DE3442130A1 - Process for surface-hardening into the bainite zone of castings of ductile iron-carbon casting materials - Google Patents
Process for surface-hardening into the bainite zone of castings of ductile iron-carbon casting materialsInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Randschichthärtung in die Bainitstufe von Gußstücken aus duktilen Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoffen Die Fertigung von GuBstücken mit völligem bainitisch-austenitischen Gefüge aus duktilen Eisen-Kohlenstoff-GuBwerkstoffen, wie Gußeisen mit Kugelgraphit und TemperguB, gewinnt zunehmende Bedeutung. Höhere Festigkeit, Dehnung, Bruchzähigkeit, Dauerfestigkeit und bessere VerschleiBbeständigkeit gegenüber den ferritischen bis perlitischen Sorten zeichnen diese Werkstoffgruppe aus.Process for surface hardening in the bainite stage of castings from ductile iron-carbon cast materials The manufacture of castings with complete bainitic-austenitic structure made of ductile iron-carbon cast materials, like cast iron with spheroidal graphite and malleable cast iron, is becoming increasingly important. Higher Strength, elongation, fracture toughness, fatigue strength and better wear resistance this group of materials distinguishes itself from the ferritic to pearlitic types the end.
Bei der technischen Anwendung sind jedoch die schlechteren Zerspanungaeigenschaften - besonders beim Bohren - und der Verzug bei einer durchgehenden Bainitvergütung von Nachteil.In technical applications, however, the machining properties are inferior - especially when drilling - and the distortion with a continuous bainite coating disadvantageous.
Diese Nachteile können vermieden werden, wenn nicht das ganze GußstUck durchgehend bainitvergütet wird, sondern nur die besondere beanspruchten Bereiche einer Randschichthärtung in die Bainitstufe unterworfen werden. Beschrieben wurde eine derartige Arbeitsweise von K. Hornung (1), der eine partielle Bainitvergutung nach einer induktiven Erwärmung und Abschrecken in HeiBB1 (235/250 °C) vorschlägt. Auch die Verwendung von Salzbädern kommt für diesen Zweck infrage.These disadvantages can be avoided if not the entire casting is continuously bainite-tempered, but only the particularly stressed areas be subjected to a surface hardening in the bainite stage. Has been described such a way of working by K. Hornung (1), who used a partial bainite coating after induction heating and quenching in HeiBB1 (235/250 ° C). The use of salt baths is also an option for this purpose.
Die Verwendung von Warmbädern stellt jedoch einen technischen Aufwand dar, der durch das erfindungsgemãBe Verfahren vermieden werden kann.However, the use of hot baths is a technical effort which can be avoided by the method according to the invention.
Dieses besteht darin, daß das GuBstuck durchgehend auf etwa die Temperatur, z. B. 250 bis 420 °C vorgewärmt wird, bei der die spätere weitgehend isothermische Sainitumwandlung durchgefuhrt werden soll. Die in der Bainitstufe zu härtenden Partien des GuBstOcks werden unmittelbar danach mit einer Heizquelle, z. B. einer Flamme, einem Lichtbogen oder einem Plasmastrahl oder in einer Induktionshärteeinrichtung auf Oberflächentemperaturen von 880 bis 950 0C aufgeheizt und unmittelbar anschließend mit bewegter Luft oder Spruhnebel auf etwa die vorgesehene Umwandlungstemperatur abgekühlt. Das kann bei mehreren zu härtenden Partien gleichzeitig oder - z. B. bei Verzahnungen -sequentiell erfolgen. Die Vorwärmung richtet sich dabei nach der Geometrie des GuBstücks sowie nach dem Aufheizvolumen der zu härtenden GuBstuckpartien. Bei dZnnwandigen GuBstücken und geringer Einhärtetiefe ist die Vorwärmtemperatur etwas höher als die Umwandlungstemperatur zu wählen. Bei kompakten Gußstücken, die in größeren Bereichen tiefer bainitvergütet werden sollen, ist die Vorwärmtemperatur niedriger als die Umwandlungstemperatur anzusetzen. Ziel dieser Temperaturabweichungen der Vorwärmung ist es, aus dem austenitisierten Bereich die Wärmeabführung in den Grundwerkstoff einerseits und an die bewegte Luft oder den Sprühnebel andererseits so zu lenken, daß sich bei Einsetzen der Bainitbildung die vorgesehene isothermische Umwandlungstemperatur weitgehend eingestellt hat.This consists in the fact that the piece is continuously heated to about the temperature