temperatur von 550 bis 950⁰C gehaltenes Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Schmelzbad während 15Sekunden bis 30Minuten, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper vor dem Eintauchen in das Schmelzbad auf 100 bis 400° C vorerwärmt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eintauchen der Formkörper in das Metallbad mit einer fließend oder stufenweise ^IS geregelten Geschwindigkeit von 0,1 bis 12 Meter pro Minute durchgeführt wird