DE2741567C2 - Process for producing remelt hardening hardened surfaces - Google Patents
Process for producing remelt hardening hardened surfacesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen -in von durch Umschmelzhärten gehärteten Oberflächen an Bauteilen aus Gußeisen, vorzugsweise Grauguß, insbesondere an Wellen, wobei das Umschmelzhärlen unter Schutzgas durch lokales Erhitzen der /u härtenden Oberfläche längs Schmelzbahnen erfolgt. r.The invention relates to a method of manufacturing -in of surfaces hardened by remelt hardening on components made of cast iron, preferably gray cast iron, especially on shafts, the remelting under protective gas by local heating of the / u hardening surface is carried out along melting lines. r.
Bei einem bekannten Verfahren der beschriebenen Gattung (DE-OS 23 44 270). 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, in gehärtete Oberflächen entstehen.In a known method of the type described (DE-OS 23 44 270). that for the production of Cast iron camshafts are used, a gray cast iron with a graphite formation of less than 0.08 mm is used used to ensure that the cams are as pore-free as possible, in hardened surfaces arise.
Aus der DE OS 22 44 220 ist bekannt, das gattungsge mäße Verfahren für Bauteile /u verwenden, deren Gußeisen cm Desoxidationsmittel enthält, indem z. B. Mg, Al und/oder Ca /ugeset/t ist Durch den Zusatz der v. genannten Substanzen soll erreicht werden, daß beim Umschmelzen aus dem Cmßeiscn möglicherweise freigesetzter Sauerstoff sofort gebunden wird, so dal! eine möglichst porcnfreie. gehärtete Oberfläche erzieh wird. Dieses Verfahren ist relativ aufwendig, da das mi Gußeisen insgesamt und nicht nur in seinem zu härtenden Bereich mit Desoxidationsmittel versetzt wird.From DE OS 22 44 220 is known, the gattungsge Use moderate procedures for components / u whose cast iron contains cm deoxidizer by z. B. Mg, Al and / or Ca / ugeset / t is through the addition of the v. named substances should be achieved that when Melting out of the ice cream possibly released oxygen is bound immediately, so that! as porcn-free as possible. hardened surface educate will. This procedure is relatively complex because the mi Cast iron as a whole and not only in its area to be hardened with deoxidizing agent added will.
Gehärtete Oberflächen an Gußbauleilert dienen unterschiedlichsten Zwecken, beispielsweise bei Nokkenwellen als Nockenflächen, bei Wellen, an denen Bauteile gelagert sind, als Lagerflächen usw. je nach Verwendungsari müssen die gehärteten Oberflächen möglichst porenfrei sein ader wird eine gewisse Porosität bevorzugt, wenn die gehärtete Oberfläche beispielsweise als Lagerfläche dient, an der ein Schmiermitte!, wie Mineralöl anhaften soll, das die Schmierung zwischen der gehärteten Oberfläche und einer Gegenfläche übernimmt.Hardened surfaces are used on Gußbauleilert different purposes, for example with camshafts as cam surfaces, with shafts on which Components are stored, as storage areas, etc. depending on the application, the hardened surfaces be as pore-free as possible or a certain porosity is preferred if the hardened surface For example, serves 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 zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen GaUung derart weiterzuentwickeln, daß sich gehärtete Oberflächen mit definierter Porosität herstellen lassen.The invention is based on the object of providing a method of the type described at the outset to develop further so that hardened surfaces with defined porosity can be produced.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flächendichte der Porosität in an sich bekannter Weise durch die an der zu härtenden Oberfläche angelagerte Sauerstoffmenge eingestellt wird und die Porenfeinheit mit zunehmendem Überlappungsgrad der Schmelzbahnen erhöht beziehungsweise mit zunehmendem Überlappungsgrad erniedrigt wird.According to the invention, this object is achieved in that the surface density of the porosity is known per se Way is adjusted by the amount of oxygen deposited on the surface to be hardened and the Pore fineness increases with increasing degree of overlap of the melt paths or with increasing Degree of overlap is decreased.
