DE3010227A1

DE3010227A1 - Verfahren zum aufbringen einer folienfoermigen schicht von zusatzwerkstoff auf werkstuecke aus eisenkohlenstofflegierungen

Info

Publication number: DE3010227A1
Application number: DE19803010227
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. Steyr Hulla
Original assignee: Steyr Daimler Puch AG
Current assignee: Steyr Daimler Puch AG
Priority date: 1980-03-17
Filing date: 1980-03-17
Publication date: 1981-09-24
Also published as: DE3010227C2

Description

Verfahren zum Aufbringen einer folienförmigen Schicht
von Zusatzwerkstoff auf Werkstttcke aus Eisenkohlenstofflegierungen Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Aufbringen einer folienförmigen Schicht von Zusatzwerkstoff auf Werkstücke aus Eisenkohlenstofflegierungen unter vorzugsweiser Verwendung von Gußeisenwerkstücken und Schichten aus Chrom-Nickelstahl mittels Energiestrahles, durch den sowohl die auf das Werkstück aufgelegte Schicht als auch die Werkstückoberfläche aufgeschmolzen und fest miteinander verbunden werden.
Ein solches Verfahren ist bereits zum Anheften von Blech auf Gußeisenrippen verwendet worden (Gießerei 63 (1976) Nr. 11, S. 318).
Dabei ergibt sich allerdings keine mit dem Werkstück überall gleichmäßig verbundene und, verschleißfeste Oberfläche. Wenn auch dabei im Vergleich zu weiter bekannt gewordenen Verfahren einer Aufschmelzbehandlung von Gußeisen allein ohne Zusatzwerkstoff (Metalloberfläche 29 (1975) H. 9, S. 426) mit hoher Sprödigkeit und Rißanfälligkeit ein zäheres Gefüge erreicht wird, so reicht doch die Härte und die Widerstandsfähigkeit gegen Oberflächenverschleiß häufig nicht aus.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, das Verfahren der eingangs geschilderten Gattung so zu verbessern, daß an den Stellen besonderer Verschleißgefahr Werkstücke aus Eisenkohlenstoffverbindungen mit einer ausreichend widerstandsfähigen Oberfläche versehen werden, die im Zuge des Verfahrens gut bearbeitbar, im fertigen Zustand eine ausreichende Zähigkeit und damit geringe Rißanfälligkeit besitzt und ihre hohe Härte auch unter langdauernder Wärmeeinwirkung bis 970 K beibehält.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Tiefe des aufgeschmolzenen Werkstück-Oberflächenbereiches etwa der Dicke der der Oberflächenform angepaßten Schicht entspricht, daß die Zonen des durch den Energie strahl aufgeschmolzenen Materials einander lückenlos überdecken und daß das mit der Schicht verbundene Werkstück gegebenenfalls nach Bearbeitung der rohen Oberfläche auf Anlaßtemperatur erwärmt wird.
Dadurch wird erreicht, daß im Bereich der Aufschmelzzone eine Legierung entsteht, die ledeburitischem Chromstahl ähnlich ist und eine mit dem Erwärmen auf Anlaßtemeperatur gesteigerte Härte und Verschleißfestigkeit besitzt. Vor dieser Erwärmung kann bei Bedarf eine entsprechende spanabhebende Bearbeitung durchgeführt werden, um die für die Funktion des Werkstückes notwendige Oberflächengüte zu erzielen. Das Endgefüge besitzt eine ausreichende Zähigkeit, die das Entstehen von Rissen durch Eigenspamun oder mechanische Beanspruchung ausschließt. Durch die auf größere Distanz wirksame Oberflächenbehandlung mittels Elektronenstrahles und durch dessen örtlich eng begrenzten Wirkbereich kann sehr genau auch an schwer erreichbaren Oberflächenbereichen die beschriebene Behandlung durchgeführt werden. Der behandelte Bereich ist exakt eingrenzbar, im übrigen kann das Werkstück und seine Oberfläche die Eigenschaften aufweisen, die iUr den jeweiligen Einsatzzweck gefordert werden. Man findet somit auch mit geringerwertigem und billigem Material dasAuiang Vorteilhaft ist es, wenn ein mit einer Schicht aus Stahl mit einem Gehalt von 17 bis 20 % Chrom, 5 bis 11 % Nickel und gegebenenfalls 5 bis 8 % Mangan verbundenes Werkstück aus Gußeisen auf eine Temperatur von 970 K erwärmt und anschließend für etwa 1 Stunde auf dieser Anlaßtemperatur gehalten wird. Versuche haben ergeben, daß sich dabei ein Gefüge ausbildet, das besonders hohe Härte und Verschleißfestigkeit auch bei langdauernder Hitze ein wirkung ergibt.
Wendet man das erfindungsgemäße Verfahren zur Ventilsitzarmierung bei Zylinderköpfen für Hubkolben-Brennkraftmaschinen an, so wird zweckmäßig auf dem Ventilsitz eine kegelstumpfförmige, mit Nasen od. dgl. zur Lagefixierung am Ventilsitz versehene Schicht mit einer Energiestrahlführung im wesentlichen im Sitzumfangsrichtung, vorzugsweise in Spiralform, aufgeschmolzen. Infolge der Hitzeeinwirkung der heißen Brenngase auf die Ventile und damit auf die Ventilsitzflächen erübrigt sich das gesonderte Erwärmen auf Anlaßtemperatur. Dieses ergibt sich vielmehr in einfacher Weise automatisch beim Motorbetrieb.
An Hand des folgenden Beispieles soll die Durchführung des Verfahrens näher erläutert werden: Auf einen Zylinder mit 30 mm ~ und 30 mm Höhe aus Gußeisen GG-25 (3,5 % C, 0,5 # Mn, 1,5 96 Si, 0,05 % P, 0,02 96 S) wurde eine Folie aus Stahl (19 % Cr, 8,5 % Ni, 7 % Mn) mit 0,5 mm Dicke aufgelegt und dann in die Arbeitskammer einer Elektronenstrahl-Schweißmaschine eingebracht. Nach Evakuierung der Kammer wurde die Aufschmelzbehandlung durchgeführt, wobei der Gußzylinder 0,5 mm aufgeschmolzen wurde. Die gesamte Schmelztiefe betrug daher Imm. Die Beschleunigungsspannung betrug 120 kV, der Strahlstrom 2 mA, die Strahl-Fortschrittsgeschwindigkeit 10 mm/s, und die Kreiswedelung mit 200 Hz und 1 mm ~ bei Strahlführung in geraden Bahnen mit 0,4 mm Abstand von Bahn zu Bahn. Anschließend erfolgte eine Oberflächenbearbeitung durch Fräsen mit anschließendem Erwärmen auf 970 K und Halten auf dieser Temperatur für eine Stunde. Dabei wurde eine Oberflächenhärte von 740 HV1 erzielt, die sich in erwünschter Weise über die ganze 1 mm dicke aufgeschmolzene Zone erstreckte.

