DE2725541A1

DE2725541A1 - Verfahren zum haerten eines oberflaechenbereiches eines werkstueckes aus titan oder einer titanlegierung

Info

Publication number: DE2725541A1
Application number: DE19772725541
Authority: DE
Inventors: Walther Dr Hiller
Original assignee: Steigerwald Strahltecknik GmbH
Current assignee: Steigerwald Strahltecknik GmbH
Priority date: 1977-06-06
Filing date: 1977-06-06
Publication date: 1978-12-14

Description

Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei Werkstücken aus Titan und Titanlegierungell ist es in vielen Fällen erforderlich, stark auf Verschleiß beanspruchte Flächen widerstandsfähiger zu machen. Die gemäß dem gegenwärtigen Stand der Technik zur Verfügung stehenden verfahrenstechnischen Möglichkeiten sind jedoch unbefriedigend.
Ein bei Werkstücken aus Stahl und dergleichen häufig angewandtes Verfahren zur Härtung begrenzter Oberflächenbereiche ist die Auftragschweißung. Wegen der schlechten legierungsmäßigen Verträglichkeit von Titan mit den meisten anderen Metallen ist jedoch die Wahl entsprechender Auftragwerkstoffe sehr begrenzt, zudem ist die bei Auftragschweißungen erforderliche umfangreiche Nacharbeit zeitraubend und teuer.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Werkstück zu borieren. Bei Titanlegierungen lassen sich zwar dünne, gut haftende und sehr harte Boridschichten erzeugen, ein entscheidender Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, daß das gesamte Werkstück auf eine sehr hohe Temperatur, z.B.
11000 C, gebracht werden muß und dadurch seine Maßhaltigkeit stark gefährdet wird. Werkstücke aus Titanlegierungen mit durch Borieren hergestellten Oberflächenschichten haben ferner den Nachteil, daß die sehr dünne, extrem harte oberflächliche Boridschicht praktisch ohne Ubergang auf dem verhältnismäßig weichen Grundmaterial aufsitzt. Bei punktartiger Krafteinwirkung von außen besteht dadurch die Gefahr des Durchbrechens ul X Abplatzens der Schicht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirksames Verfahren zum Härten von Oberflächenbereichen von Werkstücken aus Titan oder Titanlegierungen anzugeben, das sehr robuste und unempfindliche Erzeugnisse liefert.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Unteransprüche betreffen Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß der Erfindung.
Durch das Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich verschleißfeste Schichten erzeugen, die auch bei eng begrenzter Krafteinwirkung nicht durchbrechen oder abplatzen. Das Verfahren läßt sich leicht durchführen und hinsichtlich der gewünschten Ergebnisse bequem steuern.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird eine zu wesentlichem Anteil aus Titanboriden oder Titancarbiden bestehende Folie durch mechanische Mittel auf den zu behandelnden Oberflächenbereich satt aufgedrückt und sodann mittels eines Energiestrahles, vorzugsweise eines Elektronenstrahles, bis zu einer bestimmten Tiefe in das Werkstück einlegiert.
Durch dieses Verschmelzen und Einlegieren wird die in Diffusionsschichten vorliegende hohe Bor- bzw. Carbidkonzentration sozusagen verdünnt und dadurch ein zäheres, aber dennoch hoch verschleißbeständiges Material geschaffen. Durch die Wahl des "Verdünnungsverhältnisses" läßt sich in bestimmten Grenzen das Verhältnis von Härte und Zähigkeit des durch die Aufschmelzbehandlung erzeugten Gefüges steuern und der jeweiligen Beanspruchungsart des Werkstückes anpassen.
Die durch die Aufschmelzbehandlung hergestellten titanboridhaltigen oder titancarbidhaltigen Schichten haben im allgemeinen eine Dicke zwischen 0,4 und 1,0 mm und eine zwischen 400 und 1000 HV liegende Durchschnittshärte. Zufolge ihrer Oberflächenbeschaffenheit erfordern sie allenfalls nur eine geringfügige Nacharbeit. Die durch das Verschmelzen mit dem aufgelegten Material vergüteten Bereiche lassen sich sowohl hinsichtlich ihrer Flächenausdehnung als auch hinsichtlich ihrer Tiefe genau und gut reproduzierbar begrenzen.
Die bei dem Verfahren gemäß der Erfindung vorzugswese verwendeten borid- oder carbidhaltigen Folien können nach einem der bekannten Diffusionsverfahren hergestellt werden, indem man in eine dünne Folie und ein dünnes Blech aus dem Grundmaterial, vorzugsweise Titan, bei hohen Temperaturen, die im 0 allgemeinen über 1000 C liegen, Bor oder Kohlenstoff eindiffundieren läßt. Als Grundmaterial können auch Vanadium, Zirkonium und Niob sowie Legierungen auf Basis dieser Elemente einschließlich Titan verwendet werden. Da folienförmige Gebilde aus Boriden oder Carbiden von Natur aus spröde und brüchig sind, werden gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die zur Aufschmelzbehandlung bestimmten Folien, die eine Dicke zwischen z.B. 0,05 und 0,8 mm, vorzugsweise etwa 0,1 und 0,4 mm, haben können, von beiden Seiten her nur bis zu einer gewissen Tiefe boriert bzw. carburiert, so daß im Kern der Folie noch eine duktile, tragfähige Zone chemisch im wesentlichen unveränderten rundmaterials verbleibt.
Anstelle einer Folie kann auch eine zweckmäßig aufgebrachte Pulverschicht verwendet werden. Als Energiestrahlen stehen insbesondere Elektronenstrahlen und Laserstrahlen zur Verfügung.

Claims

Verfahren zum Härten eines Oberflächenbereiches eines Werkstückes aus Titan oder einer Titanlegierung Patentansprüche g Verfahren zum Härten eines Oberflächenbereiches eines Werkstückes aus Titan oder einer Titanlegierung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf den Oberflächenbereich eine dünne Schicht aus einem Material, das Boride und/oder Carbide mindestens eines der Elemente Titan, Vanadium, Zirkonium und Niob enthält, aufgebracht und mit dem Oberflächenbereich mittels eines Energiestrahles verschmolzen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die dünne Schicht des einzuschmelzenden Materials in Form einer Folie aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Folie dicht an den Oberflächenbereich angelegt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Verhältnis der Dicke der Schicht bzw. Folie zur Einschmelztiefe zwischen 1:4 und 1:25 beträgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Material zu mehr als der Hälfte aus Boriden und/oder Carbiden mindestens eines der genannten Elemente besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 2 und ggf. einem der Ansprüche 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in eine Folie aus den Elementen Titan, Vanadium, Zirkonium oder Niob bzw. aus Legierungen derselben Bor und/oder Kohlenstoff durch ein Ilochtemperatur-Diffusionsverfahren derart eingebracht werden, daß an beiden Seiten der Folie Diffusionszonen entstehen, deren Tiefe maximal etwa ein Drittel der Foliendicke beträgt, während im Inneren der Folie eine Zone chemisch im wesentlichen unveränderten Grundmaterials verbleibt.
7. Verfahren nach Anspruch 2 und gegebenenfalls einem der folgenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Folie eine Dicke zwischen etwa 0,05 und 0,8 mm, vorzugsweise zwischen etwa 0,1 und 0,4 mm hat.