DE4007257A1 - Verfahren zum haerten der oberflaeche von stahlgegenstaenden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten der Oberfläche von Gegenständen aus durch Gefügeumwandlung härtbaren (martensitischen) Stählen.

Stähle die durch Umwandlung ihres Gefüges von Austenit in Martensit härtbar sind, werden üblicherweise auf die Austenitisierungstempe­ ratur (ca. 900°C) erhitzt und anschließend durch Auslagern an Luft oder durch Anwendung von Kühlmitteln (Preßluft, Wasser, Öl) abgeschreckt. Infolge der sich dabei vollziehenden Gefügeumwandlung in Martensit wird die Härte des Gegenstands gegenüber dem weicheren austenitischen Gefüge beträchtlich erhöht. Allerdings nimmt auch die Sprödbruchneigung zu und die Duktilität ab. Durch Flammenhärten oder elektroinduktives Härten ist es auch möglich, den Gegenstand nicht vollständig durchzuhärten, sondern ihn nur in einem ausge­ wählten Oberflächenabschnitt bis zu einer gewünschten Tiefe zu härten. Durch Wahl der Erwärmungstemperatur, -dauer und der Ab­ schreckintensität kann die Härtetiefe zwischen einigen Zehnteln Millimetern und einigen Zentimetern variiert werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Oberflächenhärten von Stahlgegenständen zu schaffen, welches es ermöglicht, gezielt begrenzte Abschnitte, insbesondere im Kanten­ u. Dichtflächenbereich von Werkstücken möglichst konturengenau zu härten. Mit den bekannten Erwärmungsmethoden ist dies deswegen nicht möglich, weil die in das Werkstück eingebrachte Wärme sehr rasch in die Nachbarbereiche abfließt, die gar nicht mit gehärtet werden sollen. Das führt dazu, daß infolge dieses Wärmeabflusses doch Nachbarbereiche beidseits der beabsichtigten Härtezone mit gehärtet werden und Formverzug entstehen kann.

Diese Aufgabe wird nun erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man einen WIG- (Wolfram-Inert-Gas) Brenner in einer Pendelbewegung quer zur Relativbewegung zwischen Brenner und Werkstück über dessen zu härtende Oberflächenabschnitte führt. Die mit einer Härtesteigerung verbundene Gefügeumwandlung erfolgt dann beim anschließenden Luftabkühlen, wenn der Brenner den zuvor erwärmten Oberflächenabschnitt bei seiner Weiterbewegung verläßt. Auf diese Weise gelingt es überraschenderweise, die Härtezone in engen Maßtoleranzen einzuhalten und einen nennenswerten Wärmeabfluß in Nachbarabschnitte der Härtezone wirksam zu verhindern, so daß sich die Härtung nur in dem jeweils gewünschtem Abschnitt vollzieht. Dies hat besondere Bedeutung auch beim Härten im Bereich von Kanten oder Vorsprüngen.

Die bei der Erwärmung des zu härtenden Oberflächenabschnitts des Werkstücks erforderliche Relativbewegung zwischen Werkstück und Brenner kann in bekannter Weise verwirklicht werden, entweder durch eine alleinige Bewegung des Brenners, oder durch eine alleinige Bewegung des Werkstücks gegenüber dem Brenner. Es ist jedoch auch möglich, beide, also Brenner und Werkstück, zu bewegen. Diese letztgenannte kombinierte Bewegung läßt sich z. B. in der Weise verwirklichen, daß das Werkstück gegenüber dem Brenner eine Längsbewegung entlang der Härtezone ausführt, während der Brenner eine Pendelbewegung quer zu dieser Fortbewegungsrich­ tung ausführt und dabei die Breite der Härtezone überstreicht. Es entsteht dabei in jedem Fall ein Zick-Zack- oder Meander-Verlauf der durch den Brenner auf der Werkstückoberfläche erzeugten Spur.

Das zu härtende Werkstück kann bevorzugt auf dem Arbeitstisch, der WIG-Brenner in dem Werkzeugkopf einer Funkenerosionsmaschine einge­ spannt sein. Diese Arbeitsweise empfiehlt sich insbesondere dann, wenn die zu härtenden Oberflächenabschnitte zuvor in der Funken­ erosionsmaschine bearbeitet worden sind.

Durch Umspannen der Elektrode, d. h. z. B. durch Austausch der Funkenerosionselektrode gegen einen WIG-Brenner, kann sofort anschließend an den Erodierprozeß die Härtung in den gewünschten Oberflächenabschnitten sehr gezielt und kontrolliert durchgeführt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens kann mittels des WIG-Brenners in einer gesteuerten überlagerten Längs- und Querbewegung im Bereich von stark auf Verschleiß beanspruchten Flächen und Kanten, wie den Flächen im Bereich der Schließkanten von z. B. Kunststoffspritzformen, eine gleichförmige Zone (Wärmebehandlungsschicht) erhöhter Festigkeit und Härte erzeugt werden.

Anhand des nachfolgenden Beispiels und der Zeichnung wird die Er­ findung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Funkenerosionsmaschine,

Fig. 2 eine Draufsicht derselben,

Fig. 3 den Härteverlauf im gehärteten Oberflächenabschnitt,

Fig. 4 ein Schliffbild des gehärteten Oberflächenabschnitts in 50-facher Vergrößerung.

Ein WIG-Brenner 1, bestehend aus einem Wolfram-Draht, der von inertem Schutzgas umspült wird, wurde in eine Funkenerosions­ maschine 2 als Elektrode eingespannt. Das oberflächenzuhärtende Werkstück 3 wurde auf den Arbeitstisch 4 der Funkenerosionsmaschine 2 aufgespannt. Der Brenner führte entlang der strichpunktierten Linie 5 eine Pendelbewegung aus, und der Arbeitstisch 4 mit dem aufgespannten Werkstück 3 wurde in X-Richtung quer zur Pendelbe­ wegung in Y-Richtung gegenüber dem WIG-Brenner 1 verfahren, der seinerseits gegenüber dem Werkstück 3 in Z-Richtung vertikal verstellbar ist.

Das Werkstück bestand aus dem Stahl Werkstoff Nr. 1.2311.

Der Abstand der Elektrodenspitze gegenüber dem Werkstück betrug 6,5 mm. Die Stromstärke betrug 60 A. Der WIG-Brenner 1 wurde mit einer Geschwindigkeit von 900 mm/min. über eine Spurbreite von 20 mm bewegt. Die Vorschubgeschwindigkeit des Arbeitstisches 4 betrug 2 mm/min.

Die Härte des dabei oberflächengehärteten Abschnitts wurde gemäß Fig. 3 bis zu einer Tiefe von 0,8 mm gesteigert, wobei die maximale Härte im oberflächennahen Abschnitt bis zu einer Tiefe von 0,2 mm auf 600 bis 650 HV 0,2 gegenüber einer Kernhärte von 300 HV 0,2 gesteigert werden konnte.

Ein Schliffbild des oberflächengehärteten Werkstücks zeigt Fig. 4. Die Härtezone erstreckt sich bis zu einer Tiefe von 0,4 mm, während die gesamte durch die Wärmebehandlung beeinflußte Zone sich über 0,7 mm erstreckt.

Messungen ergaben, daß sich die Oberflächenrauhigkeit durch die Härtung nicht negativ verändert hat.

Claims (3)

1. Verfahren zum Härten der Oberfläche von Gegenständen aus durch Gefügeumwandlung härtbaren (martensitischen) Stählen mittels eines WIG (Wolfram-Inert-Gas)-Brenners, der in einer Pendelbewegung quer zur eigentlichen Fortbewegungsrichtung über die zu härtenden Oberflächenabschnitte geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu härtende Werkstück auf dem Arbeitstisch und der WIG-Brenner in den Werkzeugkopf einer Funkenerosionsmaschine gespannt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des WIG- Brenners in einer gesteuerten überlagerten Längs- und Querbewegung im Bereich von stark auf Verschleiß beanspruchten Flächen und Kanten, wie den Flächen im Bereich der Schließkanten von Kunst­ stoffspritzformen, eine gleichförmige Zone (Wärmebehandlungs­ schicht) erhöhter Festigkeit und Härte erzeugt wird.