DE2646276C3

DE2646276C3 - Verfahren zur Herstellung von auf Verschleiß beanspruchten Maschinenteilen aus austenitischen Gußeisenlegierungen

Info

Publication number: DE2646276C3
Application number: DE19762646276
Authority: DE
Inventors: Horst Dr.-Ing. Beyer; Hans- Jochem Dr. 5070 Bergisch Gladbach Neuhaeuser; Hans-Juergen Veutgen
Original assignee: Goetze GmbH
Current assignee: Goetze GmbH
Priority date: 1976-10-14
Filing date: 1976-10-14
Publication date: 1980-01-17
Also published as: DE2646276B2; JPS5348016A; DE2646276A1

Description

Die Erfindungen betrifft ein Verfahren zur Herstellung von auf Verschleiß beanspruchten Maschinenteilen, und zwar insbesondere von dünnwandigen Maschinenteilen, aus austenitischem Gußeisen hoher Härte.

Austenitische Gußuisenlegierungen mit Lamellenoder Kugelgraphit, wie sie beispielsweise in der DIN 1694 beschrieben sind, werden im Maschinenbauwegen ihrer guten Korrosionsbeständigkeit, ihrer hohen Verschleißfestigkeit, ihrer guten Hitzebeständigkeit und ihren guten Gleiteigenschaften beispielsweise zur Herstellung von Pumpen, Ventilen, Laufbüchsen und Dichtteilen in Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt. Im allgemeinen werden Gußstücke aus austenitischem Gußeisen direkt im gegossenen Zustand weiterverarbeitet, ohne daß weiter Wärmebehandlungen vorgenommen werden. Zur Veränderung ihrer physikalischen Eigenschaften und auch zur Verminderung von Gußspannungen können jedoch Wärmebehandlungen bei Temperaturen von über 1000° C vorgenommen werden, und nach den Richtlinien der DIN 1694 besitzen dann die Gußstücke aus austenitischem Gußeisen Brinellhärten von zwischen 120 und 250 kp/cm². Bei auf Reibung hochbeanspruchten Maschinenteilen, wie beispielsweise bei Gegenringen für Kühlmittelpumpen in Verbrennungskraftmaschinen oder in Pumpen von Haushaltswaschmaschinen, wird zur besseren Verschleißbeständigkeit ein austenitisches Gußeisen mit Graphitausscheidungen und hohem Chromkarbidanteil verlangt. Verbunden mit den hohen Chromkarbiaanteilen entstehen dann Gußstücke mit Brinellhärten von über 250 kp/cm², und entsprechend den Anforderungen werden Brinellhärten in den Bereichen zwischen vorzugsweise 250 und 350 kp/cm² verlangt. In der Praxis werden zur Herstellung von austenitischen Gußstücken mit den gegenüber den Anhaltsangaben nach DIN 1694 höheren Brinellhärtewerten spezielle Gußverfahren eingesetzt.

So werden beispielsweise nach der DE-PS 2 C45 414 auf Verschleiß beanspruchte Maschinenteile aus austenitischem Gußeisen mit einer Härte von 250 kp/cm² und mehr durch spezielle Impfverfahren der Gußeisenschmelzen hergestellt. Dieses Verfahren setzt aber in der Praxis eine sehr sorgfältige Dosierung des Impfmittels voraus. Im allgemeinen nämlich lassen sich in der Praxis derartige Impfverfahren genauso wie spezielle Gattierungen der Ofen, die Konstanz der Gießtemperaturen sowie die weiteren die Qualität beeinflussenden Gießparameter nur sehr schwierig einhalten, so daß beim Guß insbesondere dünnwandiger austenitischer gußeiserner Maschinenteile hoher Härte immer Schwankungen der Härtewerte in großer Streuung weit über die erforderlichen Toleranzwerte hinaus auftreten. Zur Kontrolle müssen dann die Härtewerte aller Gußstücke einzeln geprüft werden, und gleichzeitig führt ein relativ hoher Ausschuß zu hohen Herstellungskosten der Gußstücke.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu finden, mit dem auf Verschleiß beanspruchte Maschinenteile, und r'/ar insbesondere dünnwandige Maschinenteile aus austenitischen Gußeisenlegierungen, sich von hoher Härte so herstellen lassen, daß die Härtewerte der Gußstücke nur eine optimal geringe Streuung aufweisen, so daß ein extrem geringer Ausschuß entsteht. Gegebenenfalls soll sogar auf eine teure Einzelhärtemessung der Gußstücke verzichtet werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Gießen an und für sich bekannter Gußeisenschmelzen mit 2,5 bis 3,5% C

1,0 bis 2,5% Si

0,2 bis 8,0% Mn

< 0,5% P

< 0,1% S
1,0 bis 5,0% Cr
2,0 bis 5,5% Cu

10,0 bis 20,0% Ni

sowie Rest Eisen mit bis zu 2°/o herstellungsbedingten Verunreinigungen ohne vorherige Impfung, ohne spezielle Gattierung der öfen und ohne spezielle Maßnahmen zur Konstanthaltung der weiteren Gießparameter gelöst. Die so hergestellten, meist dünnwandigen Gußstücke besitzen jetzt ein austenitisches Gußeisengefüge und eine hohe Härte von meist über 280 HB bis hinauf zu 500 HB, sie sind aber auf Grund des vorhandenen weiten Streubereiches der Härtewerte für einen direkten Einsatz noch nicht geeignet. Deshalb werden die Gußstücke in einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt einer Glühbehandlung zwischen 550° C und 830" C unterworfen.

Bei diesen relativ niedrigen, bisher nicht üblichen Glühtemperaturen hat es sich gezeigt, daß durch die Glühbehandlung von V₄ bis 2 Stunden die Karbide sich teilweise auflösen und dabei ihre Größe und Form verändern, so daß die Härtewerte abnehmen. Überraschenderweise nehmen dabei die ursprünglich höheren Härtewerte stärker als die ursprünglich niedrigeren Härtewert'; ab, so daß die im Gußzustand hohe Streuung auf eine geringere Streuung zusammenschrumpft. Damit können die Gußstücke in solche Härtebereiche geglüht werden, deren Toleranzen von meist etwa 50 Härtegraden ausreichend für die Herstellung von Gußstücken mit konstanten physikalischen Eigenschaften sind. Die gewünschte mittlere Härte kann dabei je nach Bedarf durch Glühtemperatur und Glühzeit erzielt werden. Bei Glühtemperaturen unter 550° C ist jedoch der Härteabfall zu gering, während bei Temperaturen oberhalb 850° C der Härteabfall zu schnell und damit schwer kontrollierbar erfolgt.

Das erfindungsgemäß eingesetzte Verfahren bietet ferner den Vorteil, daß die ursprünglich stengel- bis netzförmigen Karbide sich durch die Glühbehandlung durch teilweises Auflösen verfeinern und abrunden, so daß die Bearbeitbarkeit und auch die Gleiteigenschaften besser als die von nicht geglühtem Gußeisen werden.

Ferner scheidet sich insbesondere bei Glühbehandlung ab etwa 700° C lamellarer bis knötchenförmiger Graphit aus. Diese Ausscheidungen sorgen für gute, insbesondere gegen ein Fressen wirkende Gleiteigenschaften der auf Reibung beanspruchten Gußstücke. Es können so auch austenitische Gußeisenlegierungen mit Kugelgraphitausscheidungen hergestellt werden, allerdings wird dann vorher die Schmelze mit kugelgraphitbildenden Elementen, wie zum Beispiel Magnesium, behandelt.

Damit können aus den an und für sich bekannten Legierungen durch das erfindungsgemäße Verfahren kostensparend bei niedriger Glühtemperatur und mit niedrigen Ausschußquoten Gußstücke aus austenitischem Gußeisen, und zwar insbesondere dünnwandige Gußstücke, mit innerhalb geringer Toleranzbreiten liegenden Werten hergestellt werden. Die geringe Härtestreuung gestattet einen weitgehenden Verzicht auf kostenverursachende Einzelpirüfverfahren, und durch die feinen Karbid- und Graphitausscheidungen entstehen Gußstücke mit guten Gleiteigenschaften sowie einer guten Bearbeitbarkeit.

Außer für Gegenringe in Pumpen können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch gleichermaßen andere, auf hohen Verschleiß beanspruchte Maschinenteile, wie Ventilsitzringe, Dichtungen von Armaturen und Verbrennungskraftmaschinen oder Laufbüchsen, heigestellt werden.

An Hand der Fig. 1 und 2 ist die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Abnahme der Härte eines Gußstückes bei Glühen in Abhängigkeit von der Glühtemperatur,

Fig. 2 die Härteänderung der Gußstücke nach Glühen über eine Stunde bei 810° C.

In Fig. 1 werden Gußstücke aus. der eingesetzten austenitischen Gußeisenlegierung mit einer Härte von 400 HB 30 nach dem zweiten Verfahrensschriti der Erfindung im Gußzustand bei verschiedenen Temperaturen eine Stunde geglüht, und die Härteänderungen werden ermittelt. Während unterhalb 550'C praktisch keine Härteänderungen eintreten, sind oberhalb 850° C die Härteänderungeii für die Herstellung von Gußstücken mit hoher Härte nicht mehr geeignet. Im Bereich um 810° C ist dabei die Härteänderung für unsere Zwecke optimal.

In Fig. 2 ist die Ausgangshärte von Gußstücken aus der eingesetzten austenitischen Gußeisenlegierung gegen ihre Härtewerte nach einer Glühbehandlung von einer Stunde bei 810° C aufgetragen. Durch (A) ist dabei der in unseren Gußstücken im Gußzustand erzielte Härtestreubereich von 355 bis 420 HB 30 eingetragen. Durch die Wärmebehandlung schrumpft dabei der Härtestreubereich, wie in (B) dargestellt, auf flärtewerte zwischen 290 und 330 HB 30 zusammen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von auf Verschleiß beanspruchten Maschinenteilen, insbesondere von dünnwandigen, auf Verschleiß beanspruchten Maschinenteilen hoher Härte aus austenitischen Gußeisenlegierungen mit

2,5 bis 3,5% C

1,0 bis 2,5% Si

0,2 bis 8,0% Mn

< 0,5% P

< 0,1% S
1,0 bis 5,0% Cr
2,0 bis 5,5% Cu

10,0 bis 20,0% Ni

sowie Rest Eisen mit maximal 2% herstellungsbedingten Verunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, «laß die Gußstücke aus der Schmelze mit einer zunächst hohen Brineühärte oberhalb 300 kp/cm² in an sich bekannter Weise gegossen werden, und daß daran anschließend die Gußstücke durch eine Wärmebehandlung bei 550 bis 850° C über V₄ bis 2 Stunden in den gewünschten Brinellhärtebereich oberhalb 250 kp/cm² weichgeglüht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,' dadurch gekennzeichnet, daß die Gußstücke mit einer Brinellhärte von 365 bis 420 kp/cm² gegossen werden, und daP daran anschließend die Gußstücke bei 800 bis »20° C über eine Stunde auf einen Härtebereich von 290 bis 3Sd kp/cm² weichgeglüht werden.

3. Verfahren nach den Ansprachen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verfahren Gegenringe und Gleitdichtringe, insbesondere in Pumpen sowie Dichtungen, Ventilsitzringe und Laufbüchsen insbesondere in Armaturen und Verbrennungskraftmaschinen hergestellt werden.