DE2741567A1 - PROCESS FOR PRODUCING MELT-HARDENED HARDENED SURFACES - Google Patents
PROCESS FOR PRODUCING MELT-HARDENED HARDENED SURFACESInfo
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Description
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AUDI NSU AUTO UNION 8O7O Ingolstadt, O9.O9.1977AUDI NSU AUTO UNION 8O7O Ingolstadt, 09.09.1977
Aktiengesellschaft IP 1480 Ba/LPublic limited company IP 1480 Ba / L
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Verfahren zum Herstellen von durch Umschmelzhärten gehärteten OberflächenMethod for producing remelt hardening hardened surfaces
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von durch Umschmelzhärten gehärteten Oberflächen an Bauteilen aus Gußeisen, vorzugsweise Grauguß, insbesondere an Wellen, wobei das Umschmelzhärten unter Schutzgas durch lokales Erhitzen der zu härtenden Oberfläche längs Schmelzbahnen erfolgt.The invention relates to a method for producing surfaces hardened by remelt hardening on components made of cast iron, preferably gray cast iron, in particular on shafts, the remelt hardening under protective gas by local heating of the hardening surface is carried out along melting lines.
Bei einem bekannten Verfahren der beschriebenen Gattung (DT-OS 23 4-4 270), das zur Herstellung von Graugußnockenwellen dient, wird ein Grauguß mit einer Graphitausbildung von kleiner als 0,08 mm verwendet, damit an den Nocken möglichst porenfreie, gehärtete Oberflächen entstehen.In a known method of the type described (DT-OS 23 4-4 270), which is used for the production of gray cast iron camshafts, a gray cast iron with a graphite formation of less than 0.08 mm is used, so that the cams are as pore-free as possible, hardened surfaces are created.
Aus der DT-OS 22 44- 220 ist bekannt, das gattungsgemäße Verfahren für Bauteile zu verwenden, deren Gußeisen ein Desoxidationsmittel enthält, indem z. B. Mg, Al und/oder Ca zugesetzt ist. Durch den Zusatz der genannten Substanzen soll erreichtThe generic method is known from DT-OS 22 44-220 to use for components whose cast iron contains a deoxidizer by z. B. Mg, Al and / or Ca added is. The aim is to achieve by adding the substances mentioned
90981 3/009590981 3/0095
werden, daß beim Umschmelzen aus dem Gußeisen möglicherweise freigesetzter Sauerstoff sofort gebunden wird, sodaß eine möglichst porenfreie, gehärtete Oberfläche erzielt wird. Dieses Verfahren ist relativ aufwendig, da das Gußeisen insgesamt und nicht nur in seinem zu härtenden Bereich mit Desoxidationsmittel versetzt wird.be that when remelting from the cast iron possibly released oxygen is bound immediately, so that a pore-free, hardened surface is achieved. This process is relatively complex, as the cast iron as a whole and deoxidizing agent is not only added to the area to be hardened.
Gehärtete Oberflächen an Gußbauteilen dienen unterschiedlichsten Zwecken, beispielsweise bei Nockenwellen als ÜTockenflachen, bei Wellen, an denen Bauteile gelagert sind, als Lagerflachen usw.. Je nach Verwendungsart müssen die gehärteten Oberflächen möglichst porenfrei sein oder wird eine gewisse Porösität bevorzugt, wenn die gehärtete Oberfläche beispielsweise als Lagerfläche dient, an der ein Schmiermittel, wie Mineralöl anhaften soll, das die Schmierung zwischen der gehärteten Oberfläche und einer Gegenfläche übernimmt.Hardened surfaces on cast components are used for a wide variety of purposes, for example as camshafts for camshafts Shafts on which components are stored, as bearing surfaces, etc. Depending on the type of use, the hardened surfaces must be as pore-free as possible or a certain porosity is preferred if the hardened surface serves, for example, as a bearing surface to which a lubricant, such as mineral oil, is supposed to adhere to the Lubrication between the hardened surface and a mating surface takes over.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln, daß sich gehärtete Oberflächen mit definierter Porösität herstellen lassen.The invention is based on the object of providing a method of the above to further develop the type described in such a way that hardened surfaces with a defined porosity can be produced.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die an der zu härtenden Oberfläche angelagerte Sauerstoffmenge entspre-This object is achieved according to the invention in that the amount of oxygen deposited on the surface to be hardened corresponds to
-5-909813/0096-5-909813 / 0096
chend der erwünschten Flächendichte der Porösität der gehärteten Oberfläche eingestellt wird und die Schmelzbahn entsprechend der erwünschten Porenfeinheit überlappt werden.accordingly the desired areal density of the porosity of the hardened surface is set and the melt path is adjusted accordingly the desired pore size are overlapped.