z. B. 250 to 420 ° C is preheated, at which the later largely isothermal Conversion should be carried out. The parts to be hardened in the bainite stage of the GuBstOcks are immediately thereafter with a heat source, z. B. a flame, an electric arc or a plasma jet or in an induction hardening device heated to surface temperatures of 880 to 950 0C and immediately afterwards with moving air or spray to approximately the intended transformation temperature cooled down. This can be done with several parts to be hardened at the same time or - z. B. in the case of gears - done sequentially. The preheating depends on the Geometry of the cast and according to the heating volume of the cast parts to be hardened. In the case of thin-walled castings and a low hardening depth, the preheating temperature is to choose something higher than the transition temperature. For compact castings that The preheating temperature is to be lower bainite tempered in larger areas lower than the transition temperature. Target of these temperature deviations the preheating is off the austenitized area the heat dissipation in the base material on the one hand and in the moving air or the spray mist on the other to steer in such a way that when the bainite begins to form, the intended isothermal Conversion temperature has largely set.
Unmittelbar nach Erreichen der Umwandlungstemperatur in den austenitisierter Oberflächenbereichen wird die Kühlung abgebrochen und das GuBstück in einen Ofen überführt, der vorher bereits auf die vorgesehene Umwandlungstemperatur eingeregelt wurde. Das Gußstück verbleibt 10 bis 120 min in diesem Ofen bei Gußeisen mit Kugelgraphit und 10 bis 30 min bei Temperguß. Der Zeitbedarf richtet sich dabei im wesentlichen nach der verwendeten Legierung. So sind unlegierte Werkstoffe in 10 bis 30 min weitgehend umgewandelt, während Werkstoffe, die mit Cu, Ni und Mo in den oberen Konzentrationsbereichen legiert sind, Umwandlungszeiten zwischen 60 und 120 min benötigen. Dabei ist der Einfluß der Legierungselemente stetig.Immediately after reaching the transformation temperature into the austenitized In the surface areas, the cooling is stopped and the casting is placed in an oven transferred, which has already been adjusted to the intended transformation temperature beforehand became. The casting remains for 10 to 120 minutes in this furnace in the case of cast iron with spheroidal graphite and 10 to 30 minutes for malleable cast iron. The time required is essentially based on this according to the alloy used. Unalloyed materials are largely in 10 to 30 minutes converted, while materials containing Cu, Ni and Mo in the upper concentration ranges are alloyed, require conversion times between 60 and 120 minutes. Here is the Constant influence of alloying elements.
Der Vorteil der erfindungsgemaen Arbeitsweise ist darin zu sehen,
daß durch den geringeren Verzug eine spanende Bearbeitung nach der Randschichtvergütung
im Normalfall nicht erforderlich ist. Das Einbringen von Bohrungen, z. für Olkuhikanäle
von Kurbelwellen, stöBt auf keine Schwierigkeiten, da in den kritischen Bereichen
gröberer Bohrtiefen die ursprünglichen ferritischen bis perlitischen Gefüge vorliegen,
die keine Schwierigkeiten bereiten. Die vergüteten Randschichten bestehen aus einer
bainitisch-austenitischen Matrix, die die eingangs beschriebenen technologischen
Vorteile aufweist, und dem Gußstück so in den kritischen Partien die eingangs genannten
vorteilhaften Eigenschaften verleihen. Für die duktilen Werkstoffe Gußeisen mit
Kugelgraphit und Temperguß kommen folgende chemische Zusammensetzungen in Betracht:
Erstes Beispiel: Eine PKW-Kurbelwelle hatte folgende Zusammensetzung: C Si Mn P S Cu Ni Mo % % % % % % % % 3,73 2,08 0,34 0,030 0,010 0,34 0,66 0,33 Sie wurde auf 370 °C in einem Umwälzofen vorgewärmt, in eine Induktionshärtevorrichtung eingelegt und ein Hauptlagerbereich mit 60 mm W auf ca. 900 0C ca.2,5 bis 3,0 mm tief aufgeheizt und 40 Sekunden lang austenitisiert.First example: A car crankshaft had the following composition: C Si Mn P S Cu Ni Mo%%%%%%%% 3.73 2.08 0.34 0.030 0.010 0.34 0.66 0.33 Sie was preheated to 370 ° C in a circulating oven, in an induction hardener inserted and a main bearing area with 60 mm W at approx. 900 0C approx. 2.5 to 3.0 mm heated deeply and austenitized for 40 seconds.