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 Porosität 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 Oberflächenbereich unmitttibar 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 Porosität der gehärteten Oberflächen erzielen.Surprisingly, it turned out that that by the amount of accumulated on the surface to be hardened of the cast component and by the oxygen 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 on the Surface is absorbed, the greater the number of pores per unit area, the more frequent a surface area melted immediately one after the other 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 one of the respective Achieve the required porosity of the hardened surfaces.
Wenn das Bauteil vor dem Umschmelzhärten mechanisch bearbeitet wird, wird bei geringer erwünschter Porosität die Oberfläche des Bauteils vorteilhafterweise unmittelbar bei der mechanischen Bearbeitung mit einer Schutzschicht versehen. Diese Schutzschicht schützt die frisch bear'-eitete Oberfläche vor der Anlagerung von Sauerstoff, was beim Umschmelzhärten zu einer geringen Porosität führt.If the component is mechanically processed before remelt hardening, less is more desirable Porosity the surface of the component advantageously directly in the mechanical Processing provided with a protective layer. This protective layer protects the freshly processed surface before the accumulation of oxygen, which leads to low porosity during remelt hardening.
Mit Vorteil wird als Schutzschicht eine Ölemulsion verwendet. Diese Ölemulsion haftet einerseits sicher und über lange Zeit an der mechanisch bearbeiteten Oberfläche; beim I Imschmelzhärten 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 for a long time on the machined surface; when I hot-melt hardening, the protective layer evaporated, carbon formed from the oil emulsion possibly from the cast iron component released oxygen binds.
In der Praxis gut bewährt hat sich eine Durchfüh rungsform des Verfahrens, bei der erfindungsgemäß das Bauteil zur Steigerung der Anlagerung von Sauerstoff vor dem Umschmel/härten erwärmt wird. Selbstver ständlich isl diese Diirchführungsform des Verfahrens, mit der gehärtete Oberflächen mit relativ großer Porosität erhalten werden, nur dann von großer Wirksamkeit, wenn die mechanisch bearbeitete Oberfla ehe frei hegt, so daß sich Sauerstoff anlagern kann.An implementation has proven itself in practice Approximation form of the process in which, according to the invention Component is heated to increase the accumulation of oxygen before remelting / hardening. Self-assurance Of course, this form of implementation of the procedure is with which hardened surfaces with relatively high porosity are obtained, only then of high porosity Effectiveness when the machined surface before lies free so that oxygen can accumulate.
Mit Vorteil wird gemäß der Erfindung bei geringer erwünschter Porosität das Bauteil unmittelbar nach dem Gießen in sauerstofffreier Atmosphäre abgekühlt und bis zum Umschmelzen vor Sauersioffanlagerung geschützt. Damit lassen sieh besonders porenarme, gehärtete Oberflächen herstellen.Advantageously, according to the invention, at less desired porosity the component immediately after Pour cooled and cooled in an oxygen-free atmosphere Protected against oxygen build-up until remelting. This allows you to produce hardened surfaces that are particularly low in pores.
