DE3035772C2

DE3035772C2 - Verfahren zur Herstellung eines oberflächengehärteten Sintereisenteils

Info

Publication number: DE3035772C2
Application number: DE3035772A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. Bodden; Winfried 6301 Heuchelheim Diegelmann
Original assignee: Schunk and Ebe GmbH
Current assignee: Schunk and Ebe GmbH
Priority date: 1980-09-23
Filing date: 1980-09-23
Publication date: 1982-09-30
Also published as: JPS5785904A; BR8106065A; EP0049373B1; EP0049373A1; DE3166981D1; US4508681A; DE3035772A1; ATE10070T1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines oberflächengehärteten Sintereisenteiles.

Sintereisenteile können durch eine Wärmebehandlung in ihren Eigenschaften wesentlich verbessert werden. Derartige Wärmebehandlungsverfahren zur Erzielung einer größeren Härte sind Aufkohlen oder Carbonitrieren oder Oxidieren.

Die Aufkohlung von Sintereisenteilen in kohlenstoffabgebenden Mitteln erfolgt vorzugsweise in der Gasatmosphäre bei Temperaturen zwischen 820 und 930⁰C. Die Härtung erfolgt dcrch nachfolgendes Abschrecken, vorzugsweise in einem Ölbad. Auch als »Einsatzhärten« wird dieses Aufkohlen oder Carbonitrieren bezeichnet. Das Carbonitrieren, bei dem gleichzeitig neben kohlenstoff- auch stickstoffabgebende Medien verwendet werden, wird bei Temperaturen von 720 bis 950⁰C durchgeführt Auch durch eine Wärmebehandlung in ausschließlich stickstoffabgebenden Medien, dem Nitrieren bei Temperaturen von 480 bis 580⁰C, werden harte verschleißfeste Oberflächen erzeugt. Schließlich ist noch die Behandlung von Sintereisenteilen in überhitztem Wasserdampf zu erwähnen, wodurch ebenfalls eine Steigerung der Härte und Verschleißfestigkeit neben der Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit zu erzielen ist. Bei diesem Verfahren wird eine Eisenoxidschicht, und zwar Magnetit (= Fe₃O₄) gebildet

Der Begriff Wärmebehandlungsverfahren in dieser Schrift entspricht somit der Definition, wie sie aus dem vom Fachverband Pulvermetallurgie herausgegebenen Werkstoffleistungsblatt »Wärmebehandlung von Sintermetallteilen«; SintO6, Ausgabe Nov. 1979, Beuth Verlag GmbH, Berlin 30 und Köln 1, gegeben wurde und umfaßt sämtliche Verfahren, die dort in Abschnitt 3 angegeben wurden.

Im Gegensatz zu Massiveisenteilen, bei denen durch Härten nach einem Aufkohlen, Carbonitrieren oder Nitrieren eine definierte Oberflächenhärtung leicht zu erzielen ist, ist dies bei Sintereisenteilen ohne besondere Maßnahmen nicht möglich. Durch die offenen, von der Oberfläche zugänglichen Poren können gasförmige oder flüssige Behandlungsmedien in das Sintereisenteil eindringen. Freilich ist dieser Vorgang von der Raumerfüllung bzw. Sinterdichte abhängig. So wird angegeben (a. a. 0.), daß bei einer Raumerfüllung von etwa 85%. was einer Sinterdichte von ca. 6,6 g/cm³ entspricht, beim Aufkohlen stets mit einer Durchkohlung zu rechnen ist, d. h. nach dem Abschrecken zu einer Durchhärtung führt.

Häufig ist jedoch erwünscht, ausschließlich eine Oberflächenhärtung zu erhalten. Die Beschränkung der Aufkohlung auf eine Randschicht gelingt bisher erst ab einer Raumerfüllung von mehr als etwa 90%, was einer Sinterdichte von 7,0g/cm^J entspricht. Die Forderung nach einem Sintereisenteil mit einer geringeren Raumerfüllung und gleichzeitiger Oberflächenhärtung konnte bisher nicht erfüllt werden.

Als Vorbehandlungsverfahren vor der Wärmebehandlung sind verschiedene Entfettungsverfahren bekannt.

Zu einem anderen Zweck, nämlich der Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit von Sintermetallteilen, werden diese nach der DE-OS 19 47 963 wenigstens an der Oberfläche mit einem Alkalisilikat imprägniert und das Silikat ausgehärtet

Die Imprägnierung von Sintermetallteilen mit Alkalisilikat ist aus der DE-PS 20 50 576 als Vorbehandlung von Sintermetallkörpern, auf die eine Metallschicht unter Verwendung von Metallsalzbädern aufgebracht werden soli, bekannt

Aufgabe der Erfindung ist es. ein Verfahren anzugeben, das es erlaubt, ein oberflächengehärtetes

Sintereisenteil mit einer definierten Einhärtetiefe zu schaffen, unabhängig von seiner Raumerfüllung bzw. Sinterdichte.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Sintereisenteil vor Durchführung der Wärmebehandlung mit der Lösung eines Alkaüsilikats, wie Natriumsilikat, imprägniert, die an seiner Oberfläche anhaftende Alkalisfckatlösung abgespült und das imprägnierte Sintereisenteil bei erhöhter Temperatur getrocknet wird.

Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß nunmehr auch relativ poröse Sintereisenteile durch eine bekannte Wärmebehandlung zum Zwecke der Härtung mit einer sehr verschleißfesten Oberflächenschicht versehen werden können, ohne daß dadurch die Eigenschaften des Kernes des Sintereisenteils verändert werden.

