DE3821169A1 - Verfahren zur herstellung verschleissfester gussteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung verschleißfester Gußteile aus einer Gußeisenlegierung sowie die Gußteile selbst. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung verschleiß­ fester Gußteile, bei dem die Gußteile, die Ledeburit- Anteile in Randzonen und Graphitausscheidungen umfassen, bei einer Austenitisierungstemperatur geglüht und nach­ folgend abgeschreckt werden.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE- DS 28 53 870 bekannt, bei der das Glühen bei der Auste­ nitisierungstemperatur so lange durchgeführt wird, bis eventuell nach dem Gießen vorhandener Ledeburit aufge­ löst ist, d.h. das Gußeisenteil wird so lange auf der Austenitisierungstemperatur gehalten, bis sämtliche in der Legierung vorhandenen Karbide zerfallen sind.

Andererseits wird z.Z. in der Serienproduktion das Schalenhartgußverfahren oder auch das WIG-Umschmelz­ verfahren (die Großbuchstaben WIC stehen für Wolfram- Inertgas-Brenner) eingesetzt, wobei in der Regel ein ledeburitisches Gefüge erzeugt wird, bei dem die Kar­ bide in einer perlitischen Matrix eingebettet sind. Die heutigen Anforderungen an die Festigkeit der Matrix des Ledeburits übersteigen jedoch häufig die gegebenen Eigenschaften des Perlits. Andererseits ist aus der Literatur jedoch bekannt, daß ein karbidfreies, graphi­ tisches Gußeisenbauteil mit überwiegend bainitischem Gefüge im Vergleich zu einem Bauteil mit perlitischem Gefüge eine deutlich höhere Festigkeit besitzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschla­ gen, mit dem Gußteile mit einer verbesserten Verschleiß­ festigkeit und gleichzeitig einer verbesserten Zugfe­ stigkeit und Dehnungscharakteristik erhalten werden können.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Ver­ fahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Abschrek­ ken der Gußteile zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei dem die Gußmatrix durch das Glühen im wesentlichen in Auste­ nit umgewandelt ist, wobei jedoch die in dem Gußteil enthaltenen Karbide noch im wesentlichen unzersetzt vorliegen. Durch diese Verfahrensführung wird erreicht, daß zumindest Oberflächenbereiche, wenn nicht gar Rand­ zonen der Gußteile ein ledeburitisches Gefüge aufweisen, ei dem Eisenkarbid und/oder Mischkarbide wesentlich zu der Verschleißfestigkeit der Oberfläche beitragen, während gleichzeitig durch die Einbettung der Karbide in eine nun bainitische Matrix eine sehr gute Festig­ keit des Bauteils und eine hohe Verschleißbeständigkeit, insbesondere Wälzermüdungsfestigkeit, gewährleistet ist.

Die optimale Haltezeit für die Austenitisierungstempe­ ratur ist zum einen in gewisser Weise von den Legie­ rungsbestandteilen der Gußeisenlegierung abhängig, wo­ bei beispielsweise mit bestimmten Elementzusätzen die Zerfallgeschwindigkeit der Karbidkristalle verringert werden kann, und andererseits von der vorgewählten Auste­ nitisierungstemperatur selbst. Wünschenswert ist eine Haltezeit, bei der die Umwandlung in Austenit mindestens zu etwa 80% erfolgt ist. Vorzugsweise erfolgt die Um­ wandlung nahezu vollständig.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Behandlung von Gußteilen, die im Schalenhartgußver­ fahren gegossen sind und hierdurch ledeburitische Rand­ zonen oder Oberflächenbereiche aufweisen, wobei jedoch die Matrix in diesen Bereichen von perlit gebildet wird. In gleicher Weise eignen sich Gußteile, die konventionell gegossen sind, d.h. graphitisch erstarrte Bauteile, bei denen jedoch Oberflächenbereiche oder Randzonen mittels energiereicher Strahlung wie beispielsweise der eines Wolfram-Inertgas-Brenners (WIG-Umschmelzverfahren), eines Lasers oder eines Elektronenstrahls zu einem lede­ buritischen Gefüge umgeschmolzen wurde.

Die Karbidkristalle sollen gemäß dieser Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest in der Größenord­ nung von ca. 80% bei der Umwandlung der Gußmatrix in Austenit erhalten bleiben, wobei bei einer bevorzugten Verfahrensweise mindestens 90% der Karbide am Ende der Haltezeit bei der Austenitisierungstemperatur noch als Kristalle vorliegen.

Am meisten bevorzugt ist eine Verfahrensführung, bei der mehr als 95% der Karbide noch in kristalliner Form in der Gußmatrix vorliegen.

Zweckmäßig wird dem Glühen bei der Austenitisierungs­ temperatur ein Vorwärmeprozeß vorgeschaltet, bei dem das Gußteil auf eine Temperatur von ca. 300 bis 700°C erwärmt wird. Die Temperatur bei diesem Vorwärme- oder Vorheizprozeß ist so gewählt, daß sich das Gußgefüge im wesentlichen nicht verändert, und andererseits die Errei­ chung der Austenitisierungstemperatur relativ rasch erfolgen kann. Bevorzugt soll während des Haltens auf Vorwärmtemperatur eine weitgehend gleichmäßige Erwärmung des Gußteils über den gesamten Querschnitt erreicht werden.

Dadurch kann die Haltezeit bei der Austenitisierungs­ temperatur, bei einer fast vollständigen Umwandlung der Gußmatrix in Austenit sehr kurz gehalten werden, wodurch wiederum der Karbidanteil im wesentlichen voll­ ständig erhalten bleibt. Die Haltezeiten bei solchen Prozessen liegen in Abhängigkeit der einzelnen Legie­ rungsbestandteile und der Austenitisierungstemperatur größenordnungsmäßig zwischen 3 und 10 Minuten.

Die Haltezeiten bei der Austenitisierungstemperatur können insbesondere dann relativ kurz gehalten werden, wenn die Temperatur während dem Vorheizprozeß im Be­ reich von 550 bis 850°C eingestellt wird. Dieser Vor­ wärmetemperaturbereich ist deshalb optimal, weil zum einen bei einer Temperatur bis zu 650°C mit Sicher­ heit noch keine Zerfallprozesse der Karbidkristalle in der Gußmatrix ablaufen können und weil zum anderen eine Vorwärmung des gesamten Gußteils bis nahe an die Austenitisierungstemperatur erfolgt. Die nachfolgende Erwärmung auf die Austenitisierungstemperatur, bei der die Umwandlung von perlit in Austenit erfolgt, hat dann zur Folge, daß auch das Innere des Gußteiles auf Auste­ nitisierungstemperatur während der Haltezeit erhitzt wird. Neben diesen geschilderten Vorteilen hat der dem Glühen bei der Austenitisierungstemperatur vorgeschaltete Vor­ heizprozeß den weiteren Vorteil, daß bei dem zu behan­ delnden Gußteil kein Verziehen wegen ungleichmäßiger Temperaturverteilung im Gußteil erfolgt.

Bei dem anschließenden Glühen der Gußteile bei der Auste­ nitisierungstemperatur wird ein Temperaturbereich von 800 bis 960°C bevorzugt. An der unteren Grenze dieses Temperaturbereiches wird selbstverständlich eine etwas längere Haltezeit bei der Austenitisierungstemperatur notwendig sein als an der oberen Grenze des angegebe­ nen Bereiches.

Die Austenitisierungstemperatur sollte mindestens 3 min bis maximal 10 min gehalten werden.

Vorzugsweise wird die Austenitisierungstemperatur ledig­ lich für 5 bis 7 Minuten gehalten.

Im Anschluß an die Austenitisierung werden die Bauteile bevorzugt in einem Warmbad abgeschreckt, was eine ge­ zielte Erzeugung der Bainit-Matrix erlaubt. Als Warmbad finden dabei Ölbäder, Salzbäder oder auch Sandwirbel­ betten Verwendung, wie dies aus anderem Zusammenhang bekannt ist.

Vorzugsweise wird die Warmbadtemperatur im Bereich von ca. 220 bis 450°C gewählt. Unterhalb von 220°C wird zunehmend Martensit bei der Abkühlung erhalten, was die Gußteileigenschaften negativ beeinflußt. Oberhalb von 450°C wird keine ausreichende Härtung des Gußtei­ les erreicht.

Die Behandlungsdauer im Warmbad beträgt zwischen 0,1 und 4 Std. Die untere Grenze von 0,1 Std. ergibt sich daraus, daß bei kleineren Zeitspannen keine ausreichen­ de Umwandlung in Bainit mehr erfolgt. Die Obergrenze für die Behandlungsdauer von 4 Std. ergibt sich daraus, daß dort der Verlust von bainitischen Eigenschaften der Matrix einsetzt, d.h. die schon gebildeten bainitischen Bereiche unterliegen dann in merklichem Umfang weiteren Umwandlungsprozessen.

Zur Erzielung definierter Eigenschaften des Gußteiles wird die Temperatur im Warmbad vorzugsweise konstant gehalten, d.h. die Temperatur wird auf einen Wert von ca.±20°C geregelt.

Alternativ dazu kann die Temperatur des Warmbades in einer ersten Zeitspanne nach dem Einbringen der Guß­ teile in das Warmbad niedriger liegen als im restli­ chen Teil der Behandlungszeit. Dieser Temperaturunter­ schied beträgt vorzugsweise zwischen ca. 30 und 100°C.

Es ergeben sich insbesondere zwei Fälle, bei denen von einer konstanten Temperaturführung bei der Warmbadbe­ handlung abgegangen wird und bei der mit einer zunächst tiefer liegenden Temperatur des Warmbades begonnen wird. Diese Vorgehensweise empfiehlt sich einmal dann, wenn das Gewichtsverhältnis von Badinhalt und einzubringen­ den Gußteilen relativ klein ist, d.h. wenn das Warmbad eine vergleichsweise kleine Wärmekapazität gegenüber der Wärmekapazität der gleichzeitig einzubringenden Gußteile aufweist. Wird die Badtemperatur bei diesen Bedingungen zunächst auf einen tieferen Temperaturwert geregelt, so erfolgt mit dem Einbringen der heißen Guß­ teile keine Erwärmung des Bades über den für die Behand­ lung im Warmbad gewünschten Temperaturwert hinaus.

Unabhängig von dem Verhältnis der Wärmekapazitäten von Badinhalt und einzubringenden Gußteilen kann ein zu­ nächst niedriger gewählter Temperaturwert des Warmba­ des dazu verwendet werden, durch die stärkere Abküh­ lung beim Abschrecken verstärkt Kristallisationszen­ tren in dem Gußteil auszubilden, so daß sich eine fei­ nere Gußstruktur ergibt. Die nachfolgende Temperatur­ erhöhung auf den eigentlichen Wärmebadbehandlungswert erfolgt deshalb, um die erwünschte Umwandlung von Austenit in Bainit zu beschleunigen. Damit kann die Haltezeit bei der Warmbadbehandlungstemperatur wesent­ lich verkürzt werden.

Derselbe Erfindungsgedanke verkörpert sich in einer vom bis­ herigen Verfahren gänzlich abweichenden Verfahrensführung, nämlich darin, daß bei einem Verfahren zur Herstellung von Gußteilen mit Ledeburitanteilen und Graphitausscheidungen der Legierung vor dem Gießen Legierungsbestandteile zur Be­ einflußung des Zeit-/Temperaturverhaltens zugegeben werden, die bei einem an sich unveränderten Gieß- und Erstarrungs­ vorgang zu ledeburitischen Randzonen führen, deren Guß­ matrix im wesentlichen Bainit umfaßt.

Bei dieser Methode entfällt also die nachträgliche Wärmebe­ handlung des Gußteiles, so daß insbesondere bei den Guß­ teilen, die ohne Nachbearbeitung verwendbar sind, eine drastische Einsparung bezüglich der Herstellungszeiten und auch der Herstellungskosten erzielbar ist. Trotzdem werden im Vergleich zu den vorher beschriebenen Verfahren in ihrer Struktur identische Bauteile erhalten, die des­ halb auch die gleichen positiven Eigenschaften wie extrem hohe Verschleißfestigkeit bei gleichzeitig verbesserten Zugfestigkeits- und Dehnungscharakteristiken aufweisen.

Bei beiden Verfahrensvarianten werden besonders gute Er­ gebnisse erzielt, wenn eine Gußlegierung verwendet wird, die als Legierungsbestandteile die Elemente Chrom, Vana­ din und Wolfram einzeln oder in Kombination enthält, wo­ bei der Anteil jedes einzelnen dieser Elemente - falls enthalten - 0,1 bis 5 Gew.% betragen soll, und wobei die Summe der Anteile, falls sie in Kombination vorliegen, bis zu 10 Gew.% beträgt. Die Elemente Chrom, Vanadin und Wolfram lassen sich insbesondere zur Regulierung der Zerfallsbeständigkeit der Eisen- und/oder Misch­ karbide in der austenitischen Phase verwenden.

Alternativ hierzu können Gußlegierungen verwendet werden, die als Legierungsbestandteile die Elemente Bor, Titan, Tellur und Wismut einzeln oder in Kombination enthalten, wobei der Anteil eines einzelnen dieser Elemente - falls vorhanden - 0,01 bis 0,2 Gew.% beträgt. Auch diese Ele­ mente und die Variation ihrer Anteile lassen sich dazu einsetzen, die Zerfallgeschwindigkeit der Karbide in der austenitischen Phase zu regulieren oder, anders ausge­ drückt, die Eisenkarbidkristalle zumindest teilweise oder sogar vollständig zu stabilisieren.

Als vorteilhaft haben sich auch Gußeisenlegierungen bei beiden Verfahrensführungen erwiesen, die als Legie­ rungsbestandteile Kupfer, Nickel und Molybdän einzeln oder in Kombination enthalten mit je einem jeweiligen Anteil von 0,1 bis 8 Gew.% - falls enthalten -, wobei bei einer Kombination dieser Elemente die Summe ihrer Anteile bis zu 15 Gew.% betragen kann. Sämtliche vorgenannten Elemente lassen sich als Legie­ rungsbestandteil dazu verwenden, die zeit- und tempera­ turabhängige Umwandlungscharakteristik der Gußlegierung gezielt zu verändern bzw. das Zeit-/Temperaturverhalten der Legierung gezielt zu beeinflussen, wie dies bereits zuvor ausgeführt wurde. Dies eröffnet nicht nur, wie bereits erwähnt, die Möglichkeit, direkt mit dem Guß zu einem erfindungsgemäß ausgeprägten Bauteil zu kom­ men, sondern auch bei der Nachbehandlung der Gußteile zu einer Verfahrensführung, bei der Umwand­ lungsprozesse so verlangsamt sind, daß geringe zeitli­ che Unterschiede in den Haltezeiten, insbesondere bei der Austenitisierungstemperatur und bei der Behandlung im Warmbad, zu keiner gravierenden Qualitätsschwankung mehr führen. Hierdurch verlängern sich zwar zum Teil die Behandlungszeiten der Bauteile in den verschiedenen Verfahrensstufen, jedoch überwiegen die Vorteile, die dadurch erhalten werden, daß höhere Qualitätsstandards bei verringerten Ausschußanteilen eingehalten werden können.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, verschleißfe­ ste Gußteile aus einer Gußeisenlegierung mit Graphit­ ausscheidungen und Ledeburitanteilen vorzuschlagen, bei denen neben ausgezeichneten Zugfestigkeits- und Dehnungs­ werten eine verbesserte Wälzermüdungsfestigkeit an Oberflächenbereichen besteht.

Diese Aufgabe wird bei den verschleißfesten Gußteilen aus einer Gußeisenlegierung mit Graphitausscheidungen und Ledeburitanteilen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest Oberflächenbereiche oder Randzonen der Gußteile ein Gefüge aufweisen, das überwiegend Ledeburit umfaßt, wobei im Ledeburit Fe₃C und/oder Mischkarbide in einer Matrix eingebettet sind, die überwiegend aus Bainit besteht.

Gußteile mit einem solchen Aufbau nutzen zum einen die Eigenschaften des hochfesten und verschleißbeständigen Bainitgefüges und ergänzen dieses zusätzlich durch die Härte der Fe₃C und/oder der Mischkarbide, die in ihrer Kombination zu einer bisher unerreichten Verschleißbestän­ digkeit bei Gußteilen führen.

Die erfindungsgemäßen Gußteile können neben einer über­ wiegend bainitischen Struktur auch Austenit- und/oder Martensitanteile umfassen, ohne daß bezüglich der Ab­ riebfestigkeit deutlich schlechtere Ergebnisse erzielt werden.

Neben den Oberflächenbereichen, die im wesentlichen graphitfrei sind, enthalten andere Bereiche der Gußteile lamellare, vermikulare und/oder kugelige Graphitausschei­ dungen, die, beispielsweise in Abhängigkeit des Magnesium­ anteiles, frei wählbar sind und andere Eigenschaften als die Verschleißfestigkeit des Gußteiles bestimmen.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Gußteile sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die erfindungsgemäßen Gußteile werden vorzugsweise nach den zuvor beschriebenen Verfahren erhalten, wobei die Gußteile bei dem Nachbehandlungsverfahren zunächst in einem bearbeitbaren Zustand vorliegen und erst in einer der letzten Phasen des Produktionsprozesses dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren unterzogen werden.

Die zuvor beschriebene direkte Methode, bei der der Le­ gierung Legierungsbestandteile so zugegeben werden, daß das Zeit-/Temperaturverhalten der Legierung beim Gieß­ und Erstarrungsvorgang so beeinflußt ist, daß sich lede­ buritische Randzonen bilden, deren Gußmatrix im wesent­ lichen Bainit umfaßt, stellt dazu ein völlig gleichwer­ tiges Herstellungsverfahren dar, das allerdings haupt­ sächlich dann zum Einsatz kommt, wenn die hergestellten Gußteile keiner weiteren Nachbearbeitung mehr unterzo­ gen werden müssen. Die Legierungsbestandteile, insbeson­ dere Komponenten wie Nickel, Kupfer, Molybdän und/oder Wolfram werden gezielt so zur Beeinflußung der Phasen- Umwandlungscharakteristik der Legierung verwendet, daß bei einem unveränderten, natürlichen Abkühlverhalten des Gußteiles die erfindungsgemäße Struktur in den Rand­ zonen des Gußteiles erhalten wird. Dies bedeutet, daß keinerlei nachträgliche Wärmebehandlung mehr notwendig ist und daß der Abkühlprozeß der Gußteile durch die er­ findungsgemäße Verfahrensführung in keiner Weise ver­ längert wird.

Wegen ihrer besonders hohen Verschleißfestigkeit werden die erfindungsgemäßen Gußteile insbesondere als Bauteile für die Ventilsteuerung von Verbrennungsmotoren, als Nockenwellen und deren Gegenläufer, wie z.B. Hebeln oder Stößeln, ausgebildet und verwendet.

Dieses ist jedoch keineswegs das einzige Einsatzgebiet für die erfindungsgemäßen Gußteile, da sie mit Vorteil überall dort einzusetzen sind, wo Gußteile einem abrasiven Verschleiß unterworfen sind. Beispielsweise sei hier nur der Einsatz von solchen Teilen im Bergbau und im Landma­ schinenbau erwähnt.

Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im folgen­ den an Hand der Beispiele noch näher erläutert.

Beispiel 1

Das in diesem Beispiel herzustellende Gußteil ist eine Nockenwelle, die zunächst über das bekannte Schalenhart­ gußverfahren hergestellt wird. Die Nockenwelle weist da­ bei bereits Randzonenbereiche aus Ledeburit auf, bei denen jedoch die Matrix für die Karbide im wesentlichen aus Perlit besteht. Bei diesem Schalenhartgußverfahren wird eine Guß­ form verwendet, die im erstarrenden Gußstück an bestimm­ ten Partien eine so hohe Erstarrungsfrontgeschwindigkeit ermöglicht, daß die Gußeisenschmelze dort in der Rand­ zone des Gußstückes gemäß dem metastabilen Zustandsdia­ gramm mit ledeburitischem Gefüge erstarrt, die Karbidkri­ stalle der Ledeburitbereiche sind hier in einer perliti­ schen Matrix eingebettet.

Die sich daran anschließende, erfindungsgemäße Wärmebe­ handlung dieser Nockenwelle ist in einem Zeit-/Tempera­ turdiagramm in der Zeichnung wiedergegeben. Danach wer­ den die Gußteile zunächst auf eine Temperatur von ca. 600°C (P 1) aufgeheizt und bis zum Temperaturausgleich im Gußstück (P 2) auf dieser Temperatur gehalten. Da­ nach erfolgt eine möglichst rasche Aufheizung auf die Austenitisierungstemperatur (P 3) von ca. 900°C. Nach einer Haltezeit von ca. 7 Minuten (P 4) werden die Nok­ kenwellen auf eine Zwischenstufenvergütungstemperatur von ca. 300°C schnell abgekühlt (P 5) und auf dieser Temperatur (siehe strichpunktierten Kurvenverlauf) ca. 2 1/2 Std. gehalten (P 7). Durch die kurze Haltezeit bei hohen Temperaturen wird erreicht, daß die Karbide im Gußstück, wie sie beim Schalenhartguß erzeugt wurden, noch im wesentlichen unzersetzt erhalten bleiben, während andererseits durch den Vorwärmeprozeß bei ca. 600°C (P 1-P 2) die Voraussetzung für eine im wesentlichen vollständige Umwandlung in Austenit während dieser kurzen Haltezeit gegeben ist.

Am Ende der Wärmebehandlung (nach P 7) wird die Nocken­ welle an der Luft auf Raumtemperatur abgekühlt.

Die Figur stellt im Bereich von P 5 bis P 6, d.h. bei dem Verfahrensschritt der Abschreckung, eine Variante dar, bei der die Temperatur des Warmbades zunächst ca. 50°C unterhalb von der danach eingehaltenen Warmbad­ temperatur gewählt wird. Die Vorteile hierbei sind zum einen die Möglichkeit der besseren Ausnutzung des Badin­ haltes beim Abschrecken, da ein relativ kleines Verhält­ nis der Wärmekapazität des Bades zu der Wärmekapazität der darin einzubringenden Gußteile und damit auch ein relativ kleines Badvolumen gewählt werden kann. Dies bringt nicht nur kleinere Anlagenkosten mit sich, son­ dern vermindert auch die Energiekosten der Anlage, da ein wesentlich reduzierter Badinhalt auf die entspre­ chende Nachbehandlungstemperatur oder Zwischenstufen­ vergütungstemperatur gebracht werden muß. Außerdem läßt sich bei dieser Verfahrensführung noch erreichen, daß eine erhöhte Bildung von Kristallisationszentren hervor­ gerufen wird, was sich in einer feineren Struktur des Gußgefüges auswirkt.

Beispiel 2

Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu behandelnde Bauteil, hier eine Nockenwelle, kann gleichermaßen an­ statt im Schalenhartgußverfahren auch durch ein Umschmel­ zen einer grau erstarrten Randzone mittels energiereicher Strahlung, hier beispielsweise eines WIG-Brenners, er­ zeugt werden. Die nachfolgende Wärmebehandlung entsprach der Vorgehensweise gemäß dem Ausführungsbeispiel 1.

Beispiel 3

Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde der Gußeisenlegierung eine Kombination von Legierungselementen zugegeben, näm­ lich 1,2% Nickel, 1% Molybdän und 0,7% Kupfer. Die Nockenwelle wurde in an sich bekannter Weise im Schalen­ hartgußverfahren gegossen, ohne daß beim Abkühlen und Erstarren der Schmelze eine besondere Temperaturführung aufgezwungen wurde. Durch den gezielten Einsatz der Legie­ rungsbestandteile wurde eine solche Verschiebung der Pha­ sen-Umwandlungskurven im kontinuierlichen Zeit-/Tempera­ turdiagramm zu längeren Umwandlungszeiten erreicht, daß in den Randzonen wiederum im wesentlichen Ledeburit mit bainitischer Matrix erhalten wurde.

Beispiel 4

In diesem Ausführungsbeispiel wurden Nockenwellen entsprechend dem Beispiel 3 hergestellt mit dem Unterschied, daß statt der Legierungsbestandteile Nickel, Molybdän und Kupfer lediglich ein Anteil von 2,5 bis 3 Gew.% Wolfram der Gußeisenlegierung zugesetzt wurde.

Die Grenzlaufzeiten der gemäß den Beispielen 1 bis 4 herge­ stellten Nockenwellen und Schlepphebel mit den ledeburitischen Randzonen mit bainitischer Matrix liegen je nach Bean­ spruchungsbedingungen bis zu 30% über den Werten, die für die gleichen Bauteile mit der gleichen Gußstruktur, aber perlitischer Matrix in den ledeburi­ tischen Randzonen erreichbar sind.

Claims (27)

1. Verfahren zur Herstellung verschleißfester Guß­ teile aus einer Gußeisenlegierung, wobei die Guß­ teile, die Ledeburitanteile in Randzonen und Graphitausscheidungen umfassen, bei einer Austeni­ tisierungstemperatur geglüht und nachfolgend ab­ geschreckt werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Abschrecken zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei dem die Gußmatrix durch das Glühen im wesentlichen in Austenit umgewan­ delt ist, wobei jedoch die Karbide der Legierung noch im wesentlichen unzersetzt vorliegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschrecken durch Einbringen der Gußteile in ein Warmbad erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Warmbades 220 bis 450°C beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gußteile ca. 0,1 bis 4 Std. im Warmbad behandelt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Warmbades im wesentlichen konstant gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Warmbades nach dem Einbrin­ gen der Bauteile erhöht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Warmbad nach dem Einbringen der Bauteile um ca. 30 bis 100°C erhöht wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der voranstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Glü­ hen der Gußteile bei einer Austenitisierungstempe­ ratur von ca. 800 bis 960°C durchgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Austenitisierungstemperatur während ca.3 bis 10 Minuten gehalten wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der voranste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Glühen bei der Austenitisierungstemperatur ein Aufheizprozeß vorgeschaltet wird, bei dem das Gußteil zunächst auf eine Temperatur von ca. 300 bis 700°C aufgeheizt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur während dem Vorheizprozeß im Be­ reich von ca. 550 bis 650°C eingestellt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Temperatur beim Vor­ heizprozeß so lange gehalten wird, bis sich eine im wesentlichen konstante Temperatur über den Guß­ teilquerschnitt eingestellt hat.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der voranstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Guß­ teil im Schalenhartgußverfahren, gegebenenfalls unter Verwendung von Kühleisen, gegossen ist.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Oberflächen­ bereiche, gegebenenfalls ganze Randzonen, mittels energiereicher Strahlung, beispielsweise eines Wolfram- Inertgas-Brenners, eines Lasers oder eines Elektro­ nenstrahls, zu einem ledeburitischen Gefüge umge­ schmolzen sind.

15. Verfahren zur Herstellung von Gußteilen mit Lede­ burit-Anteilen in Randzonenbereichen und Graphit­ ausscheidungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierung vor dem Gießen Legierungsbestandteile zur Beeinflussung des Zeit-/Temperaturverhaltens zugegeben werden, die bei einem an sich unverän­ derten Gieß- und Erkaltungsvorgang zu ledeburiti­ schen Oberflächenbereichen oder Randzonen führen, deren Gußmatrix im wesentlichen Bainit umfaßt.

16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Guß­ eisenlegierung verwendet wird, die als Legierungs­ bestandteile die Elemente Chrom, Vanadin und Wolfram einzeln oder in Kombination enthält, wobei der An­ teil des einzelnen Elements jeweils 0,1 bis 5 Gew.% beträgt und wobei die Summe der Anteile der in Kombination enthaltenen Elemente bis zu 10 Gew.% beträgt.

17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gußeisen­ legierung verwendet wird, die als Legierungsbe­ standteile die Elemente Bor, Titan, Tellur und Wismut einzeln oder in Kombination enthält, wobei der An­ teil des einzelnen Elementes 0,01 bis 0,2 Gew.% beträgt.

18. Verfahren nach einem oder mehreren der voranstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Guß­ eisenlegierung verwendet wird, die als Legierungs­ bestandteile Kupfer, Nickel und Molybdän einzeln oder in Kombination enthält mit einem jeweiligen Anteil von 0,1 bis 8 Gew.%, wobei bei einer Kom­ bination dieser Elemente die Summe ihrer Anteile bis zu 15 Gew.% beträgt.

19. Verschleißfeste Gußteile aus einer Gußeisenlegie­ rung mit Graphitausscheidungen und Ledeburit-An­ teilen, dadurch gekennzeichnet, daß Oberflächen­ bereiche der Gußteile ein Gefüge aufweisen, das überwiegend Ledeburit umfaßt, wobei im Ledeburit Fe₃C und/oder Mischkarbide in einer Matrix einge­ bettet sind, die überwiegend aus Bainit besteht.

20. Gußteile nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix neben dem Bainit-Anteil Austenit­ und/oder Martensit-Anteile umfaßt.

21. Gußteile nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Graphitausscheidungen lamellar, vermikular und/oder kugelig sind.

22. Gußteile nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung einzeln oder in Kombination Chrom, Vanadin und Wolfram mit Gehalten von jeweils 0,1 bis 5 Gew.%, in der Kombination in der Summe bis maximal 10 Gew.% enthält.

23. Gußteile nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Legie­ rung einzeln oder in Kombination Bor, Titan, Tellur und Wismut mit Gehalten von 0,01 bis 0,2 Gew.% umfaßt.

24. Gußteile nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung einzeln oder in Kombination Kupfer, Nickel und Molybdän mit Gehalten von 0,1 bis 8 Gew.%, in der Kombination mit einer Summe der Gehalte bis zu 15 Gew.% umfaßt.

25. Gußteile nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß sie gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 wärme­ behandelt sind.

26. Gußteile nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch direktes, gesteuertes Abkühlen nach dem Gießen hergestellt sind, wobei die zeitabhängige Phasen- Umwandlungscharakteristik der verwendeten Guß­ legierungen vorzugsweise durch Komponenten wie Nickel, Kupfer, Molybdän und/oder Wolfram zu län­ geren Umwandlungszeiten hin eingestellt ist.

27. Gußteile nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bauteile für die Ventilsteuerung von Verbrennungs­ motoren, insbesondere Nockenwellen und deren Gegen­ läufer, wie z.B. Hebel oder Stößel, ausgebildet sind.