DE2601067C3

DE2601067C3 - Verfahren zum Feueraluminieren von kompakten Formkörpern aus Eisenlegierungen

Info

Publication number: DE2601067C3
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: 1980-02-07
Also published as: DE2601067A1; PL96083B1; US4070210A; DE2601067B2; SE7600377L

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 nian die Formkörper in ein Aluminium- oder Muminiumlegierungs-Schmelzbad taucht. Aus »Werkstattstechnil.:«, 51. Jahrgang, 1961. Heft 1, Seite 24, sind verhältnismäßig kurze Tauchzeiten von 4 min bei Temperaturen des schmelzflüssigen Aluminiums zwischen 660 und 900⁰C bekannt. Aus der CH-PS 3 82 512 ist es weiterhin bekannt, zur Herstellung von mit einem Aluminiumüberzug versehenen Stahldrähten durch ^JJ> Feueraluminieren die Temperatur des Aluminiumbades über den Acj-Punkt der durchlaufenden Drähte zu halten, damit die aus dem Bad austretenden Drähte ein austenitisches Geftige besitzen.

Gemäß der DE-OS 22 45 164 werden tauchaluminierte Erzeugnisse aus Perlittemperguß mit lameNarem Zementit. aus Perlittemperguß mit koaguliertem Zementit oder aus Schwarztemperguß dadurch erhalten, daß die Gußstücke einer Wärmebehandlung unterworfen werden, die gleichzeitig mit der Diffusionsglühung ⁴^ 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- ^w mosphäre wegzulassen und den Graphitisierungsprozeß in einer beliebigen oxidierenden Atmosphäre durchzuführen. Die Wärmebehandlung erfolgt dort außerhalb des Aluminium- oder Aluminiumlegierungsbades.

Die bekannten Verfahren weisen erhebliche Nachtei· Ie auf. Die Wärmebehandlung, Spannungsfreiglühen, Rekristallisationsglühen. Koagulationsglühen oder das Härten und Isothermhärien werden getrennt von dem Verfahren, bei dem Oberfläche vor Korrosion geschützt Werden soll, z. B, der Feueräluminierung, durchgeführt und daher wird zusätzlich Viel Energie benötigt und oftmals sind auch lange Erwärmungszeilen erforderlich-In einigen Fällen sind Schuizatrriosphären erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zutti Feueraluminieren von kompakten Formkörpern aus ^6ä Eisenlegierungen durch Eintauchen der Formkörper in eine auf einer Temperatur von 5äO° bis 950⁰C gehaltenes Aluminium* öder AluminiumlegierUngs* Schmelzbad 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 400⁰C vorerwärmt

Durch die Vorerwärmung der der Feueraluminierung zu unterziehenden Formkörper auf 100 bis 400⁰C vor dem Eintauchen in das Aluminium- oder Muminiumlegierungs-Schrnelzbad werden Spannungen und Mikrorisse, weiche die mechanische Festigkeit vermindern, vermieden. Weiterhin vermeidet man aurh eine zu starke plötzliche Abkühlung des Schmelzbades, so daß das ganze Verfahren dadurch stabilisiert wird. Eine nachträgliche Behandlung der feueraluminierten Formkörner in teueren und komplizierten Glühofen in einer Schutzatmosphäre ist nicht mehr erforderlich.

Die Bildung einer Oberfläche aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen gleichzeitig .tiit der Wärmebehandlung der Erzeugnisse wird bei einer Temperatur von 550 bis 950° C 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 Überschusses des flüssigen Aluminiums oder der ^f'ussigen 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 Verfugung. Das Abschütteln wird gleich-• zeitig mit dem Herausbringen der Erzeugnisse aus dem Bad und weiterhin über der Badoberfläche durchge führt.

Die Wärmebehandlung von kompakten Erzeugnissen aus Eisenlegierungen mit gleichzeitiger Bildung einer Aluminiumdiffusionsschicht auf ihrer Oberfläche gewährleistet zusammen mit der Verstärkung ihrer Korrosions- und Hochiemperaturbeständigkeit auch eine Steigerung ihrer mechanischen Eigenschaften, welche infolge der entsprechenden Wahl von Prozeßkenngrößen wie die Temperalur des Aluminium oder des Aluminiumlegierungsbades. die Eintauchzeit, die Geschwindigkeit des Eintauchens und des Herausbringens, sowie die Abkühlungsgeschwindigkeit der alumi nierten Erzeugnisse, nachdem sie aus dem Bad herausgebracht wurden, siattfindet. Unbestreitbare Vorteile des auf diese Weise durchgeführten Wärmebehandlungsprozesses, im Vergleich mn der üblichen Wärmebehandlung in Gasen, bestehen in einer be trächtlichen Verkürzung der An- und Durchwärmzeit bis auf einige Minuten und der Ausschaltung, ohne Beeinträchtigung- der Struktur der Überflächenschicht, der Schulzatmosphäre und damit der teuren Und komplizierten Glühofen, Die Wärmebehandlung im" Aluminiumbad beseitigt nämlich die Oberflächenöxidaliön und die Entkohlung dar Tempergußerzeugnisse·, welche einen erheblichen Nachteil der üblichen Wärmebehändlungsverfahreri bilden. Diese Vorteile, sowie eine sehr geringe K.örnstrukturvergröberung, als Ergebnis der kurzen Art- und Durchwärmzeit im

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

Beispiel 1

Gebohrte und mit Gewinden versehene Sitze oder Kappen aus Perlittemperguß mit Lamellzementit werden oberflächengereinigt und auf 200 bis 300⁰C angewärmt und auf einem Gehänge oder in Körben mit to einer fließend oder stufenweise geregelten Geschwindigkeit von 3 bis 12 Meter pro Minute in ein Aluminiumoder Aluminiumlegierungsbad einer Temperatur von 740 bis 800⁰C eingetaucht und darin während einer Zeitdauer von 1 bis 10 min gehalten. Dann werden die !5 Erzeugnisse aus dem Bad mit einer fließend oder stufenweise geregelten Geschwindigkeit von 0,3 bis 5 Meter pro Minute herausgebracht und geschüttelt. Das Schütteln beginnt, während die Erzeugnisse aus dem Bad mit eintr 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 Schütielns werden die aluminierten Erzeugnisse langsam luftgekühlt.

Beispiel 2

Mit Gewinden versehene und gewindelose Verbindungsstücke aus Weißguß werden oberflächengereinigt und bis auf eine Temperatui im Bt eich von 150 bis 400⁰C angewärmt und in perfoi ierten Körben mit einer fließend geregelten Geschwindigkeit i ι Bereich von 2 bis 6 Meter pro Minute in ein Aluminium- oder Aluminiiimlegierungsbad 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 Überschuß 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 so erhöhten Korrosionsbeständigkeit bessere mechanische Eigenschaften 3uf.

Beispiel 3

Dickwandige Gußstücke von Landmaschinenelementen aus Schwarzguß, deren innere Wandstruktur perlilisch-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 Aluminium- oder Aluminiurnlegieriingsbäd einer Temperatur von 700 bis SlOO⁰C eingetaucht. Die Gußstücke Wefdert im Bad während einer Zeitdauer von 1,5 bis 10 min gehalten und itiit 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 vorgegan^ gen 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 400⁰C angewärmt und auf Gehängen mit einer stufenweise geregelten Geschwindigkeit von 1 bis 10 Meter prc 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 Wanainneren der Erzeugnisse eine Struktur von höchst dispersem Perlit und sphäroidalem Graphit, bzw. Perlit 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 Korben, in weichen sie in das Aluminium- oder Aluminiumlegierungsbad 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 Überschusses 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 400⁰C angewärmt und mit einer Geschwindigkeit von 4 bis 10 Meter pro Minute in ein Aluminium- oder Aluminiumlegierungsbad einer Temperatur etwa von 800 bis 900⁰C 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^DIffüsiönsübefzüg auf der Oberfläche noch eine Bainitstruktur der Grundmasse im ganzen Gußstück erhalten Im Ergebnis werden die

mechanischen Eigenschaften der Gußstücke 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 400⁰C 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 650° C 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 Aluminiurnlegierungsbad erfolgt mit einer fließend oder stufenweise geregelten Geschwindigkeit im Bereich von 0,1 bis 5 Meter pro Minute. Eine gleichmäßige Verteilung der Aluminiumschicht wird durch das Schütteln der Gußstücke, wie im Beispiel 1 beschrieben, erreicht.

Beispiel 7

Eisenbahnholzschrauben aus Stahl von perlitisch-ferritischer Struktur mit 0,3 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

to Minute in ein Aluminium- oder Aluminiumlegierungsbad einer Temperatur im Bereich von 800 bis 950⁰C eingetaucht Die Schrauben werden im Bad nicht Iänger 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 Zeil, während der die Schrauben im Bad gehalten <!"·4 nachher langsam luftgekühlt werden, findet die Re'Kristallisation und die Normalisierung der perlitisch-ferritischen Stahlstruktur stau, 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 15 Sekunden bis 30 Minuten, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper vor dem Ein tauchen 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 geregelten Geschwindigkeit von 0,1 bis 12 Meter pro Minute durchgeführt wird.