DE3407010A1 - Koerper aus gehaertetem, metastabilem gusseisen und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

Koerper aus gehaertetem, metastabilem gusseisen und verfahren zur herstellung desselben

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DE3407010A1 DE19843407010 DE3407010A DE3407010A1 DE 3407010 A1 DE3407010 A1 DE 3407010A1 DE 19843407010 DE19843407010 DE 19843407010 DE 3407010 A DE3407010 A DE 3407010A DE 3407010 A1 DE3407010 A1 DE 3407010A1
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Description

  • Beschreibung
  • Körper aus gehärtetem, metastabilem Gusseisen und Verfahren zur Herstellung desselben Die Erfindung betrifft einen Körper aus gehärtetem, metastabilem Gusseisen mit einem zumindest teilweise martensitartigen Gefüge, das Graphitausscheidungen enthält und das in einem sich von einer Oberfläche in den Körper hinein erstreckenden äusseren Volumenbereich nitriert ist; Desweiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Körpers aus metastabil erstarrtem Gusseisen, das ein Härten durch Wärmebehandlung und ein Nitrieren umfasst, wobei beim Härten durch Wärmebehandlung das metastabil erstarrte Gusseisen auf eine Härtetemperatur erhitzt, einige Zeit auf dieser gehalten und anschliessend rasch abgekühlt wird und wobei beim Nitrieren das Gusseisen in Gegenwart eines stickstoffabgebenden Mediums eine bestimmte Zeit auf eine Nit.riertemperatur erwärmt wird.
  • Bei Körpern, deren Oberflächen nicht nur einer hohen Adhäsiv-und Abrasiv-Beanspruchung, sondern auch einer Gleit-Wälz-Beanspruchung unter hoher Normalkraft ausgesetzt sind, treten neben Adhäsiv- und Abrasiv-Verschleiss-Schäden auch Verschleiss-Schäden durch Materialermüdung - bedingt durch die Gleit-Wälz-Beanspruchung - in Form sogenannter Pittings auf. Dabei handelt es sich um ein Ausbrechen oder Ausbröckeln von Werkstoffteilchen aus einer sonst unversehrten Oberfläche.
  • Derartige Verschleiss-Erscheinungen sind beispielsweise an Berührungsflächen von Nockenwellen und ihren Gegenläufern, wie Ventilstösseln, Kipp- oder Schlepphebeln, sowie an den Berührungsflächen von Zahnflanken bei Zahnrädern zu beobachten.
  • Ein für diese Körper verwendetes Gusseisen muss erstens ein Gefüge mit einer grossen Härte besitzen, damit der Adhäsiv- und Abrasiv-Verschleiss möglichst gering ist, und zweitens innerhalb seines Gefüges frei von sogenannten "inneren Kerben" sein, die z.B. durch Materialphasenausscheidungen in dem Gefüge entstehen können und die Dauerfestigkeit des Gefüges gegenüber der Gleit-Wälz-Beanspruchung verringern, so dass die ermüdungsbedingten Pittings auftreten.
  • Bisher wurde für diese Körper gehärtetes, metastabiles Gusseisen mit teilweise martensitartigem Gefüge verwendet, das Graphitausscheidungen, insbesondere in Form flockenähnlicher Sekundärgraphitausscheidungen, enthielt und das in einem sich von der Oberfläche in den Körper hinein erstreckenden äusseren Volumenbereich nitriert ist.
  • Diese Körper, bei denen das Nitrieren nach dem Härten durch Wärmebehandlung und dem sich anschliessenden Fertigbearbeiten vorgenommen wurde, zeigten erstens in dem äusseren Volumenbereich durch die aufgrund des Nitrierens zusätzlich entstandenen Gitterverspannungen eine grössere Dauerfestigkeit gegenüber Wechselbeanspruchungen der Oberfläche und sie besassen zweitens eine Eisennitride enthaltende Oberflächenschicht, die der Oberfläche gute Gleiteigenschaften verlieh.
