DE3224810A1 - Verfahren zur erzeugung harter, verschleissfester randschichten auf einem metallischen werkstoff - Google Patents
Verfahren zur erzeugung harter, verschleissfester randschichten auf einem metallischen werkstoffInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München ' VPA
82 P 15 15 DE
Verfahren zur Erzeugung harter, verschleißfester Randschichten auf einem metallischen Werkstoff.
Zur Verbesserung des Verschleißverhaltens, z· B. von
Werkzeugen, Bauteilen und Funktionsteilen, werden in zunehmendem
Maße Verschleißschutzschichten eingesetzt. Hierfür stehen eine Vielzahl von Schichten zur Verfügung, die industriell aufgebracht werden können und je
nach Herstellungsbedingungen unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.
Harte verschleißfeste Randschichten können mit herkömmlichen
thermischen und thermochemischen Verfahren (z. B. Borieren, Aufkohlen, Nitrieren) erzeugt werden. Unter
thermischen Verfahren versteht man das Erhitzen von Stahl auf Temperaturen im Äustenit-Gebiet und ein anschließendes
rasches Abschrecken. Unter thermochemischen Verfahren werden Verfahren verstanden, bei denen an der
Oberfläche des zu härtenden Teiles Verbindungen aus Bor, Stickstoff oder Kohlenstoff zersetzt werden, wobei dann
die genannten Elemente in die Oberfläche eindiffundieren.
Der Nachteil bei den thermischen Verfahren ist, daß ein härtbarer Werkstoff benötigt wird bzw. daß bei den
thermochemischen Verfahren hohe Temperaturen und lange Prozeßzeiten zu einer negativen Beeinflussung des Grundwerkstoffes
führen können, so daß für das Gesamtsystem keine zufriedenstellenden Gebrauchseigenschaften
erhalten werden. Ein partielles Härten ist mit diesen bekannten Verfahren nicht möglich.
Wed 1 Plr/3.5.1982
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zu konzipieren, das die Erzeugung einer harten, verschleißfesten Oberfläche in kurzer Zeit ermöglicht.
Dabei soll der Grundwerkstoff keine Wärmebeeinflussung
erfahren und deshalb in seinen mechanischen und physikalischen Eigenschaften nicht verändert werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß auf die zu härtende Oberfläche eine-Verbindung aufgebracht und
durch einen Energiestoß zersetzt wird, wobei ein Element frei wird, das in die zu härtende Oberfläche eindiffundiert.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß Werkstücke in eng begrenzten Bereichen
randschichtgehärtet werden können. Das Eindiffundieren
geschieht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in kurzer Zeit, da eine beschleunigte Oberflächendiffusion
abläuft. Die Abkühlung erfolgt durch Wärmeableitung in das Werkstück. Auf diese Weise entsteht eine Randschicht,
die von den bekannten Diffusionsschichten in ihrer Struktur und Ausbildung (Form der Verbindung)
abweicht.
Als diffundierende Elemente finden z. B. Bor oder Stickstoff Verwendung. Es ist zwar bereits bekannt, Bor,
Kohlenstoff und Stickstoff im Zusammenhang mit bekannten thermochemischen Verfahren in die Oberfläche von Werkstücken
eindiffundieren zu lassen. Bei diesen bekannten Verfahren handelt es sich aber um einen längeren Prozeß,
da die Grenzflächenreaktion aufgrund der Energiezufuhr langsamer abläuft. Außerdem bilden sich bei den
bekannten Verfahren Gleichgewichtszustände aus. Das neue Verfahren beruht aber darauf, daß ein Ungleichgewichtszustand
an der Oberfläche erzeugt wird.
Als Energiequelle eignen sich Laser- und Elektronenstrahlen oder eine Kurzzeiterwärmung über elektrischen
Strom. Mit Hilfe dieser Energiequellen ist überhaupt
OZ.Z.4U IU
VPA 82 P 1 5-1 5 DE
erst ein partielles Härten in kurzen Zeiten mit thermochemischen Verfahren möglich.
Die Figur zeigt den Härteverlauf in der Randschicht
einer laserborierten Probe aus Dynamoblech.
In dem Diagramm ist auf der Abszisse der Randabstand in
μιη und auf der Ordinate der Härteverlauf in Vickers-Härte
bei einer Prüflast von 25 ρ (HV 0,025) aufgetragen. Aus der'durch fünf Meßpunkte verlaufenden Kurve
ist deutlich zu erkennen, daß die Härtung im vorliegenden Fall nach einem Randabstand von ca. 20 μιη rasch
abnimmt. Diese Stärke ist in der Praxis aber für die
Verbesserung des Verschleißverhaltens, z. B. von Funktionsteilen und Werkzeugen, durchaus ausreichend. An
der Oberfläche entstehen Gefüge und Phasen hoher Härte.
Nach dem Diagramm liegt in der Randschicht bei dem Ausführungsbeispiel eine Härte von ca. 2.000 HV 0,025
vor. Rontgenographisch wurde hier das Eisenborid Fe2 B
nachgewiesen.
3 Patentansprüche
1 Figur
1 Figur
Claims (3)
- Patentansprüche\λ\ Verfahren zur Erzeugung harter, verschleißfester Randschichten auf einem metallischen Werkstoff, z. B. Eisenwerkstoff, nach einer Kurzzeit-thermochemischen Behandlung, dadurch gekennzeichnet, daß auf die zu härtende Oberfläche eine Verbindung aufgebracht und durch einen Energiestoß zersetzt wird, wobei ein Element frei wird, das in die zu härtende Oberfläche eindiffundiert.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als diffundierende Elemente z. B. Bor oder Stickstoff Verwendung finden.
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß als Energiequelle für einen Energiestoß z. B. Laser- und Elektronenstrahlen dienen oder eine Kurzzeiterwärmung über elektrischen Strom erzielt wird.
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