Überraschenderweise nämlich hat sich herausgestellt, daß durch die Menge des an die zu härtende Oberfläche des Gußbauteils angelagerten Sauerstoffs und durch die Anzahl von Wiederholungen, die ein bestimmter Flächenbereich hintereinander um- bzw. aufgeschmolzen wird, die Porösität der gehärteten Oberflächen eingestellt werden kann. Je mehr Sauerstoff an der Oberfläche absorbiert ist, um so größer ist die Anzahl von Poren je Flächeneinheit, je häufiger ein öberflächenbereich unmittelbar aufeinanderfolgend aufgeschmolzen wird, um so kleiner sind die erhaltenen Poren. Durch geeignete Wahl der Menge des angelagerten Sauerstoffs und der Anzahl von Wiederholungen des Umschmelzens läßt sich somit eine den jeweiligen Anforderungen entsprechende Porösität der gehärteten Oberflächen erzielen.Surprisingly, it has been found that due to the amount of the deposited on the surface to be hardened of the cast component Oxygen and by the number of repetitions that a certain area is melted or melted one after the other the porosity of the hardened surfaces can be adjusted. The more oxygen absorbed on the surface is, the greater the number of pores per unit area, the more frequently a surface area is directly consecutive is melted, the smaller the pores obtained. By suitable choice of the amount of the accumulated Oxygen and the number of repetitions of the remelting can thus be a corresponding to the respective requirements Achieve porosity of the hardened surfaces.
Wenn das Bauteil vor dem Umschmelzhärten mechanisch bearbeitet wird, wird bei geringer erwünschter Porösität die Oberfläche des Bauteils vorteilhafterweise unmittelbar bei der mechanischen Bearbeitung mit einer Schutzschicht versehen. Diese Schutzschicht schützt die frisch bearbeitete Oberfläche vor der Anlagerung von Sauerstoff, was beim Umschmelzhärten zu einer geringen Porösität führt.When the component is mechanically processed before remelt hardening is, if the desired porosity is low, the surface of the component is advantageously immediately in the mechanical Processing provided with a protective layer. This protective layer protects the freshly processed surface from the accumulation of Oxygen, which leads to low porosity during remelt hardening.
009813/0OdS009813 / 0OdS
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Mit Vorteil wird als Schutzschicht eine ölemulsion verwendet. Diese ölemulsion haftet einerseits sicher und über lage Zeit an der mechanisch bearbeiteten Oberfläche; beim Umschmelzhärten wird die Schutzschicht verdampft, wobei aus der ölemulsion entstehender Kohlenstoff ggf. aus dem gußeisernen Bauteil freiwerdenen Sauerstoff bindet.An oil emulsion is advantageously used as a protective layer. On the one hand, this oil emulsion adheres securely and over time on the machined surface; in remelt hardening the protective layer is evaporated, resulting from the oil emulsion Carbon binds oxygen that may be released from the cast iron component.
In der Praxis gut bewährt hat sich eine Durchführungsform des Verfahrens, bei der erfindungsgemäß das Bauteil zur Steigerung der Anlagerung von Sauerstoff vor dem Umschmelzhärten erwärmt wird. Selbstverständlich ist diese Durchführungsform des Verfahrens, mit der gehärtete Oberflächen mit relativ großer Porosität erhalten werden, nur dann von großer Wirksamkeit, wenn die mechanisch bearbeitete Oberfläche frei liegt, sodaß sich Sauerstoff anlagern kann.In practice, a form of implementation of the method in which, according to the invention, the component to increase has proven successful the accumulation of oxygen is heated prior to remelt hardening. Of course, this form of implementation of the procedure is with which hardened surfaces with relatively high porosity are obtained, of great effectiveness only when the mechanically processed surface is exposed so that oxygen can accumulate.
Mit Vorteil wird gemäß der Erfindung bei geringer erwünschter Porösität das Bauteil unmittelbar nach dem Gießen in sauerstofffreier Atmosphäre abgekühlt und bis zum Umschmelzen vor Sauerstoff anlagerung geschützt. Damit lassen sich besonders porenarme, gehärtete Oberflächen herstellen.According to the invention, if the desired porosity is low, the component is advantageously free of oxygen immediately after casting The atmosphere is cooled down and protected from the build-up of oxygen until it is melted. This enables particularly low-pore, produce hardened surfaces.