Claims

Patentansprüche: 0 Verfahren zum Aufbringen einer folienförmigen Schicht von Zusatzwerkstoff auf Werkstücke aus Eisenkohlenstofflegierungen unter vorzugsweiser Verwendung von Gußeisenwerkstücken und Schichten aus Chrom-Nickelstahl mittels Energiestrahles,- durch den sowohl die auf das Werkstück aufgelegte Schicht, als auch die Werstückoberfläche aufgeschmolzen und fest miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe des aufgeschmolzenen Werkstück-Oberflächenbereiches etwa der Dicke der der Oberflächenform angepaßten Schicht entspricht, daß die Zonen des durch den Energiestrahl aufgeschmolzenen Materials einander lückenlos überdecken und daß das mit der Schicht verbundene Werkstück gegebenfalls nach Bearbeitung der rohen Oberfläche auf Anlaßtemperatur erwärmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer Schicht aus Stahl mit einem Gehalt von 17 bis 20 96 Chrom, 5 bis 11 % Nickel und gegebenenfalls 5 bis 8 % Mangan verbundenes Werkstück aus Gußeisen auf eine Temperatur von ungefähr 970 K erwärmt und anschließend für etwa eine Stunde auf dieser Anlaßtemperatur gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Ventilsitzarmierung bei Zylinderköpfen fur Hubkolben-Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Ventilsitz eine kegelstumpfförmige, mit Nasen od. dgl. zur Lagefixierung am Ventilsitz versehene Schicht mit einer Energiestrahlfüurung im wesentlichen in Sitzumfangsrichtung, vorzugsweise in Spiralform, aufgeschmolzen wird.