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Beschreibung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Unter "äusserem Volumenbereich" wird ein Volumenbereich mit einer
Tiefe verstanden, die der Reichweite des Stickstoffs während des Nitrierens entspricht.
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Die durch die Aufgabe geforde-ten vorteilhaften mechanischen Eigenschaften
werden natürlich auch erreicht, wenn das an den äusseren Volumenbereich angrenzende
Gefüge flockenähnliche Graphitausscheidungen aufweist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das erfindungsgemässe Nitrieren dient einem ganz anderen Zweck als
das im Stand der Technik beschriebene Nitrieren.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ausserdem ist es zur vollständigen Automatisierung des erfindungsgemässen
Verfahrens günstig, wenn das Nitrieren ebenfalls in einer Gasatmosphäre durchgeführt
wird.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das Gefüge 10 in Abb. 1 besteht aus einer im wesentlichen martensitischen
Matrix, in der feine, zum Teil gerichtete Eisenkarbonitrid- und Eisenkarbidreste
enthalten sind.
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An der Oberfläche 12 des Gefüges 10 wird eine Härte von 43 bis 44
HRc gemessen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Tiefe des Volumenbereichs 16 beträgt ungefähr 100 Fm, höchstens
ca. 200 ßm und ist vergleichbar mit derjenigen in der Gusseisensorte A.
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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.
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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.
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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.