  • Der Nachteil dieses Gefüges bestand jedoch darin, dass die flockenähnlichen Sekundärgraphitausscheidungen in dem gesamten Gefüge, also auch innerhalb des nitrierten Volumenbereichs, auftraten und als "innere Kerben" wirkten, die die Dauerfestigkeit gegenüber Gleit-Wälz-Beanspruchung verringerten. Es waren zwar Gefüge bekannt, die infolge eines kurzzeitigen Haltens auf Härtetonperatur nur eine geringe Zahl flockenähnlicher Sekundärgraphitausscheidungen zeigten, diese Gefüge besassen jedoch eine geringe Härte, so das aie Steigerung der Dauerfestigkeit gegenüber Gleit- und Wälzbeanspruchung mit einer geringeren Härte des Gefüges und somit einer Abnahme der Adhäsiv- und Abrasiv-Verschleissfestigkeit verbunden war.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Körper der gattungsgemässen Art derart zu verbessern, dass dieser eine grosse Gleit- und Wälzbeständigkeit unter hoher Normalkraft und gleichzeitig eine grosse Adhäsiv- und Abrasiv-Beständigkeit aufweist.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Körper der eingangs beschriebeizen Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der äussere Volumenbereich mit Ausnahme von feindispersen, globularen Graphitausscheidungen im wesentlichen graphitfrei ist, wobei dieser äussereVolumenbereich durch ein Nitrieren vor dem Härten durch Wärmebehandlung des Gusseisens erhältlich ist.
  • Der Vorteil des erfindungsgemässen Körpers besteht darin, dass das Gefüge in dem nitrierten äusseren Volumenbereich keine inneren Kerben mehr besitzt, so dass die Gleit-Wälz-Beständigkeit dem Optimum nahekommt'und dass das Gefüge dieses Körpers gleichzeitig die grösstmögliche Härte aufweist, die ausgehend von dem jeweiligen metastabil erstarrten Gusseisen erreichbar ist.
  • Unter "äusserem Volumenbereich" wird ein Volumenbereich mit einer Tiefe verstanden, die der Reichweite des Stickstoffs während des Nitrierens entspricht.
  • Die durch die Aufgabe geforde-ten vorteilhaften mechanischen Eigenschaften werden natürlich auch erreicht, wenn das an den äusseren Volumenbereich angrenzende Gefüge flockenähnliche Graphitausscheidungen aufweist.
  • Der Vorteil eines Körpers mit einem erfindungsgemässen Gefüge besteht darin, dass er einfacher herzustellen ist, da nur noch in einem Teilvolumen dieses Körpers Eisenkarbonitride durch Nitrieren erzeugt werden müssen, so dass kürzere Nitrierzeiten ausreichend sind, und da beim Härten durch Wärmebehandlung keine Rücksicht auf ein Entstehen flockenähnlicher Graphitausscheidungen in dem an den äusseren Volumenbereich angrenzenden, im Innern dieses Körpers liegenden Gefüge genommen werden muss. Dabei ist die Härte dieses Gefüges innerhalb des gesamten Volumens ausreichend und die inneren Kerben beeinträchtigen die Dauerfestigkeit des Körpers gegenüber Gleit-Wälz-Beanspruchung nicht, da eine derartige Beanspruchung nur in einem Bereich nahe der Oberfläche vorliegt und da die Graphitausscheidungen nur im Innern des Körpers auftreten.
  • Bei den oben beschriebenen Körpern kann der Graphitgehalt in dem äusseren Volumenbereich und in dem daran angrenzenden Gefüge gleich groß sein. Da der in dem Gefüge auftretende Graphit durch Zerfall der für die Härte vorteilhaften Eisenkarbide oder Eisenmischkarbide beim Härten durch Wärmebehandlung entsteht, wird eine weitere Verbesserung der Verschleissbeständigkeit des erfindungsgemässen Körpers dadurch erreicht, dass das an den äusseren Volumenbereich angrenzende Gefüge einen höheren Graphitgehalt als das :.innerhalb des äu,seren Volumenbereichs liegende Gefüge auf weist. Infolge dieser Bedingung ist der Körper an die jeweils vorkommenden Beanspruchungen angepasst. Er besitzt in dem dem Verschleiss ausgesetzten äusseren Volumenbereich eine für diese Beanspruchungen vorteilhafte grosse Härte und in dem daran angrenzenden, im Innern des Körpers liegenden Volumenbereich eine für die dort auftretenden Beanspruchungen ausreichende, geringere Härte.
  • Bei den bisher bekannten Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Körpers aus metastabil erstarrtem Gusseisen wurde der als Ausgangsmaterial meistens verwendete, metastabil erstarrte Hartguss, der je nach Abkühlgeschwindigkeit die Bestandteile Ferrit, Perlit und Eisenkarbid oder Eisenmischkarbide enthielt und dessen Gefüge sich besonders dadurch auszeichnete, dass es keine Graphitausscheidungen aufwies, nach der weitgehenden Fertigbearbeitung der Teile zunächst gehärtet. Dabei wird die perlitische Matrix durch Erwärmen des Gefüges auf Härtetemperatur und Halten auf dieser Temperatur in ein austenitisches Gefüge umgewandeltaus welchem durch Abschrecken die martensitähnliche Matrix entsteht, die die gewünschte Härte besitzt. Anschliessend an die Wärmebehandlung wurde zur Verringerung der Sprödigkeit des Gefüges der Körper im allgemeinen vor der Fertigbearbeitung noch angelassen.
  • Den letzten Schritt des bekannten Härteverfahrens bildete das Nitrieren, wobei zum einen Stickstoff in einen sich von der Oberfläche ins Innere des Körpers erstreckenden äusseren Volumenbereich eindiffundieren kann und durch Bildung von Eisenkarbonitriden zu weiteren Gitterverspannungen führt, die dem Gefüge eine grössere Dauerfestigkeit gegenüber Wechselbeanspruchungen verleihen, und zum anderen auf der Oberfläche des Körpers eine Eisennitridschicht gebildet wird, die gute Gleiteigenschaften besitzt.
  • Die Nachteile des bisher bekannten Verfahrens bestehen darin, dass während des Haltens auf Härtetemperatur die Eisenkarbide oder Eisenmischkarbide zerfallen und zur Ausscheidung von sogenanntem Sekundärgraphit in flockenähnlicher Form in dem Gefüge führen,so dass die vorgenannten "inneren Kerben" entstehen, die die Verschleissbeständigkeit des Gefüges gegenüber Gleit-Wälz-Beanspruchung herabsetzen. Ausserdem verringert sich durch den Zerfall der Eisenkarbide zu Graphit und Eisen der Eisenkarbidgehalt, der für eine möglichst grosse Härte des Gefüges erwünscht ist, so dass gleichzeitig mit der Entstehung von "inneren Kerben" auch die Härte des Gefüges abnimmt.
  • Die einzige, bisher bekannte Möglichkeit zur Verringerung der Graphitausscheidung war eine Verkürzung der Haltezeit auf Härtetemperatur, die sich jedoch auf die beim Härten erwünschte Umwandlung des Gefüges nachteilig auswirkt und folglich zu einem Gefüge mit einer geringeren Härte führt.
  • Aus diesen Gründen liegt der Erfindung weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemässen Art zur Herstellung des erfindungsgemässen Körpers mit einer grossen Gleit-Wälz-Beständigkeit unter hoher Normalkraft und gleichzeitig mit einer grossen Adhäsiv- und Abrasiv-Verschleissbeständigkeit zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zur Unterdrückung von nicht-feindispersen Graphitausscheidungen das Nitrieren durchgeführt wird, ehe durch Wärmebehandlung gehärtet wird.
