DE3407010C2 - Körper aus gehärtetem, metastabilem Gusseisen und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Körper aus gehärtetem, metastabilem Gusseisen und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number
DE3407010C2
DE3407010C2 DE19843407010 DE3407010A DE3407010C2 DE 3407010 C2 DE3407010 C2 DE 3407010C2 DE 19843407010 DE19843407010 DE 19843407010 DE 3407010 A DE3407010 A DE 3407010A DE 3407010 C2 DE3407010 C2 DE 3407010C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cast iron
hardening
nitriding
iron
graphite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE19843407010
Other languages
English (en)
Other versions
DE3407010A1 (de
Inventor
Peter Dr.-Ing. 7056 Weinstadt Peppler
Hans Ing.(grad.) 7000 Stuttgart Weißkopf
Kurt Wizemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
J Wizemann U Co 7000 Stuttgart De GmbH
Original Assignee
J Wizemann U Co 7000 Stuttgart De GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by J Wizemann U Co 7000 Stuttgart De GmbH filed Critical J Wizemann U Co 7000 Stuttgart De GmbH
Priority to DE19843407010 priority Critical patent/DE3407010C2/de
Publication of DE3407010A1 publication Critical patent/DE3407010A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3407010C2 publication Critical patent/DE3407010C2/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D5/00—Heat treatments of cast-iron
    • C21D5/04—Heat treatments of cast-iron of white cast-iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/78—Combined heat-treatments not provided for above
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/24—Nitriding
    • C23C8/26—Nitriding of ferrous surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/80—After-treatment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

Um 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 hineinerstreckenden, äußeren Volumenbereich nitriert ist, derart zu verbessern, daß dieser eine hohe Gleit-Wälz-Beständigkeit gleichzeitig mit einer hohen Adhäsiv- und Abrasiv-Verschleiß-Beständigkeit aufweist, wird vorgeschlagen, daß der äußere Volumenbereich mit Ausnahme von feindispersen globularen Graphitausscheidungen im wesentlichen graphitfrei ist. Außerdem wird ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Körpers vorgeschlagen, durch welches der äußere Volumenbereich durch ein Nitrieren vor einem Härten durch Wärmebehandlung des Gußeisens erhältlich ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Körper aus gehärtetem, metastabilem Gußeisen mit einem zumindest teilweise
iiiwtiviieituiiigvii >^f«.iugw, UOS vj ι α μι 11 iauaav.1 iciu ui igci ι 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 umlaßt, wobei beim Härten durch Wärmebehandlung das metastabil erstarrte Gußeisen auf eine Härtetemperatur erhitzt einige Zeit auf dieser gehalten und anschließend rasch abgekühlt wird und v/obei beim Nitrieren das Gußeisen in Gegenwart eines stickstoffabgebenden Mediums eine bestimmte Zeit auf eine Nitriertemperatur 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- und Schlepphebeln, sowie an den Berührungsflächen von Zahnflanken bei Zahnrädern zu beobachten.
Ein für diese Körper verwendetes Gußeisen muß erstens ein G?füge 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-Walz-Beanspruchurig 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 Gitlerverspannungen 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, als 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 Härtetemperatur nur eine geringe Zahl flockenähnlicher Sekundärgraphitausscheidungen zeigten, diese Gefüge besaßen jedoch eine geringe Härte, so daß die Steigerung der Dauerfestigkeit gegenüber Gleit- und Wälzbeanspruchung mit einer geringeren Härte des Gefüges und somit einer Abnahme der Adhäsiv- und Äbfäsiv-VcrS0nicißic5iigk.cii 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 beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst,
tit
IS
daß der äußere Volumenbereich mit Ausnahme von feindispersen, globularen Graphitausscheidungen im ■vesentlichen graphitfrei ist wobei dieser äußere Volumenbereich durch ein Nitrieren vor dem Härten durch Wärmebehandlung des Gußeisens erhältlich ist
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Körpers besteht darin, daß das Gefüge in dem nitriertet, 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 geforderten 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 Entsehen 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 äußeren Volumenbereichs liegende Gefüge aufweist. 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 (vgl. DE-Z: Konstruieren+ Gießen, Heft 3/79, S. 12ff.) wurde der als Ausgangsmaterial meistens ver-
erstarrte H2rt"uS der 'e
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 umgewandelt aus 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 sogenannten 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 gro3e 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 Diffusicristiefe des S*'/^c*r*
menbereich 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 angren-
zenden Gefüge, wird durch das Unterbinden der flokkenähnlichen Sekundärgraphitausscheidungen, d. h. das Verhindern sogenannter »innerer Kerben«, eine größere Gleit-Wälz-Festigkeit und Verschleißbeständigkeit gegenüber Materialermüdungserscheinungen, wie Pit- s tings, erreicht.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Graphitausscheidung in dem äußeren Volumenbereich durch Verkürzen der Haltezeit auf Härtetemperatur 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- is und Abrasiv-Verschieißbeständigkeit 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 Haltezeit auf Härtetemperatur 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 Volumenbereichs 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 Haltczeiten 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. Es zeigt
Abb. 1 eine fotografische Abbildung eines metalllographischen Schliffbildes im Bereich einer Oberfläche eines bisher bekannten Körpers aus einer Gußeisensorte A in 500facher Vergrößerung;
Abb. 2 eine fotografische Abbildung ähnlich Abb. 1 eines erfindungsgemäßen Körpers aus der Gußeisensorte A;
Abb. 3 eine fotografische Abbildung ähnlich A b b. 1 des Körpers aus einer Gußeisensorte B und
Abb. 4 eine fotografische Abbildung ähnlich A b b. 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:
Gew.-% Gußeisensorte GuBcisensortc
Gew.-% A B
C Gew.-°/o 3,56 3,26
Si Gew.-% 1,92 1,93
Mn Gew.-% 0,74 0,53
Cr Gew.-% 0,25 1,35
Ni 0,70 — 0,56
Mo _ 0,61
Cu 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 umfassen:
Konventionelles Härteverfahren:
— Erhitzen der metastabil erstarrten Gußeisensorte auf eine Härtetemperatur von 900"C und eine Stunde lang Halten auf der Härtetemperatur;
— Abschrecken in einem ölbad mit einer Temperatur von 8O0C;
— Anlassen durch zweistündiges Erwärmen auf 120° C;
— Zehn Stunden lang nitrieren durch Erwärmen
auf eine Temperatur von 5400C in einem stickstof fabgebenden 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 8O0C;
— 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 erfindungsgemäßen 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.
A b b. 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 Eisen karbid aufweist und frei von Graphitausscheidungen ist, in dem ersten Verfahrensschritt sofort auf die Härtetemperatur von 900°C erwärmt wurde. Diese Härtetemperatur liegt über der Zerfallstemperatur der Eisenkarbide, die sich ungefähr in einem Bereich zwischen 650 bis 6800C 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 anschließenden Nitrieren werden durch von der Oberfläche 12 eindiffundierenden Stickstoff mit den noch im Gefüge 10 verbliebenen Eisenkarbiden innerhalb einer Diffusionszone Eisenkarbonitride gebildet, die in einem von der Oberfläche 12 sich in eine Tiefe von ungefähr 80 bis 100 μπι ins Innere des Körpers erstrekkenden 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 Sekundärgraphitausscheidüngen 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 Graphitausscheidüngen 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 bewüßt so groß gewählt, um den Effekt der Unterdrükkung 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 μίτι. 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 Abb. 3 und 4 zeigen Schliffbiider ähnlich der A b b. 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 F i g. 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 μπι, höchstens ca. 200 μπι 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 höher ist. Die Härte an der Oberfläche 12 beträgt ungefähr 56 bis 57 HRc.
9 10
A b b. 4 zeigt, daß die Bildung von Eisenkarbonitriden vor dem Erhitzen auf Härtetemperatur 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 A b b. 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 μηι 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.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
20
25
30
35
40
45
50
55

Claims (9)

34 07 OiO 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 mit Ausnahme von feindispersen Graphitausscheidungen im wesentlichen graphitfrei ist, wobei dieser äußere Volumenbereich durch ein Nitrieren vor einem Härten durch Wärmebehandlung des Gußeisens erhältlich ist
2. Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das an den äußeren Volumenbereich angrenzende Gefüge einen höheren Graphitgehalt als das innerhalb dieses äußeren Volumenbereichs liegende Gefüge aufweist
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. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Nitrieren bei einer Temperatur, die unter einer Zerfallstemperatur von in dem jeweiligen Gußeisen enthaltenen Eisenkarbiden oder Eisenmischkarbiden liegt, durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einzelne Schritte des Verfahrens in einer Gasatmosphäre durchgeführt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Härten durch Wärmebehandlung in der Gasatmosphäre durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder -8, dadurch gekennzeichnet, daß das Nitrieren in einer Gasatmosphäre durchgeführt wird.
8. Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Körpers aus metastabil erstarrtem Gußeisen nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußeisen beim Härten durch Wärmebehandlung auf eine Härtetemperatur im Bereich von 750°-1000°C, vorzugsweise von 860°—9800C, erhitzt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußeisen zum Nitrieren auf eine Temperatur im Bereich von 480°-7000C, vorzugsweise von 500°— 5800C, erwärmt wird.
DE19843407010 1984-02-27 1984-02-27 Körper aus gehärtetem, metastabilem Gusseisen und Verfahren zur Herstellung desselben Expired DE3407010C2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19843407010 DE3407010C2 (de) 1984-02-27 1984-02-27 Körper aus gehärtetem, metastabilem Gusseisen und Verfahren zur Herstellung desselben