Das Umschmelzhärten kann beim erfindungsgemäßen Verfahren sowohl durch Lichtbogen, als auch mit Hilfe eines Elektronenstrahls,In the method according to the invention, remelt hardening can be carried out both by means of an electric arc and with the aid of an electron beam,
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Laserstrahls oder auf andere Weise erfolgen. Wenn nicht extrem große Porositäten erhalten \\rerden sollen, wird unter Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum umgeschmolzen, damit nicht während des Umschmelzens Sauerstoff vom geschmolzenen Grauguß angelagert wird.Laser beam or otherwise. If extremely large porosities are not to be obtained, a protective gas atmosphere is used or remelted in a vacuum so that oxygen is not attached to the melted gray cast iron during remelting.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich an Graugußbauteilen gehärtete Oberflächen für jedwelchen Verwendungszweck und mit entsprechend dem Verwendungszweck ausgebildeter Porösität herstellen.The method according to the invention can be used on gray cast iron components hardened surfaces for any purpose and Produce with a porosity designed according to the intended use.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.The invention is explained below with reference to schematic drawings, for example and with further details.
Es stellen dar:They represent:
Fig. 1 eine Nockenwelle mit einem Nocken während des Umschmelzens undFig. 1 shows a camshaft with a cam during remelting and
Fig. 2 einen Schnitt durch die Nockenwelle gemäß Fig. 1 und2 shows a section through the camshaft according to FIGS. 1 and
Fig. 3 eine Nockenwelle mit einem Nocken bei Fig. 3 shows a camshaft with a cam
gegenüber Fig. 1 abgeänderter Lage der. Schmelzbahnen.compared to Fig. 1 modified position of. Melt tracks.
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Beim Um- bzw. Aufschmelzen wird die zu behandelnde Nockenwelle 1 im Bereich der Oberfläche der späteren Nockenlaufbahn 2 von einem Lichtbogen 3 unter einem Schutzgasmantel 4 in schweißnahtartigen Schmelzbahnen 5 erschmolzen. Bei Drehung der Nockenwelle 1 mit gleichzeitigem axialen Vorschub kann in einem einzigen Arbeitsgang eine bestimmte Anzahl von Schmelzbahnen 5 in Form einer Spirale um den Umfang des Nockens über die Breite der Nockenlaufbahn 2 gelegt werden.When remelting or melting, the camshaft 1 to be treated is in the area of the surface of the subsequent cam track 2 of an arc 3 under a protective gas jacket 4 in a weld-like manner Melt tracks 5 melted. When the camshaft 1 rotates with simultaneous axial advance, in a single Operation a certain number of melt tracks 5 in the form of a spiral around the circumference of the cam across the width the cam track 2 are placed.
Die Schmelze erstarrt bei Umgebungstemperatur zu einem ledeburithischen Gefüge, das die Härteschicht bildet.The melt solidifies to a ledeburithic at ambient temperature Structure that forms the hardness layer.
Die Breite b einer Schmelzbahn hängt von der Breite bzw. Stärke des Lichtbogens 3 ab. Wenn der Abstand a benachbarter Schmelz- · bahnen kleiner ist als die Breite b einer Schmelzbahn, ergibt sich eine Überlappung zwischen den Schmelzbahnen, d. h. die Oberfläche wird im Bereich der Überlappung mehrfach aufgeschmolzen. Diese Mehrfachaufschme1zung führt zu einer Verkleinerung der in der gehärteten Oberflächenschicht vorhandenen Poren. Bei einer Nockenwelle aus Grauguß mit 3,1 % C, 2,1 % Si, 0,04 % B und 0,85 % Sc wurde bei einer Härtetiefe von 1 mm, einer Vorwärmtemperatur von 4000C, einer Schmelzgeschwindigkeit von 1 000 mm/min und der Nockenform 049 C mit einem WIG-Lichtbogen folgende Porositäten der gehärteten Oberflächen erhalten:The width b of a melt path depends on the width or strength of the arc 3. If the distance a between adjacent melting paths is smaller than the width b of a melting path, there is an overlap between the melting paths, ie the surface is melted several times in the area of the overlap. This multiple melting leads to a reduction in the size of the pores present in the hardened surface layer. In a camshaft made of cast iron 3.1% C, 2.1% Si, 0.04% B and 0.85% Sc a preheating temperature of 400 0 C, a melt flow rate of 1 000 mm has been mm at a hardness depth of 1, / min and the cam shape 049 C with a TIG arc obtained the following porosities of the hardened surfaces:
909813/0095 -9-909813/0095 -9-
grad ROverlap
degree R
(2,5 %ige Ö1-
emulsion)
Vorviärmzeit =
1 minProtective film through
(2.5% Ö1-
emulsion)
Preheating time =
1 min
Vorwärmzeit =
1 minwithout protective film
Preheating time =
1 min
Vorwärmzeit =:
2,5 minwithout protective film
Preheating time =:
2.5 min
•2.00
•
Der Überlappungsgrad R =The degree of overlap R =
Breite b einer SchmelzbahnWidth b of a melt path
Abstand a benachbarter SchmelzbahnenDistance a between adjacent melt lines
909813/009S909813 / 009S
-Ίο--Ίο-
In den Kästchen bedeutet der obere angegebene Wert jeweils die Porenzahl (cm~ ) und der untere Wert die mittlere Porengröße (mm).In the boxes, the upper value indicated in each case means the number of pores (cm ~) and the lower value the mean pore size (mm).
Aus der Tabelle ist deutlich sichtbar, daß steigende Überlappung der Schmelzbahnen primär zu einer Verkleinerung der Porengröße führt, während erhöhte Sauerstoffanlagerung an die TTockenfläche vor dem Umschmelzen primär zu einer erhöhten Flächendichte der erhaltenen Porösität führt.The table clearly shows that increasing overlap of the melt paths primarily leads to a reduction in the size of the Pore size leads, while increased oxygen deposition on the cam surface before remelting primarily to an increased Areal density of the obtained porosity leads.
Um die zu härtende Oberfläche vor der Anlagerung von Sauerstoff zu schützen, wird das Bauteil, im in den Figuren dargestellten Beispiel die Nockenwelle, zweckmäßigerweise unmittelbar bei oder nach der mechanischen Bearbeitung mit einer Schutzschicht versehen, indem es beispielsweise in mineralölhaltige Emulsionen oder Mineralöle getaucht wird oder diese Flüssigkeiten, die eine gute Benetzungsfähigkeit haben, auf das Bauteil aufgesprüht werden. Das Bauteil kann, um an seine Oberfläche angelagerten Sauerstoff zu entfernen, auch vor dem Umschmelzen reduzierend behandelt werden, indem es beispielsweise unter Luftabschluß gekühlt wird. Das Umschmelzhärten des Bauteils kann schon vor der mechanischen Bearbeitung erfolgen, wobei die Gußoberfläche unmittelbar in der Gießerei unter Verwendung der Gießwärme reduziert bzw. von angelagertem Sauerstoff befreit werden könnte.In order to protect the surface to be hardened from the accumulation of oxygen, the component is shown in the figures For example the camshaft, expediently immediately during or after the mechanical processing with a protective layer provided, for example, by immersing it in emulsions or mineral oils containing mineral oil or these liquids, which have good wetting properties can be sprayed onto the component. The component can in order to its surface to remove accumulated oxygen, also be treated with reducing treatment before remelting, for example is cooled in the absence of air. The remelt hardening of the component can take place before the mechanical processing, whereby the casting surface is reduced directly in the foundry using the casting heat or from accumulated Oxygen could be released.
909813/0096909813/0096
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Pig. 3 zeigt eine Nockenwelle 1, deren Nockenlaufbahn 2 in
'einer in Umfangsrichtung zick-zack oder sinusförmig verlaufenden
Schmelzbahn 5 aufgeschmolzen wird. Diese Anordnung der Schmelzbahn 5>
die entsprechend dem Verhältnis zwischen der Breite b der Schmelzbahn 5 und dem Abstand bzw. Vorschub a,
den zwei benachbarte Umkehrstellen der Schmelzbahn 5 haben, führt zwar zu einer über die Breite der Nockenlaufbahn 2
etwas unterschiedlichen Überlappung der Aufschmelzung, eignet sich jedoch gut für Nockenlaufbahnen 2, die nur im Bereich
des eigentlichen Nockens gehärtet sind.Pig. 3 shows a camshaft 1, the cam track 2 of which is melted in 'a melt track 5 running in a zigzag or sinusoidal direction in the circumferential direction. This arrangement of the melt path 5> which corresponds to the ratio between the width b of the melt path 5 and the distance or feed rate a that two adjacent reversal points of the melt path 5 have, leads to an over the width of the cam track 2
slightly different overlap of the melt, but is well suited for cam tracks 2 that are hardened only in the area of the actual cam.
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| DE2741567C2 (en) | 1981-09-24 |
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