DE3908631A1 - Verfahren zur oberflaechenschmelzveredelung mit elektronenstrahlen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenschmelz­ veredlung mit Elektronenstrahlen, insbesondere von Bauteilen aus Stahl oder Gußeisen, wobei im wesentlichen nur bestimmte Bereiche der Oberfläche veredelt werden, wie die Führungsbah­ nen von Werkzeugmaschinen.

Es ist bekannt, Bauteile aus metallischen Werkstoffen mittels Laser- oder Elektronenstrahlen im oberflächennahen Bereich aufzuschmelzen und gegebenenfalls durch Hinzufügen von lösli­ chen oder unlöslichen Zusatzwerkstoffen lokale Werkstoffmodi­ fizierungen durchzuführen. Ziel dieser Maßnahmen ist es, die Werkstoffeigenschaften im Hinblick auf die Gebrauchsbeanspru­ chung des Bauteils zu verbessern. Bei technischem Grauguß mit stark schwankenden Qualitäten ist es bisher nicht möglich, in allen Fällen eine genügend gleichmäßige Schmelzschicht zu er­ reichen. Vielmehr ergeben sich häufig dadurch unbrauchbare Aufschmelzschichten, daß die Schmelze die Grenzfläche zum fe­ sten Werkstoff nicht gleichmäßig benetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der Oberflächenschmelzbehandlung mit Elektronenstrahlen anzugeben, das die Erzeugung von schmelzbehandelten Randschichten mit be­ friedigender Oberflächenqualität insbesondere auch bei Grauguß mit stark schwankenden Werkstoffqualitäten gestattet. Erfin­ dungsgemäß wird die Aufgabe mit einem zweidimensional hochfre­ quent abgelenkten Elektronenstrahl dadurch gelöst, daß der Elektronenstrahl in mindestens zwei in Fortschreitrichtung des Verfahrens hintereinanderliegenden Oberflächenbereichen im hochfrequent periodischen Wechsel zur Einwirkung gebracht wird. Dabei wird der Werkstoff im an der Vorderfront liegenden Ober­ flächenbereich der Behandlungszone im wesentlichen in der Fest­ phase, verbleibend bis zur vorgesehenen Aufschmelztiefe, erwärmt. In den darauffolgenden Oberflächenbereichen wird der Werkstoff aufgeschmolzen, wobei die Aufschmelztiefe in mindestens einem dieser Oberflächenbereiche der vorgesehenen Aufschmelztiefe entspricht. In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens wird die Ausdehnung des in der Vorderfront liegenden Oberflä­ chenbereichs senkrecht zur Fortschreitrichtung des Verfahrens im Falle der Werkstofferwärmung in der festen Phase größer als die der nachfolgenden Oberflächenbereiche gewählt. Ferner ist es vorteilhaft, den Werkstoff im letzten Oberflächenbereich auf eine geringere Tiefe als in dem oder den vorangegangenen Oberflächenbereichen aufzuschmelzen.

Weiterhin ist es zweckmäßig, das Verfahren derart auszuführen, daß zwischen den einzelnen Oberflächenbereichen ein Bereich festen Werkstoffes verbleibt. Dadurch wird der Materialtrans­ port im schmelzflüssigen Bereich eingeschränkt, was günstige Auswirkungen bezüglich der Oberflächendeformation hat. Das Werkstück wird durch das ortsfeste Ablenkfeld bewegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In der Zeichnung ist ein Werkstück in der Drauf­ sicht mit den behandelten Oberflächenbereichen dargestellt. Das Bauteil 1 wird in Richtung des Pfeiles durch das Ablenk­ feld 2 des Elektronenstrahles geführt und in den Oberflächen­ bereichen 3, 4 und 5 der Einwirkung des Elektronenstrahles aus­ gesetzt. Der Elektronenstrahl wird senkrecht zur Bewegungsrich­ tung des Bauteils 1 hochfrequent zeitlinear periodisch abge­ lenkt, wobei die Ablenkbreite im Oberflächenbereich 3 um min­ destens das Vierfache der geforderten Aufschmelztiefe breiter ist als die geforderte Breite der umzuschmelzenden Bahn. Die Ablenkbreite der Oberflächenbereiche 4 und 5 entspricht der ge­ forderten Aufschmelzbreite. Der Oberflächenbereich 3 besteht aus 8 Strahlenablenkspuren, deren Abstand nach den Regeln der oberflächenisothermen Energieübertragung gewählt ist. Die Oberflächenbereiche 4 und 5 bestehen aus je einer Strahlab­ lenkspur. Die Steuerung der Zeitanteile für die Strahleinwir­ kung in den Oberflächenbereichen 3, 4 und 5 erfolgt für den Oberflächenbereich 3 entsprechend den ermittelten Flächenener­ gien für die benötigte Aufwärmtiefe, für den Oberflächenbe­ reich 4 entsprechend der geforderten Auschmelztiefe und der Aufwärmung durch den Oberflächenbereich 3 und für den Ober­ flächenbereich 5 für eine Aufschmelztiefe, die etwa 80% der geforderten Aufschmelztiefe beträgt, unter Beachtung der Auf­ wärmung durch die voranlaufenden Oberflächenbereiche 3 und 4.

Claims (3)

1. Verfahren zur Oberflächenschmelzveredlung mit Elektronen­ strahlen, wobei der Elektronenstrahl zweidimensional hoch­ frequent abgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl in mindestens zwei in Fortschreitungsrich­ tung des Verfahrens hintereinanderliegenden Oberflächenbe­ reichen im hochfrequenten periodischen Wechsel derart zur Einwirkung gebracht wird, daß der Werkstoff im in Front lie­ genden Oberflächenbereich im wesentlichen in der Festphase verbleibend bis zur vorgesehenen Aufschmelztiefe erwärmt und in den folgenden Oberflächenbereichen aufgeschmolzen wird, wobei die Aufschmelztiefe in mindestens einem der Oberflä­ chenbereiche der vorgesehenen Aufschmelztiefe entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung senkrecht zur Fortschreitungsrichtung des Verfah­ rens des in Front liegenden Oberflächenbereiche gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl von einem zum nächsten Oberflächenbereich so geführt wird, daß die einzelnen Oberflächenbereiche durch einen Bereich festen Werkstoffes voneinander getrennt werden.