Unmittelbar danach wurde mit einer ringförmigen Luftdusche die Temperatur über ein IR-TemperaturmeEgerät kontrolliert, auf ca. 480 °C abgekühlt und das GuBstück in einen auf 380 C vorgeheizten Ofen gegeben. Nach 40 min Haltezeit wurde die Kurbelwelle entnommen und untersucht. Der Härte- und Gefügeverlaufstellte sich wie folgt dar: Abstand in mm 0,2 0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 HV 10 268 280 2,5 275 240 240 Gefüge 8-A 3-A B-A S-A P-F P-F 8 Bainit, A Austenit, P Perlit, F Ferrit Zweites Beispiel: Das rohrförmige Ende eines unlegierten (3ußstücks aus GGG-70 mit den Abmessungen 116 # # 8 ca. 60 mm lang sollte an der Stirnfläche und am Außenumfang bainitisch randschichtvergütet werden. Die Zusammensetzung lautete: C Si Mn P s Mg % % % % % % 3,6 2,6 0,3 0,050 0,00B 0,034 Das Gußstück wurde auf 450 C vorgewärmt und das rohrförmige Ende induktiv auf ca. 920 C aufgeheizt Unmittelbar danach wurde der austenitisierte Bereich durch einen Wasser-Sprühnebel auf ca. 400 0C abgekühlt und das Gußstück in einem auf 350 C vorgeheizten Luftumwälzofen 15 min lang gehalten. Härte und Gefüge erreichten,von der Stirnflache ausgehend, folgende Werte: Abstand in mm 0,2 0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 Härte HV 10 320 330 325 280 275 280 Gefüge B-A B-A B-A P P P Hat ein größeres Gußstück eine ausreichende Wärmekapazität, so kann eine örtliche bainitiache Randschichthärtung sogar ohne Ofen durchgeführt werden: Beispiel 3 Ein 5 t schwerer Maschinenstander aus GGG-50 hatte folgende chemische Zusammensetzung: C Si Mn P S Ni Cu Mo Mg % % % % % % % % % 3,55 2,26 0,28 0,021 0,006 0,8 0,45 0,38 0,0'.Immediately afterwards, the temperature was raised with a ring-shaped air shower Controlled by an IR temperature measuring device, cooled to approx. 480 ° C and the piece placed in an oven preheated to 380.degree. After a 40 min hold time, the crankshaft taken and examined. The hardness and structure development was as follows: Distance in mm 0.2 0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 HV 10 268 280 2.5 275 240 240 Structure 8-A 3-A B-A S-A P-F P-F 8 bainite, A austenite, P pearlite, F ferrite Second example: the tubular End of an unalloyed (3-base made of GGG-70 with the dimensions 116 # # 8 approx. 60 mm long should be tempered with a bainitic edge layer on the front surface and on the outer circumference will. The composition was: C Si Mn P s Mg%%%%%% 3.6 2.6 0.3 0.050 0.00B 0.034 The casting was preheated to 450 C and the tubular end inductive heated to approx. 920 ° C. Immediately thereafter, the austenitized area was through a water spray cooled to approx. 400 0C and the casting in one to 350 C preheated air circulation oven for 15 min held. Hardness and structure achieved the following values starting from the face: Distance in mm 0.2 0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 Hardness HV 10 320 330 325 280 275 280 Structure B-A B-A B-A P P P Hat a larger casting has sufficient heat capacity, so a local bainitiache Surface hardening can even be carried out without an oven: Example 3 A 5 t heavier Machine stand made of GGG-50 had the following chemical composition: C Si Mn P S Ni Cu Mo Mg%%%%%%%%% 3.55 2.26 0.28 0.021 0.006 0.8 0.45 0.38 0.0 '.