Das Umschmelzhärten kann beim erfindungsgemäßen Verfahren sowohl durch Lichtbogen, als auch mit Hilfe eines Elektronenstrahls, Laserstrahls oder auf andere Weise erfolgen, Wenn nicht extrem große Porositäten erhalten Werden sollen, wird unter Schutz-In the method according to the invention, remelt hardening can be performed both by means of an electric arc and with Can be done using an electron beam, laser beam, or otherwise, if not extremely large Porosities are to be preserved, is protected under
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gasatmosphäre oder im Vakuum umgeschmolzen, damit nicht während des Umschmelzen* Sauerstoff vom geschmolzenen Grauguß angelagert wird.gas atmosphere or in a vacuum, so that no oxygen from the molten cast iron is deposited.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich an Graugußbauteilen gehärtete Oberflächen für jedwelchen Verwendungszweck und mit entsprechend dem Verwendungszweck ausgebildeter Porosität herstellen.With the method according to the invention can be Cast iron components hardened surfaces for any purpose and with corresponding Establish intended use of trained porosity.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert Es stellt darThe invention is illustrated below with reference to schematic drawings, for example and with others Details explained It represents
F i g. 1 eine Nockenwelle mit einem Nocken während des Umjchmelzens undF i g. 1 a camshaft with a cam during the remelting and
Fig.2 einen Schnitt durch die Nockenwelle gemäß Fig. 1 und2 shows a section through the camshaft according to Fig. 1 and
F i g. 3 eine Nockenwelle mit einem Nocken bei gegenüber Fig. 1 abgeänderter Lage der Schmelzbahnen. F i g. 3 shows a camshaft with a cam with the melt webs in a different position compared to FIG. 1.
Beim Um- bzw. Aufschmelzen wird die zu behandelnde Nockenwelle 1 im Bereich der Oberfläche der späteren Nockenlaufbahn 2 von einem Lichtbogen 3 unter einem Schulzgasrnante! 4 in schwcißnahiartigcn 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 NoL-kenlaufbahn 2 gelegt werden.When remelting or melting, the camshaft 1 to be treated is in the area of the surface of the later cam track 2 from an arc 3 under a Schulzgasrnante! 4 in welded seams Melt tracks 5 melted. When the camshaft 1 rotates with simultaneous axial advance can in a single operation a certain number of melt tracks 5 in the form of a .Spirale the circumference of the cam can be placed across the width of the NoL-kenlaufbahn 2.
Die Schmelze erstarrt bei Umgebungstemperatur zu einem ledeburithischen Gefüge, das die Härteschicht bildet.The melt solidifies at ambient temperature to form a Ledeburithic structure that forms the hardness layer forms.
Die Breite /beiner Schmelzbahn hängt von der Breite bzw. Stärke des Lichtbogens 3 ab. Wenn der Abstand u benachbarter Schmelzbahnen kleiner ist als die Breiie b einer Schmelzbahn, ergibt sich eine Überlappung zwischen den Schmelzbahnen, d. h. die Oberfläche wird im Bereich der Überlappung mehrfach aufgeschmolzen. Diese Mehrfachaufschmelzung führt zu einer Verkleinerung der in der gehärteten Oberflächenschicht vorhandenen Poren. Bei einer Nuckenwelle aus Grauguß mit 3,1% C, 2,1% Si, 0,04% B und 0,85% Sc wurde bei einer Härtetiefe von 1 mm, einer Vorwärmtemperaiur von 400 C, einer Schmeizgeschwindigkeit von 1000 mm/min und der Nockenform 049 C mit einerr '·/IG-Lichtbogen folgende Porositäten der gehärteten Oberflächen erhalten:The width of the melt path depends on the width or strength of the arc 3. If the distance u between adjacent melt paths is smaller than the slurry b of a melt path, there is an overlap between the melt 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. With a camshaft made of gray cast iron with 3.1% C, 2.1% Si, 0.04% B and 0.85% Sc, with a hardening depth of 1 mm, a preheating temperature of 400 C, a melting speed of 1000 mm / min and the cam shape 049 C with a r '/ IG arc, the following porosities of the hardened surfaces are obtained:
Ohne Sthut/ΓιΙπιWithout hat / ΓιΙπι
ÜberUippungsgrad R Schul/Ulm durch 2i"'»igc Ohne Schu-rfilm
ÖlemuKion
Vorwarm/eit I min Voiw.irm/cit Iniin Voruurni/eit 2.>
minOverUippungsgrad R Schul / Ulm by 2i "'» igc Without Schu-rfilm ÖlemuKion
Preheating / time I min Voiw.irm / cit Iniin Voruurni / time 2.> min
00
0
<0.21-5
<0.2
<n.2 <0.2
<n.2
<(),2<0.2 1
<(), 2
0.2 0.5> 5
0.2 0.5
<0.20.2 1
<0.2
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<0.2
0,2 0.5> 5
0.2 0.5
0,2: 0.50.2 -I
0.2 : 0.5
0,2 I1-5
0.2 I.
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0,2 II 2
0.2 I.
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0.2 1
2,52.5
2,002.00
1,51.5
1.01.0
Der Übcrlappungsgr;id Ii, A'bs,.|ntj 7 benachbarter Schmel/b.ihnenThe overlap size id Ii, A ' bs,. | nt j 7 neighboring Schmel / b.them
In den Kästchen bedeutet der obere angegebene Wert jeweils die Porenzahl pro Quadratzentimeter und der untere Wert die mittlere Porengröße in Millimeter.In the boxes, the value given above means the number of pores per square centimeter and the lower value is the mean pore size in millimeters.
Aus der Tabelle ist deutlich sichtbar, daß steigende Überlappung der Schmelzbahnen primär zu einer Verkleinerung der Porengroße führt, während erhöhte Sauerstoffanlagerung an die Nockenfläche vor dem Umschmelzen primär zu einer erhöhten Flächendichte der erhaltenen Porosität führt.The table clearly shows that increasing Overlapping of the melt paths primarily leads to a reduction in the pore size, while increased Oxygen accumulation on the cam surface prior to remelting primarily leads to an increased surface density the resulting 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 das Bauteil beispielsweise in mineralölhallige Emulsionen oder Mineralöle getaucht wird oder in dem auf das Bauteil diese Flüssigkeiten, die eine gute Benetzungsfähigkeit haben, aufgesprüht werden. Das Bauteil kann, um an seine Oberfläche angelagerten Sauerstoff zu entfernen, auch vor dem Umschmelzen redizierend behandelt werden, indem es beispielsweise unter Luftabschluß geglüht wird. Das Umschmelzhärten des Bauteils kann schon vor der mechanischen Bearbeitung erfolgen, wobei die Gußoberfläche unmittelbar in der Gießerei unter Verwendung der Gießwärme regierend behandelt bzw. von angelagertem Sauerstoff befreit werden könnte.In order to protect the surface to be hardened from the accumulation of oxygen, the component is in the Figures shown example the camshaft, expediently immediately during or after the mechanical Machining is provided with a protective layer, for example by covering the component with mineral oil Emulsions or mineral oils are immersed or in which on the component these liquids are good Have wettability, be sprayed on. The component can get attached to its surface To remove oxygen, also before remelting can be treated by reducing it, for example is annealed in the absence of air. The remelt hardening of the component can take place before the mechanical Machining take place, the casting surface directly in the foundry using the casting heat treated in a ruling manner or from annexed Oxygen could be released.
Fig. 3 zeigt eine Nockenwelle 1. deren Norkenlauf bahn 2 in einer in Umfangsrichiung zick-zack oder sinusförmig verlaufenden Schmelzbahn 5 aufgeschmolzen wird. Diese Anordnung der Schmelzbahn 5. die entsprechend dem \ erhältnis zwischen der Breite öder Schmelzbahn 5 und dem Abstand bzw. Vorschub a, den zwei benachbarte Umkehrstellen der Schmelzen 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.Fig. 3 shows a camshaft 1. its cam track Track 2 is melted in a zigzag or sinusoidal melting track 5 in the circumferential direction will. This arrangement of the melt path 5. which corresponds to the ratio between the width or Melt path 5 and the distance or feed a, the two adjacent reversal points of the melt does lead to a somewhat different overlap over the width of the cam track 2 the melting, but is well suited for • cam tracks 2, which are only in the area of the actual Cams are hardened.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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