  • Beim erfindungsgemässen Verfahren diffundiert während des Nitrierens ebenfalls Stickstoff von der Oberfläche des Körpers in das metastabil erstarrte Gusseisen ein und bildet zusammen mit den Eisenkarbiden oder Eisenmischkarbiden Eisenkarbonitride. Der überraschende Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht nun darin, dass die Eisenkarbonitride gegenüber den Eisenkarbiden oder Eisenmischkarbiden thermisch stabiler sind und nicht bei den üblicherweise verwendeten Härtetemperaturen zerfallen. Dadurch wird bei dem auf das Nitrieren folgenden Erhitzen des metastabil erstarrten Gusseisens auf Härtetemperatur und während der Haltezeit auf Härtetemperatur in dem der Diffusionstiefe des Stickstoffs entsprechenden äusseren Volumenbereich die Ausscheidung von flockenähnlichem Sekundärgraphit unterbunden, und es treten höchstens feindisperse globulare Graphitausscheidungen auf, die für die Verschleissbeständigkeit von untergeordneter Bedeutung sind, da sie nicht als innere Kerben wirken. Selbst wenn der Graphitgehalt in dem äusseren Volumenbereich genau so gross ist wie in dem daran angrenzenden Gefüge, wird durch das Unterbinden der flockenähnlichen Sekundärgraphitausscheidungen, d.h. das Verhindern sogenannter "innerer Kerben", eine grössere Gleit-Wälz-Festigkeit und Verschleissbeständigkeit gegenüber Materialermüdungserscheinungen, wie Pittings, erreicht.
  • Bei den erfindungsgemässen Verfahren kann die Graphitausscheidung in dem äusseren Volumenbereich durch Verkürzen der Haltezeit auf Härte temperatur auch noch stärker unterdrückt werden, so dass der Graphitgehalt in diesem äusseren Volumenbereich kleiner ist als derjenige in dem daran angrenzenden Gefüge. In diesem Fall wird der für die Härte vorteilhafte Karbidgehalt in dem äusseren Volumenbereich so gross wie möglich gehalten, wodurch zusätzlich noch die Adhäsiv- und Abrasiv-Verschleissbeständigkeit der Oberfläche des Körpers verbessert wird.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist, dass die Haltezeit auf Härtetemperatur so gewählt werden kann, dass ein optimales Härtegefüge entsteht und diese nicht mehr zur Vermeidung zahlreicher Graphitausscheidungen möglichst kurz gehalten werden muss.
  • Das erfindungsgemässe Nitrieren dient einem ganz anderen Zweck als das im Stand der Technik beschriebene Nitrieren.
  • Bei ersterem wird die Graphitausscheidung beim Härten durch Wärmebehandlung unterbunden, bei letzterem wird nach dem Fertigbearbeiten die Oberfläche des Körpers verbessert, wobei durch Eindiffundieren des Stickstoffs die Dauerfestigkeit gegenüber Wechselbeanspruchungen erhöht wird und durch die Bildung einer Eisennitridschicht auf der Oberfläche des Körpers dieser gute Gleiteigenschaften verliehen werden.
  • Wenn ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren behandelter Körper zusätzlich noch die Vorzüge des im Stand der Technik beschriebenen Nitrierverfahrens, vor allem die Nitridschicht auf der Oberfläche, aufweisen soll, muss dieser Körper nach dem Härten und anschliessenden Fertigbearbeiten entsprechend dem bisher bekannten Verfahren ein zweites Mal nitriert werden.
  • Damit die Eisenkarbide und Eisenmischkarbide nicht schon beim Nitrieren zerfallen und Graphitausscheidungen bilden, ist es vor allem bei langen Nitrierzeiten, bei denen eine grosse Diffusionstiefe des Stickstoffs erreicht werden soll, vorteilhaft, wenn das Nitrieren bei einer Temperatur durchgeführt wird, die unter der Zerfallstemperatur von in dem jeweiligen Gusseisen enthaltenen Eisenkarbiden oder Eisenmischkarbiden liegt.
  • Die einzelnen Schritte des erfindungsgemässen Verfahrens, wie z.B. das Erhitzen auf Härtetemperatur oder das Erwärmen auf Nitriertemperatur, können sowohl in Bädern, wie auch in gasförmigen Medien durchgeführt werden. Es ist jedoch für die Automatisierung des erfindungsgemässen Verfahrens von Vorteil, wenn zumindest einzelne Schritte des Verfahrens in einer Gasatmosphäre durchgeführt werden.
  • Bei den bisher bekannten Verfahren waren sehr kurze Haltezeiten auf Härtetemperatur erforderlich, so dass derartige Wärmebehandlungen nur manuell und diskontinuierlich in entsprechenden Salzbädern möglich waren. Ein Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht nun darin, dass die Halte zeit auf Härte temperatur nicht mehr notwendigerweise extrem kurz gehalten werden muss, um Graphitausscheidungen so gering wie möglich zu halten, sondern dass auch längere Haltezeiten auf Härtetemperatur möglich sind, ohne dass in dem für die Verschleissbeständigkeit wichtigen, nitrierten Volumenbereich nachteilige Graphitausscheidungen auftreten. Die ausserhalb dieses Volunienbereichs im Innern des Körpers entstehenden Graphitausscheidungen können dabei in Kauf genommen werden, da sie für die Verschleissbeständigkeit des Körpers von untergeordneter Bedeutung sind. Durch die längeren Haltezeiten ist es auch möglich, dass das Härten durch Wärmebehandlung in der Gasatmosphäre durchgeführt wird, so dass das erfindungsgemässe Verfahren in automatischen Durchstossanlagen mit Gasatmosphäre angewandt werden kann und somit eine kostengünstigere Fertigung ermöglicht.
  • Ausserdem ist es zur vollständigen Automatisierung des erfindungsgemässen Verfahrens günstig, wenn das Nitrieren ebenfalls in einer Gasatmosphäre durchgeführt wird.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung und des erfindungsgemässen Verfahrens ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen. Die Abbildungen zeigen: Abb. 1 eine fotografische Abbildung eines metallographischen Schliffbildes im Bereich einer Oberfläche eines bisher bekannten Körpers aus einer Gusseisensorte A in 500-facher Vergrösserung; Abb. 2 eine fotografische Abbildung ähnlich Abb. 1 eines erfindungsgemässen Körpers aus der Gusseisensorte A; Abb. 3 eine fotografische Abbildung ähnlich Abb.1 des Körpers aus einer Gusseisensorte B und Abb. 4 eine fotografische Abbildung ähnlich Abb.2 des Körpers aus der Gusseisensorte B.
  • In der folgenden Detailbeschreibung wurden als Beispiele für ein metastabil erstarrtes Gusseisen zwei besonders geeignete Gusseisensorten, im folgenden als Gusseisensorte A und Gusseisensorte B bezeichnet, verwendet, die folgende Bestandteile enthielten: Gusseisensorte Gusseisensorte A B C Gew.-% 3,56 3,26 Si " 1,92 1,93 Mn " 0,74 0,53 Cr " 0,25 1,35 Ni " - 0,56 Mo " - 0,61 Cu " 0,70 0,60 Um, ausgehend von derselben Gusseisensorte, ein Gefüge eines bisher bekannten Körpers aus einer gehärteten, metastabil erstarrten Gusseisensorte mit dem Gefüge eines erfindungsgemässen Körpers aus derselben Gusseisensorte vergleichen zu können, wurden die Gusseisensorte A und die Gusseisensorte B jeweils einmal einem konventionellen Härteverfahren und einmal einem erfindungsgemässen Härteverfahren unterzogen, die folgende Verfahrensschritte umfassten: 1. Konventionelles Härteverfahren - Erhitzen der metastabil erstarrten Gusseisensorte auf eine Härtetemperatur von 9000 C und eine Stunde lang Halten auf der Härtetemperatur; - Abschrecken in einem blbad mit einer Temperatur von 80°C - Anlassen durch zweistündiges Erwärmen auf 1200 C - Zehn Stunden lang nitrieren durch Erwärmen auf eine Temperatur von 5400 C in einem stickstoffabgebenden Medium; 2. Erfindungsgemässes Härteverfahren - Zehn Stunden lang nitrieren durch Erwärmen auf die Nitriertemperatur von 540°C in dem stickstoffabgebenden Medium; Erhitzen auf die Härtetemperatur von 900°C und einstündiges Halten auf der Härtetemperatur; - Abschrecken in dem ölbad mit einer Temperatur von 0 80° C Anlassen durch zweistündiges Erwärmen auf 120°C Bei der Ausführung der einzelnen Verfahrensschritte sind unterschiedliche Möglichkeiten denkbar. Das Nitrieren kann zum Beispiel in Bädern mit einem geeigneten stickstoffabgebenden Salz oder in einer Gasatmosphäre erfolgen.
  • Bei der hier beschriebenen Ausführung des erxindungsgemässen Verfahrens wurde in einer Ammoniakgasatmosphäre nitriert. Das Erhitzen auf Härtetemperatur kann sowohl in Gasatmosphäre als auch in Salz- oder Metallbädern stattfinden. Zur Automatisierung des Verfahrens wird jedoch die Ausführung in Gasatmosphäre bevorzugt. Auch das Abschrecken in dem ölbad kann durch Abschrecken in Luft oder Gasatmosphäre ersetzt werden. Letztlich kann das Anlassen in einer Gasatmosphäre oder in einem Bad erfolgen.
  • Die Temperaturen und Haltezeiten bei den einzelnen Verfahrensschritten wurden beim konventionellen und beim erfindungsgemässen Verfahren bewusst gleich gewählt, damit ein Vergleich des bisher bekannten Gefüges eines Körpers, gehärtet mit einem konventionellen Härteverfahren, und des Gefüges eines erfindungsgemässen Körpers durchgeführt werden kann.
  • Abb. 1 zeigt ein metallographisches Schliffbild des Gefüges 10 nahe einer Oberfläche 12 des Körpers, gehärtet nach dem konventionellen Verfahren. Dabei besitzt das gesamte Gefüge 10 grosse,flockenähnliche Sekundärgraphitausscheidungen 14, die dadurch entstanden sind, dass das metastabil erstarrte Gusseisen, das insbesondere in Form von Schalenhartguss die Bestandteile Ferrit, Perlit und Eisenkarbid oder nur Perlit und Eisenkarbid aufweist und frei von Graphitausscheidungen ist, in dem ersten Verfahrensschritt sofort auf die Härte temperatur von 9000 C erwärmt wurde. Diese Härtetemperatur liegt über der Zerfallstemperatur der Eisenkarbide, die sich ungefähr in einem Bereich zwischen 650 bis 6800 C befindet, so dass die Eisenkarbide während des einstündigen Haltens auf Härtetemperatur zerfallen und in dem gesamten Gefüge 10 bis zur Oberfläche 12 die Sekundärgraphitausscheidungen 14 bilden.
  • Beim abschliessenden Nitrieren werden durch von der Oberfläche 12 eindiffundierenden Stickstoff mit den noch im Gefüge 10 verbliebenen Eisenkarbiden innerhalb einer Diffussionszone Eisenkarbonitride gebildet, die in einem von der Oberfläche 12 sich in eine Tiefe von ungefähr 80 bis 100 pm ins Innere des Körpers erstreckenden Volumenbereich 16 (Ausmasse ungefähr durch die Klammer angegeben) entstehen. Sie haben jedoch keinen Einfluss auf die Zahl und Grösse der Sekundärgraphitausscheidungen 14, wie in Abb. 1 deutlich zu sehen ist.
  • Das Gefüge 10 in Abb. 1 besteht aus einer im wesentlichen martensitischen Matrix, in der feine, zum Teil gerichtete Eisenkarbonitrid- und Eisenkarbidreste enthalten sind.
  • An der Oberfläche 12 des Gefüges 10 wird eine Härte von 43 bis 44 HRc gemessen.
  • Abb. 2 zeigt das Gefüge 10 eines erfindungsgemässen Körpers aus der gehärteten Gusseisensorte A. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Sekundärgraphitausscheidungen 14 nicht mehr gleichmässig in dem gesamten Gefüge 10 bis zur Oberfläche 12 des Körpers verteilt sind, sondern dass diese nur noch ausserhalb des Volumenbereichs 16 auftreten. Innerhalb des Volumenbereichs 16 sind nur noch feine globulare Graphitausscheidungen 18 zu beobachten.
  • Durch das nach dem erfindungsgemässen Verfahren vor der Wärmebehandlung durchgeführte Nitrieren ist Stickstoff von der Oberfläche 12 in den Volumenbereich 16 eindiffundiert und hat mit den darin vorhandenen Eisenkarbiden oder Eisenmischkarbiden Eisenkarbonitride gebildet. Aufgrund der grösseren thermischen Stabilität dieser Eisenkarbonitride haben sich beim anschliessenden Erhitzen auf Härtetemperatur und dem Halten auf Härtetemperatur keine flockenähnlichen Sekundärgraphitausscheidungen 14 innerhalb des Volumenbereichs 16 gebildet, sondern es sind nur aufgrund der langen Haltezeit auf Härtetemperatur vereinzelte feindisperse globulare Graphitausscheidungen 18 aufgetreten. Die Haltezeit wurde in diesem Beispiel bewusst so gross gewählt, um den Effekt der Unterdrückung der flockenähnlichen Sekundärgraphitausscheidungen 14 durch vorher gebildete Eisenkarbonitride deutlich zu machen.
  • Die feindispersen, globularen Graphitausscheidungen 18 beeinträchtigen die Dauerfestigkeit des Gefüges gegenüber Gleit-Wälzbeanspruchung nur unwesentlich. Sie können jedoch auch leicht durch ein Verkürzen der Haltezeit auf Härtetemperatur im wesentlichen unterdrückt werden, so dass ein graphitfreier Volumenbereich 16 erhältlich ist.
  • Die Diffusionszone des Stickstoffs und somit die Tiefe des Volumenbereichs 16 beträgt ungefähr 80 bis 100 pm. Das darin enthaltene Gefüge 10 besitzt feine, gerichtete Eisenkarbonitride in martensitartiger Matrix, wobei jedoch durch das Entstehen der feindispersen, globularen Graphitausscheidungen 18 der Eisenkarbonitridanteil im Vergleich zum Eisenkarbidanteil des als Ausgangsmaterial verwendeten, metastabil erstarrten Gusseisens der Sorte A geringer ist. Die Härte an der Oberfläche 12 beträgt ungefähr 61 bis 62 HRc.
  • Die Abbildungen 3 und 4 zeigen Schliffbilder ähnlich der Abbildungen 1 bzw. 2 des gehärteten metastabilen Gusseisens der Sorte B, wobei die gleichen Bezugszeichen wie oben verwendet wurden.
  • Das Gefüge 10 des nach dem konventionellen Verfahren gehärteten metastabilen Gusseisens der Sorte B zeigt ähnlich wie Fig. 1 gleichmässig verteilte, bis zur Oberfläche 12 reichende flockenähnliche Sekundärgraphitausscheidungen 14, die durch die nach dem Härten gebildeten Eisenkarbonitride im Volumenbereich 16 nicht beeinflusst werden. Ein Vergleich der Sekundärgraphitausscheidungen 14 mit denen der Abb. 1 lässt jedoch erkennen, dass die Gusseisensorte B eine geringere Neigung zur Bildung von Sekundärgraphitausscheidungen 14 besitzt.
  • Die Tiefe des Volumenbereichs 16 beträgt ungefähr 100 Fm, höchstens ca. 200 ßm und ist vergleichbar mit derjenigen in der Gusseisensorte A.
  • Das Gefüge 10 enthält gerichteten Ledeburit, wobei der Eisenkarbonitrid- und Eisenkarbidanteil des Ledeburits im Vergleich zu dem Eisenkarbidanteil des als Ausgangsmaterial verwendeten metastabilen Gusseisens der Sorte A hoher ist. Die Härte an der Oberfläche 12 beträgt ungefähr 56 bis 57 HRc.
  • Abb. 4 zeigt, dass die Bildung von Eisenkarbonitriden vor dem Erhitzen auf Härte temperatur in der Gusseisensorte B ebenfalls zu einer Unterdrückung der Sekundärgraphitausscheidungen 14 in dem nitrierten Volumenbereich 16 führt. Bei der Gusseisensorte B treten in dem Volumenbereich 16 ebenfalls nur feindisperse globulare Graphitausscheidungen 18 auf. Ein Vergleich mit Abb. 2 zeigt, dass bei der Gusseisensorte B die Neigung zur Bildung von Sekundärgraphitausscheidungen 14 geringer ist.
  • Das Gefüge 10 umfasst gerichteten Ledeburit, Martensit und innerhalb des ungefähr 80 bis 100 )un breiten Volumenbereichs 16 eine Eisenkarbonitriddichte, die nahezu der Eisenkarbiddichte des ursprünglich verwendeten metastabilen Gusseisens der Sorte B entspricht. Die Härte an der Oberfläche 12 beträgt ungefähr 65 bis 66 HRc.

Claims (9)

  1. Patentansprüche 1. Körper aus gehärtetem, metastabilem Gusseisen mit einem zumindest teilweise martensitartigen Gefüge, das Graphitausscheidungen enthält und das in einem sich von einer Oberfläche in den Körper hinein erstreckenden äusseren Volumenbereich nitriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere Volumenbereich (16) mit Ausnahme von feindispersen Graphitausscheidungen (18) im wesentlichen graphitfrei ist, wobei dieser äussere Volumenbereich (16) durch ein Nitrieren vor einem Härten durch Wärmebehandlung des Gusseiesens erhåtlich ist.
  2. 2. Körper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das an den äusseren Volumenbereich (16) angrenzende Gefüge (10) einen höheren Graphitgehalt als das innerhalb dieses äusseren Volumenbereichs (16) liegende Gefüge aufweist.
  3. 3. Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Körpers aus metastabil erstarrtem Gusseisen nach Anspruch 1 oder 2, das ein Härten durch Wärmebehandlung und ein Nitrieren umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterdrückung von nicht-feindispersen Graphitausscheidungen das Nitrieren vor dem Härten durch Wärmebehandlung durchgeführt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Nitrieren bei einer Temperatur durchgeführt wird, die unter einer Zerfallstemperatur von in dem jeweiligen Gusseisen enthaltenen Eisenkarbiden oder Eisenmischkarbiden liegt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einzelne Schritte des Verfahrens in einercasatmosphäre durchgeführt werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Härten durch Wärmebehandlung in der Gasatmosphäre durchgeführt wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Nitrieren in einer Gasatmosphäre durchgeführt wird.
  8. 8. Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Körpers aus metastabil erstarrtem Gusseisen nach einem der Ansprüche 3bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gusseisen beim Härten durch Wärmebehandlung auf eine Härtetemperatur im Bereich von ungefähr 750 - 10000 C, vorzugsweise von 8600 - 980" C, erhitzt wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gusseisen zum Nitrieren auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 480 - 7000 C, vorzugsweise von 500 - 5800 C, erwärmt wird.
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