Eine verschleiBbeanspruchte Fläche von 120 x 200 mm, die in einem Wanddickenbereich von 60 mm lag, sollte bainitisch randschichtvergütet werden. Der Bereich um diese Fläche wurde mit Brennern auf etwa 350 OC vorgewärmt. Der Uorgang wurde mit einem Infrarot-Meßgerät verfolgt. Dann wurde die zu vergutende Fläche auf 880 bis 930 C austenitisiert und unmittelbar danach mit Sprühnebel auf ca. 400 °C abgekühlt. Anschließend wurde der thermisch beanspruchte Bereich mit einer Induktionseinrichtung, wie sie zum Anlassen von Baustellenschweißungen gebrauchlich ist, über etwa 80 min bei einer Temperatur zwischen 340 und 380 0C gehalten. Eine Härteprüfung und eine metallographische Untersuchung am Gußstück ergab eine Brinellhärte von 280 bis 300 und ein Grundgefüge, das im wesentlichen aus oberem Bainit bestand.An area subject to wear and tear, measuring 120 x 200 mm in one Wall thickness range of 60 mm should be treated with a bainitic surface layer. Of the The area around this area was preheated to approximately 350 OC with burners. The process was followed with an infrared meter. Then the area to be paid for became Austenitized to 880 to 930 C and immediately afterwards with spray to approx. 400 ° C cooled. Then the thermally stressed area was treated with an induction device, as it is used for the annealing of construction site welds, over about 80 min kept at a temperature between 340 and 380 0C. A hardness test and a Metallographic examination of the casting showed a Brinell hardness of 280 to 300 and a matrix consisting essentially of upper bainite.
Wichtig ist bei der Auswahl der Werkstoffzusammensetzung, daß während der Kühlphase im austenitisierten Bereich der Werkstoff so umwandlungsträge eingestellt wird (Anwendung von ZTU-Schaubildern für kontinuierliche Abkühlung), daß keine Perlitbildung stattfinden kann.When choosing the material composition, it is important that during During the cooling phase in the austenitized area, the material is set so that it is slow to transform (application of ZTU diagrams for continuous cooling) that no pearlite formation can take place.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19843442130 DE3442130A1 (en) | 1984-11-17 | 1984-11-17 | Process for surface-hardening into the bainite zone of castings of ductile iron-carbon casting materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19843442130 DE3442130A1 (en) | 1984-11-17 | 1984-11-17 | Process for surface-hardening into the bainite zone of castings of ductile iron-carbon casting materials |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3442130A1 true DE3442130A1 (en) | 1986-05-22 |
Family
ID=6250591
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19843442130 Withdrawn DE3442130A1 (en) | 1984-11-17 | 1984-11-17 | Process for surface-hardening into the bainite zone of castings of ductile iron-carbon casting materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3442130A1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2697535A1 (en) * | 1992-11-02 | 1994-05-06 | Schissler Jean Marie | Producing bainitic cast iron@ parts - using an atomised water and air mixt. around part as it is transferred to quenching medium |
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GB2497564A (en) * | 2011-12-14 | 2013-06-19 | Perkins Engines Co Ltd | Martensitic hardening portions of a crankshaft by induction heating and cooling using a gas |
DE102015214261A1 (en) * | 2015-07-28 | 2017-02-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for producing a component |
-
1984
- 1984-11-17 DE DE19843442130 patent/DE3442130A1/en not_active Withdrawn
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US6199618B1 (en) | 1996-08-09 | 2001-03-13 | Michael Fenne | Method of producing castings |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |