DE2749456A1 - Verfahren zum haerten eines oberflaechenbereiches eines werkstuecks - Google Patents

Description

• Verfahren zum Härten eines Oberflächenbereiches eines Werkstücks
• (Zusatz zu P 27 25 541.0) Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten eines Oberflächenbereiches eines Werkstückes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Die Hauptanmeldung betrifft ein Verfahren zum Härten eines Oberflächenbereiches eines Werkstückes aus Titan oder einer Titanlegierung, bei welchem 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 den Oberflächenbereich mittels eines Energiestrahles verschmolzen wird. Die dünne Schicht kann die Form einer Folie haben oder auch aus Pulver bestehen.
• Durch die vorliegende Erfindung wird dieses vorgeschlagene Verfahren auf andere Materialicn als Titan und Titanlegierungen ausgedehnt, nämlich Nickel und Nickellegierungen.
• Ein Verfahren zum Härten eines Oberflächenbereiches eines Werkstückes aus einem vorgegebenen #.#p##Jl oder einer Legierung dieses Metalles, bei welchem auf den Oberflächenbereich eine dünne Schicht aus einem Material, das Boride und/oder Carbide des Metalles und/oder verwandter Metalle enthält, aufgebracht und mit dem Oberflächenbereich mittels eines Energiestrahles verschmolzen wird, nach Patent (Patentanmeldung P) 27 25 541 ist gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das vorgegebene Metall Nickel ist und daß auf den Oberflächenbereich des aus Nickel oder einer Nickel legierung bestehenden Werkstiickes eine dünne Schicht aus einem Material, das Boride mindestens eines der Elemente Nickel, Kobalt, Eisen und Chrom enthält, aufgebracht und mit dem Oberflächenbereich mittels eines Energiestrahls verschmolzen wird.
• Durch das Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich Verschleißbeständige Schichten auf Werkstücken aus Nickel oder einer Nickellegierung erzeugen, die auch bei eng begrenzter Krafteinwirkung nicht durch#-brechen oder abplatzen, was bei oberflächenb##ierten Werkstücken aus Nickel oder Nickellegierun'#en leicht eintritt. Das Verfahren läßt sich leicht durchführen und hinsichtlich der gewünschten Ergebnisse beque## steuern, insbesondere läßt sich die Dicke der gehärteten Schicht in weiten Grenzen kontrollieren und es ist ein allniählicher Übergang von der harten Oberflächenschicht zum Grundmaterial gewährleistet, so das sich eine außerordentlich gute Haftung und Festigkeit auch bei punktförmiger sowie schlagartiger Belastung ergeben.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird eine zu wesentlichen Anteilen aus Boriden mindestens eines der Llemente Nickel, Kobalt, Eisen und Chrom 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 für Diffusionsschichten typische hohe Borkonzentration sozusagen "verdünnt" und dadurch ein zäheres, aber dennoch hoch verschleißbeständi ges Material geschaffen. Durch die Wahl des SYerdünnungsverhältnisses" läßt sich in bestimmten Grenzen das Verhältnis von Härte und fähigkeit des durch die Aufschmelzbehandlung erzeugten Gefüges steuern und der jeweiligen Beanspruchungsart des Werkstückes anpassen.
• Die durch die Aufschmelzbehandlung hergestellten boridhaltigen 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 und unterscheiden sich dadurch vorteilhaft von Oberflächen, die durch Auftragschweißen entsprechenderHartlegierungen verschlei tfest gemacht worden sind. 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 vorzugsweise verwendeten boridhaltigen Folien können nach einem der bekannten Diffusionsverfahren hergestellt werden, indem man in eine dünne Folieader ein diinnes Blech aus dem Grundmaterial. vorzugsweise Nickel, bei hohen Temperaturen, die im allgemeinen über 900 0C liegen, Bor eindiffundieren läßt. Als Grundmaterial können neben Nickel auch Kobalt, Eisen und Chrom sowie Legierungen auf Basis dieser Elemente verwendet werden. Da folienförmige Gebilde aus Boriden von Natur aus spröde und brüchig sind, werden gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die zur Aufschmelzbehandlung bestimmten Folien, die eine Dtke zwischen z.B. 0,05 und 0,8 mm, vorzugsweise etwa 0,1 bis 0,4 mm, haben können, von beiden Seiten nur bis zu einer gewissen Tiefe, z.B. einem Drittel, boriert, so daß im Kern der Folie noch eine duktile, tragfähige Zone aus chemisch im wesentlichen unverändertem Grundmaterial verbleibt.
• Man kann auch die Folien oder Bleche vor dem Bcrieren ln die gewünschte Form bringen und dann erst borieren, so daß eine Verformung der borierten Folie oder des borierten Bleches ddn nicht mehr nötig ist.
• Anstelle einer Folie kann auch eine zweckmäßig aufgebrachte Pulverschicht verwendet werden. Als Energiestrahlen stehen insbesondere Elektronenstrahlen und La,erstrahlen zur Verfügung.
• Das aufgebrachte Material soll vorzugsweise zu mehr als 50 Mol% aus Boriden bestehen. Das Verhältnis der Dicke der aufgebrachten Folie oder Schicht zur Dicke der geschmolzenen Zone an der Oberfläche des Werkstückes (Einschmelztiefe) liegt vorzugsweise zwischen 1:4 und 1:25.

Claims (7)

1. Patentansprüche 41. Verfahren zum Härten eines Oberflächenbereiches eines Werkstückes aus einem vorgegebenen metallischen Element oder einer Leierung dieses Elements, bei welchem auf den Oberflächenbereich eine dünne Schicht aus einem Material, das Boride des vorgegebenen Elementes oder eines verwandten Elementes enthält, aufgebracht und mit dem Oberflächenbereich mittels eines Energiestrahles verschmolzen wird, nach Patent (-anmeldung P) 27 25 541, dadurch gek e n n z e i c h n e t, daß das metallische Element Nickel ist und daß auf den Oberflächenbereich des aus Nickel oder einer tlickellegierung bestehenden Werkstückes eine dünne Schicht aus einem Material, das Boride mindestens eines der Elemente Nickel, Kobalt, Eisen und Chrom enthält, aufgebracht und mit dem Oberflächenbereich mittels des Energiestrahles verschmolzen wird.
2. 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. 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. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Dicke der Schicht bzw. Folie zur Einschmelztiefe zwischen 1:4 und 1:25 beträgt.
5. 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 mindestens eines der genannten Elemente besteht.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 2 und gegebenenfalls 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 Nickel, Kobalt, Eisen oder Chrom oder aus Legierungen dieser Elemente Bor durch ein Hochtemperatur-Diffusions- Verfahren derart eingebrdcht wird, daß an beiden Seiten der Folie Diffusionszonen entstehen, deren Tiefe maximal etwa 1/3 der Foliendicke beträgt, während im Inneren der Folie eine Zone chemisch im wesentlichen unveränderten Grundmaterials verbleibt.
7. 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.