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19843407010 DE3407010C2 (de) 1984-02-27 1984-02-27 Körper aus gehärtetem, metastabilem Gusseisen und Verfahren zur Herstellung desselben

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3407010A1 DE3407010A1 (de) 1985-09-05
DE3407010C2 true DE3407010C2 (de) 1986-10-16

Family

ID=6228914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19843407010 Expired DE3407010C2 (de) 1984-02-27 1984-02-27 Körper aus gehärtetem, metastabilem Gusseisen und Verfahren zur Herstellung desselben

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE3407010C2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19852450A1 (de) * 1998-11-13 2000-05-25 Federal Mogul Burscheid Gmbh Verfahren zur Oberflächenhärtung von Formkörpern aus Gußwerkstoff sowie dadurch hergestellte Formkörper und deren Verwendung

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1216347B (it) * 1986-11-20 1990-02-22 Necchi Spa Procedimento per ottenere getti in ghisa sferoidale bainitica
US6024804A (en) * 1997-05-02 2000-02-15 Ohio Cast Products, Inc. Method of preparing high nodule malleable iron and its named product

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE703727C (de) * 1933-09-16 1941-03-14 Fried Krupp Akt Ges Verfahren zum Herstellen von gusseisernen Gegenstaenden mit gehaerteter Oberflaeche
DE1267055B (de) * 1965-07-06 1968-04-25 Berghaus Elektrophysik Anst ? mit extrem verschleissfester Oberflaeche
DD146713A1 (de) * 1979-10-22 1981-02-25 Roland Mann Verfahren zur erhoehung der verschleissfestigkeit an bauteilen aus gusseisen

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19852450A1 (de) * 1998-11-13 2000-05-25 Federal Mogul Burscheid Gmbh Verfahren zur Oberflächenhärtung von Formkörpern aus Gußwerkstoff sowie dadurch hergestellte Formkörper und deren Verwendung
DE19852450C2 (de) * 1998-11-13 2000-08-24 Federal Mogul Burscheid Gmbh Verfahren zur Oberflächenhärtung von Formkörpern aus Gußwerkstoff sowie dadurch hergestellte Formkörper und deren Verwendung

Also Published As

Publication number Publication date
DE3407010A1 (de) 1985-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3486037T2 (de) Korrosionsgeschuetzte werkstuecke aus stahl und verfahren zu ihrer herstellung.
DE19758822B4 (de) Wälzlager
EP2045339B1 (de) Für eine Wälzbeanspruchung ausgebildetes Werkstück aus durchhärtendem Stahl und Verfahren zur Wärmebehandlung
DE60017010T2 (de) Schraube mit hoher Festigkeit
DE2417179B2 (de) Verfahren zum karburieren hochlegierter staehle
DE3923999A1 (de) Verfahren zum aufkohlen und vergueten von stahlteilen
DE2010998A1 (de) Verfahren zur Wärmebehandlung von Ferromaterial
DE1521660B2 (de)
EP2872787A1 (de) Wälzlagerelement, insbesondere wälzlagerring
DE2830850B2 (de) Verwendung eines Einsatzstahls
DE102022201578A1 (de) Wärmebehandelter Rollenlagerring
DE4327440C2 (de) Verfahren zur thermochemisch-thermischen Behandlung von Einsatzstählen, Vergütungsstählen und Wälzlagerstählen
DE3407010C2 (de) Körper aus gehärtetem, metastabilem Gusseisen und Verfahren zur Herstellung desselben
EP3591081A1 (de) Verwendung eines stahls zur herstellung eines stahlbauteils, nämlich eines zahnrads, einer welle, einer achse oder eines werkzeughalters mit einer thermochemisch gehärteten randschicht und derartiges stahlbauteil mit thermochemisch gehärteter randschicht
DE2165105A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Kugelkopfbolzen
DE2324750A1 (de) Herstellung von gehaertetem stahl
DE3855540T2 (de) Zementierter stahl mit niedrigem siliziumgehalt und verfahren zu seiner herstellung
DE2527026C3 (de) Verfahren zum Herstellen eines Bauteils hoher Lebensdauer
DE3639658A1 (de) Verfahren zur herstellung von gussstuecken aus gusseisen mit kugelgraphit
EP0890656B1 (de) Verfahren zum Aufsticken der Randschicht metallischer Werkstücke
DE1758208A1 (de) Verfahren zur Waermebehandlung von Staehlen
CH360701A (de) Verfahren zur Oberflächenhärtung von Gusseisen
DE19708781C2 (de) Bauteil aus Kugelgraphitguß und Verfahren zur Herstellung desselben
DE2727058C2 (de) Verfahren zur Herstellung von porösem grauen Gußeisen
DE2263603A1 (de) Verfahren zur einsatzhaertung bzw. zur einsatzaufkohlung

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee