DE2921473A1

DE2921473A1 - Verfahren zur herstellung einer harten oberflaechenschicht auf einem werkstueck aus kohlenstoffhaltigem gusseisen

Info

Publication number: DE2921473A1
Application number: DE19792921473
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Emde; Friedhelm Dr Ing Reinke; Karl Adolf Wulf
Original assignee: AEG Elotherm GmbH
Current assignee: SMS Elotherm GmbH
Priority date: 1979-05-26
Filing date: 1979-05-26
Publication date: 1980-12-04
Also published as: DE2921473C2

Description

Verfahren zur Herstellung einer harten Ober-
flächenschicht auf einem Werkstück aus kohlenstoffhaltigem Gußeisen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer harten Oberflächenschicht auf einem Werkstück aus kohlenstoffhaltigem Gußeisen durch Aufschmelzen der Oberfläche mittels einer im Abstand von der Oberfläche angeordneten Wärmequelle und Abkühlung der flüssigen Oberflächenschicht derart, daß die aufgeschmolzenen Werkstück teile in einer karbidischen Weißeisenschicht mit ledeburitischem Gefüge erstarren.
In dem bekannten Verfahren (vgl. z,B, DE-PS 142 600 und DE-OS 23 44 270) werden Werkstücke aus Grauguß, aus Gußeisen mit kugligem Graphit oder aus schwarzem Temperguß bzw. deren legierte Varianten in den zu härtenden Oberflächenbereichen mittels einer geeigneten Wärmequelle, z.B. in Form eines Lichtbogenbrenners,entlang Schmelzbahnen aufgeschmolzen und so in dem erwünschten Umfang gehärtet. Das Verfahren ist gegenüber dem bekannten Vorgang des Abschreckhärtens beim Gießen der Werkstücke wirtschaftlich; denn es erlaubt die voll mechanisierte und qualitätsgesteuerte kostensparende Fertigung auf vollautomatischen Fertigungsmaschinen (vgl. z.B. DEOS 27 o3 469).
Das bekannte Verfahren leidet jedoch bei Einsatz von Lichtbogenbrennern als Wärmequelle zum Aufschmelzen der Werkstückoberflächen unter dem Mangel, daß die erzielbaren Aufschmelzgeschwindigkeiten relativ gering sind. Die im Lichtbogen zur Verfügung stehenden Energiedichten von 2 ca. loo W/mm erlauben Aufschmelzgeschwindigkeiten von wenigen mm2/Sekunde, wodurch - um die in modernen Fertigung betrieben erforderlichen Stückzahlen fertigen zu können -jeweils eine größere Anzahl von Parallelarbeitsplätzen zu installieren sind, die den Investitionsaufwand in die Höhe treiben.
Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art, bei dem als Wärmequelle ein eiektrischer Induktor zur induktiven Erhitzung der Oberflächenschicht zur Anwendung gelangt. Sie befaßt sich mit der Aufgabe, das Verfahren dahin auszubilden, daß das induktive Aufschmelzen der Oberflächen gußeisener Werkstücke im Magnetfeld der Induktoren ohne Verdrängung des flüssigen Gußeisens möglich ist.
Erfindungsgemäß wird dieses durch ein Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art dadurch erreicht, daß die aufzuschmelzende Oberfläche während des Aufschmelzens in eine feste Form aus elektrisch nicht leitendem und wärmebeständigem Material, z.B. Sand oder Keramik, eingebracht ist.
Hüllt man die aufzuschmelzende Oberfläche während des Aufschmelzvorgangs in eine Form aus synthetischem Sand, Sand mit Kunstharzbindern, kunstharzumhüllten Sanden, Sand-Harz-Gemischen, Zementsand, Keramikformstoffen oder anderen geeigneten Formstoffen ein, so läßt sich die Oberfläche der Werkstücke durch Anwendung induktiver Aufschmelzmethoden ohne Veränderung der Oberflächenformen und ohne magnetisches Wegblasen des flüssigen Werkstoffmaterials aufschmelzen und aushärten.
Das Herstellverfahren nach der Erfindung ist dabei sowohl mit einmal verwendbaren als auch mit wiederverwend- baren Formen zur mechanischen Fixierung der Oberflächen der Werkstücke ausführbar.
Das Verfahren ist dabei in der Weise ausführbar, daß die Werkstückoberfläche in Teilen - gegebenenfalls auf Schmelzbahnen - erhitzt und aufgeschmolzen wird, so daß in der ausgekühlten Schmelzbahn eine gehärtete Oberflächenschicht entsteht. Es ist aber auch in der Weise ausführbar, daß die in ihrer Oberfläche mit einer ausgehärteten Schicht zu versehende Werkstückoberfläche durch einen die Oberfläche erwärmenden Induktor in ihrer Gesamtheit erwärmt, aufgeschmolzen und nach dem Aufschmelzen der Erstarrung zugeführt wird.
Die anliegende Zeichnung dient zur Erläuterung zweier Ausführungsbeispiele.
Fig. 1 erläutert das Verfahren nach der Erfindung durch Erwärmen von Teilen der zu härtenden Oberfläche, die zeitlich nacheinander erwärmt und der Erstarrung zugeführt werden.
Die Fig. 2 erläutert die Anwendung des Verfahrens in der Weise, daß die zu härtende Oberfläche in ihrer Gesamtheit erhitzt und aufgeschmolzen wird.
In Fig. 1 ist mit 1 eine aus Grauguß gegossene Nockenwelle bezeichnet, deren Nocken 2 in einer Härtemaschine mittels einer Spannvorrichtung 3 um die Achse 4 drehbar gelagert wird. Der Nocken 2 ist in eine dünne Schicht 5 aus ausgehärtetem Formsand eingehüllt, die die Oberfläche der Nockenwelle 1 allseitig umfaßt. Mit 6 ist eine in geringem Abstand von der Oberfläche der Nocken 2 angeordnete, in Richtung des Doppelpfeils 7 verstellbare Induktorschleife bezeichnet, die mit einem elektrischen Wechselstrom speisbar ist und die in der Oberfläche des Nockens 2 einen elektrischen Wechselstrom induziert. Die Induktorschleife 6 ist dabei mit der Drehung des Nockens 2 um die Achse 4 in Richtung des Doppelpfeils 7 beweglich derart gelagert, daß der Koppelabstand zwischen der Schleife 6 und der Oberfläche des Nockens 2 stets konstant gehalten wird.
Bei sich drehendem Nocken 2 wird die Oberflåche des Nokkens in einer Oberflächenschicht unterhalb der Formsandschicht 5 aufgeschmolzen. Die Aufschmelztiefe ist dabei durch Einstellung der Heizleistung am Induktor 6 und Einstellung der Drehzahl der Welle 1 steuerbar.
Durch Selbstabschreckung erstarrt die aufgeschmolzene Schicht nach dem Vorbeilauf am Induktor 6 mit ledeburitischem Gefüge, wobei die Stabilität der Oberfläche des Nockens 2 infolge der Umhüllung 5 gewahrt bleibt.
Nach dem Umschmelzen der Oberfläche des Nockens 2 wird die Formschicht 5 entfernt und die Nockenwelle gegebenenfalls nachbearbeitet. fin der Fig. 2 ist ein Schnitt durch den Nocken 2 einer gußeisernen Nockenwelle 1 dargestellt, deren Nockenoberfläche mit einer keramischen Ab deckschicht 5 bedeckt ist. Mit 1o ist ein die Nockenoberfläche umfassender Induktor in Form eines hohlen Kupferleiters bezeichnet, der an eine Wechselstromquelle anschließbar ist und dessen Innenraum von einer Kühlflüssigkeit durchströmt ist. Der Abstand zwischen dem Induktor 1o und der Oberfläche der Nocke 2 ist passend gewählt und führt eine innige induktive Kopplung zwischen dem Induktor lo und der oberen Schicht der Nockenwelle herbei. Beim Anschluß des Induktors 1o an ein Wechselstromnetz, z.B. ein 50 kHz-Netz, wird die aufzuschmelzende Oberfläche des Nockens 2 unterhalb der Keramikschicht 5 schnell erwärmt und aufgeschmol zen. Nach dem Abschalten des Hochfrequenzstroms erstarrt die aufgeschmolzene Oberfläche des Nockens mit ledeburitischem Gefüge, d.h. in einer karbidischen Weißeisenschicht, die eine außerordentliche Härte besitzt und den Verschleiß desNockens mindert.
Das Verfahren nach der Erfindung kann in der-Weise ausgeführt werden, daß der fertig gegossene Nocken z.B. durch Tauchen in eine Keramikflüssigkeit mit einer Abdeckschicht versehen wird, um danach umgeschmolzen zu werden.
Es kann jedoch auch in der Weise ausgeführt werden, daß der fertig abgegossene Nocken noch in seiner dem Guß dienenden Form umgeschmolzen wird Im übrigen ist das Verfahren nach der Erfindung auch in der Weise ausführbar, daß die Oberfläche der Werkstücke mittels eines elektrischen Induktors entlang schmalen Schmelzbahnen aufgeschmolzen wird, so daß Jede gewünschte Art der Oberflächenhärtung ausführbar ist.
Das Verfahren nach der Erfindung weist den Vorzug auf, daß hohe Umschmelzgeschwindigkeiten erzielbar sind und der auf einem Arbeitsplatz erzielbare Durchsatz zu einer wirtschaftlichen Fertigung führt.
3 Ansprüche

Claims

An s p r ü c h e 1. Verfahren zur Herstellung einer harten Oberflächenschicht auf einem Werkstück aus kohlenstoffhaltigem Gußeisen durch Aufschmelzen der Oberfläche mittels einer im Abstand von der Oberfläche angeordneten Wärmequelle und Abkühlung der flüssigen OberflächenX schicht derart, daß die aufgeschmolzenen Werkstückteile in einer karbidischen Weißeisenschicht mit ledeburitischem Gefüge erstarren, bei dem als Wärmequelle ein elektrischer Induktor zur induktiven Erhitzung der Oberflächenschicht zur Anwendung gelangt, dadurch ges kennzeichnet5 daß die aufzuschmelzende Oberfläche während 7 des Aufschmelzens in eine feste Form aus elektrisch nicht leitendem und rfarmebeständigem Material, z.B. Sand oder Keramik eingebracht ist.
2 Verfahren zur Herstellung einer harten Oberflächenschicht auf einem Werkstoff aus kohlenstoffhaltigem Gußeisen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die unter der festen Form (5) angeordnete und zu härtende Oberfläche des Werkstücks (2) mit ihren zu härtenden Bereichen relativ gegen einen elektrischen Induktor (6) bewegt und induktiv erhitzt wird und daß die zu härtenden Oberflächenteile in Teilen zeitlich nacheinander gehärtet werden.

3G Verfahren zur Herstellung einer harten Oberflächenschicht auf einem Werkstück aus kohlenstoffhaltigem Gußeisen nach anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu härtenden Oberflächenteile des Werkstücks (1,2) unterhalb eines Induktors (io) angeordnet und gleichzeitig derart erwärmt werden, daß die zu härtenden Oberflächenteile in einem Arbeitsgang hergestellt sind.