Ein weiterer entscheidender Vorteil liegt in der Tatsache, daß mit dem Aussperren des Kohlenstoffs, Stickstoffs oder Sauerstoffs aus dem Innern des Körpers die mit der Aufnahme von Fremdaomen verbundene

-to Volumenzunahme des Sintereisenwerkstoffes verhindert wird. Hierdurch ist es möglich, auch bei oberflächengehärteten Sintereisenteilen, die üblicherweise bei Sintereisenteilen geforderten Toleranzen von IT 6 und IT 7 einzuhalten. Durch die bisher mögliche Einsatzhärtung sind dagegen nur Toleranzbereiche von IT 9 möglich.

Nicht zu unterschätzen ist auch die Tatsache, daß die Korrosionsbeständigkeit der Sintereisenteile durch die Auskleidung der Poren mit Alkalisilikat erheblich gesteigert wird.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft erläutert. Die Sintereisenteile werden nach dem Sintern in einem Behälter, an dem eine Pumpe und ein Vorratsgefäß mit Alkalisilikatlösung angeschlossen ist, so lange evakuiert bis ein Vakuum von 5 bis 27 mbar erreicht ist. Bei noch laufender Vakuumpumpe wird der Hahn zur Pumpe geschlossen und der Hahn zum Vorratsgefäß geöffnet, so daß die Alkalisilikatlösung in starkem Strahl einfließen kann. Wenn die Imprägnierflüssigkeit ca. 5 cm über den Sinterteilen steht, wird ihr Zufluß unterbrochen und das Vakuum im Behälter langsam aufgehoben. Hierauf bleiben die Sintereisenteile ca. 30 Minuten unter Atmosphärendruck in der Alkalisilikatlösung stehen. Die Sinterteile werden nun aus der Lösung genommen. Man läßt die Teile abtropfen und spült schließlich mit kaltem Wasser. Das Spülen erfolgt entweder durch wiederholtes Tauchen in Wasser oder die Teile werden sodann an Luft oder mit

ölfreier Preßluft getrocknet und stufenweise im Trockenschrank von 50 bis zu 180° C erwärmt und getrocknet Die Trocknungstemperatur kann ohne Nachteile auch wahlweise weiter erhöht werden, was dann der Fall sein sein wird, wenn die Trocknung im selben Ofen erfolgt, in dem die Härtung durchgeführt wird.

Die besonderen Vorteile bei der Verwendung von AlkalisiükatlösuJig gegenüber anderen Imprägnierlösungen bestehen in den äußerst geringen Kosten des Imprägniermittels selbst, ferner in seiner niedrigen Viskosität, die eine einfache Handhabung zuläßt Außerdem ist die Alkalisilikatlösung nicht brennbar, geruchslos und hat keine toxischen Eigenschaften. In geschlossenen Vorratsbehältern zeigt sie keine Alterungserscheinungen bzw. Aushärtungen.

Durch die Benetzung des Metalls ist eine nur geringe Imprägnierzeit erforderlich. Die Trocknungszeiten sind im Vergleich zu denjenigen anderer Imprägniermittel relativ kurz. Nach erfolgter Aushärtung des Imprägniermitteis können die oben angegebenen Wärmebehandlungsverfahren zur Härtung von Eisenteilen angewendet werden. Da nun die Porenwände durch das Alkalisilikat vor Eindringen von Kohlenstoff, Stickstoff bzw. Sauerstoff weitgehend geschützt sind, tritt eine Aufkohlung, Carbonitrierung, Nitrierung bzw. Oxidation lediglich an der Oberfläche ein. Das Eindringen dieser Elemente in das Sintereisenteil wird somit ähnlich wie bei massiven Eisenteilen nur von der Oberfläche durch die Diffusionsgeschwindigkeit der Fremdatome im Metall gesteuert

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird folgendes Beispiel angegeben.

Es wurde ein Sintereisenteil aus einem Standardeisetipulver ohne weitere Zusätze durch Pressen und Sintern

des Preßkörpers in nicht oxidierender Atmosphäre hergestellt Die Dichte betrug 6,6 g/cm³, die Raumerfüllung 84%. Ein Teil der Sintereisenteile wurde nach vorgehend beschriebenen Verfahren mit Natriumsilikatlösung imprägniert, abgespült und bei 180⁰C getrocknet

ίο Bei dem anderen Teil der Sintereisenteile wurde diese Behandlung nicht durchgeführt Sowohl die imprägnierten als auch die nicht imprägnierten Sintereisenteile wurden derselben Aufkohlungsbehandlung unterworfen. Die Aufkohlungszeit betrug 2 Stunden bei einer Temperatur von 870⁰C; als Aufkohlungsmedium wurde Endogas mit einem Taupunkt — 2° C verwendet

Die Härtung erfolgte durch nachfolgendes Abschrekken in einem ölbad. Anschließend wurden die Teile aufgeschnitten und die Vickershärte HV 0,3 in verschiedenen Abständen von der Oberfläche gemessen. Das Meßergebnis ist in F i g, 1 dargesHlt Die Kurven zeigen die Härte in Abhängigkeit vom Abstand zur Oberfläche.
Aus der Kurve (A), die bei Teilen ohne Natriumsilikatimprägnierung gemessen wurde, ergibt sich, daß bis zu einer Tiefe von 13 mm die Härte praktisch konstant ist Demgegenüber fällt die Kurve (B) für das Teil mit einer Natriumsilikatbehandlung steil ab und erreicht bei etwa O^ mm Tiefe bereits den Wert des Ausgangsmaterials vor dem Härten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung eines oberflächengehärteten Sintereisenteils, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sintereisenteil mit der Lösung eines Alkalisilikats, wie Natriumsilikat, imprägniert, die an seiner Oberfläche anhaftende Alkalisilikatlösung abgespült, das imprägnierte Sintereisenteil getrocknet und schließlich einer zur Härtung von Eisenteilen an sich bekannten geeigneten Wärmebehandlung unterzogen wird.