DE4114124A1

DE4114124A1 - Verfahren zum waermebehandeln eines werkstueckes

Info

Publication number: DE4114124A1
Application number: DE19914114124
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Ing Wendt
Original assignee: Hauni Werke Koerber and Co KG; Koerber AG
Current assignee: Koerber AG
Priority date: 1991-04-30
Filing date: 1991-04-30
Publication date: 1992-11-05

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wärmebehandeln ei nes Werkstücks, insbesondere aus legiertem oder unlegiertem Stahl.

Legierte und unlegierte Stähle müssen oft einer Wärmebehand lung unterzogen werden, insbesondere wenn ihre Oberflächen härte erhöht werden soll. Derartige unlegierte Stähle beste hen z. B. aus Kohlenstoffstählen mit einem Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,3%. Legierte Stähle sind beispielsweise Stähle, in denen der Hauptbestandteil Eisen mit Legierungs bestandteilen wie Chrom, Nickel, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Kobalt und dgl. legiert wird. Beispiele für solche legierten Stähle sind: Chrom-Nickel-Stähle, Chrom-Molybdän- Vanadium-Stähle, Wolfram-Chrom-Molybdän-Vanadium-Stähle, Kobalt-Chrom-Wolfram-Vanadium-Stähle und dgl. Die Anteile der Legierungsbestandteile können je nach den Anforderungen, denen ein Stahl ausgesetzt ist, variieren. Werkstücke aus Stählen der vorgenannten Art werden in besonderen Glühöfen unter Schutzgas oder in Bädern eines problematisch zu entsorgenden Salzes wärmebehandelt. Beide Verfahren sind aufwendig.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Wärmebehandlung von Werkstücken, insbesondere mit über wiegendem Anteil aus Eisen und weiteren Legierungsbestandtei len, zu vereinfachen. Eine spezielle Aufgabe besteht noch darin, Borierverfahren zum Erhöhen der Oberflächenhärte von Werkstücken aus den vorgenannten Stählen zu vereinfachen. Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß auf die zu behandelnde Oberfläche eine im wesentlichen gasdichte Abschlußschicht aufgebracht wird, wonach die Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 750°C und 1200°C erfolgt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. Sie werden anhand von Ausfüh rungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Werkstück mit im wesentlichen gasdichter Ab schlußschicht gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Werkstück mit einer zusätzlichen Borierschicht zwischen Werkstückoberfläche und im wesentlichen gasdichter Abschlußschicht.

Auf die Oberfläche 1 eines Werkstücks 2 aus legiertem oder unlegiertem Stahl wird gemäß Fig. 1 eine gssdichte Abschluß schicht 3 aufgebracht. Die Schicht kann vorteilhaft aus ei ner Keramikmasse bestehen, die plastische oder fließfähige Konsistenz hat. Liegt letztere vor, so läßt sich die Ab schlußschicht einfach durch Eintauchen des Werkstücks 2 in die fließfähige Masse der Keramikmasse bilden. Bei dem nach folgenden Trocknen und Erhitzen infolge der Wärmebehandlung des Werkstücks 2 wird die Masse der Abschlußschicht fest und gasdicht, so daß ein Zutritt von unerwünschten Gasen, z. B. Sauerstoff, zu der Oberfläche 1 des Werkstücks verhindert wird.

Eine andere vorteilhafte Art des Versehens des Werkstücks 2 mit einer gssdichten Abschlußschicht 3 aus Kersmik besteht in einer Feingußform aus Keramik, in die flüssiges Metall eingegossen wird. Das so gebildete Werkstück ist dann fest und gasdicht in der Form eingeschlossen, die somit die Ab schlußschicht 3 bildet. Die gewünschte Wärmebehandlung kann dann während des Erkaltens oder durch Wiedererwärmen des Werkstücks nach dem Erkalten durchgeführt werden. Als Kera mikmasse kann ein Gemisch verwendet werden, das folgende Be standteile aufweist:
Kalziniertes Kaolin, wie es z. B. unter der Bezeichnung MOLOCHITE von der Fa. ECC, Düsseldorf, DE, vertrieben wird,
Zirkonmehl,
organischer Binder, wie er z. B. von der Fa. Monsanto, Düs seldorf, DE, unter der Bezeichnung SEITON SILESTER AR ver trieben wird.

Nach der Wärmebehandlung kann die Abschlußschicht entfernt und das Werkstück zum Härten einer Zwangskühlung unterwor fen, z. B. in Wasser oder Öl abgeschreckt werden.

Bei einer sehr wichtigen Weiterbildung der Erfindung, die selbständigen erfinderischen Rang hat, wird in einem zusätz lichen Schritt auf die zu härtende Oberfläche 101 eines Werkstücks 102 gemäß Fig. 2 ein Bor enthaltendes Medium 104 aufgebracht, bevor die im wesentlichen gasdichte Abschluß schicht aufgebracht wird. Das Medium kann in Form einer Schicht von wasserhaltiger Borierpaste auf die Oberfläche 101 aufgetragen werden, wonach die Borierpaste getrocknet wird. Anschließend wird die gasdichte Abschlußschicht 103 aufgebracht, z. B. wieder durch Tauchen des Werkstücks 102 mit der auf der zu borierenden Oberfläche 101 aufgetragenen Borierpaste 104 in fließfähiger Keramikmasse.

Durch Erwärmen wird die Keramikmasse fest und gasundurchläs sig. Während der Wärmebehandlung zum Borieren bei Temperatu ren zwischen 850 und 1200°C, bevorzugt zwischen 950°C und 1100°C, kann Bor aus der Borierpaste in die anliegende Oberfläche 101 des Werkstücks 102 diffundieren. Es können aber weder Bordämpfe in den Glühofen gelangen, noch umgekehrt schädliche Gase wie Sauerstoff zu der Borschicht, so daß der Boriervorgang gemäß der Erfindung in einfachen Öfen ohne Schutzgas oder Vakuum durchgeführt werden kann. Das Borierverfahren gemäß der Erfindung ist durch die Ein fachheit des Verfahrenssblaufes gegenüber bekannten Borier verfahren sehr vorteilhaft. Hinzu kommt, daß keine aufwendi gen Spezialöfen, sondern einfache Glühöfen ohne Schutzgas oder Vakuum verwendet werden können.

Die im wesentlichen gasdichte Abschlußschicht gemäß der Er findung kann auch eine Metallschicht sein. Sie kann durch Verdampfen von Metall im Lichtbogen im Vakuum und Abscheiden einer Metallschicht auf der relativ kühlen Werkstückoberflä che erzeugt werden. Eine andere Art der Bildung einer Metallschicht besteht darin, daß auf das Werkstück Metall salze aufgebracht werden, aus denen durch anschließendes Galvanisieren die Metallschicht erzeugt wird.

Die Erfindung mit der keramischen Abschlußschicht eignet sich zur Wärmebehandlung von Werkstücken aus Metall (z. B. von Stählen) oder anderem Material, deren Oberflächen wäh rend der Wärmebehandlung gegenüber der Umgebung abgeschlos sen werden soll. Insbesondere bei Verwendung einer Schicht, aus der ein Stoff in die Oberfläche des Werkstückes eindif fundieren soll, z. B. beim Borieren von Stählen, ist die Er findung vorteilhaft einsetzbar.

Claims

1. Verfahren zum Wärmebehandeln eines Werkstückes, insbe sondere aus legiertem oder unlegiertem Stahl, dadurch ge kennzeichnet, daß auf die zu behandelnde Oberfläche eine im wesentlichen gasdichte Abschlußschicht aufgebracht wird, wo nach die Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 750°C und 1200°C erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußschicht als plastische oder fließfähige Keramik masse auf die Oberfläche des Werkstücks aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Keramikmasse bestehende Abschlußschicht eine Form bildet, in die das zu behandelnde Material in flüssigem Zu stand eingegossen wird, wonach die Wärmebehandlung des so gebildeten Werkstücks bei niedrigeren Temperaturen zwischen 750°C und 1200°C durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück nach der Wärmebehandlung einer Zwangskühlung unterworfen wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor Aufbringen der im wesentlichen gasdichten Abschlußschicht auf die zu behandeln de Oberfläche des Werkstücks ein Bor enthaltendes Medium auf gebracht wird, wonach das Werkstück zur Abgabe von Bor aus dem Medium in die Werkstückoberfläche auf eine Temperatur zwischen 950°C und 1200°C (Boriertemperatur) gebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück auf eine Boriertemperatur zwischen 950°C und 1100°C erhitzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 und/oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Bor enthaltende Medium als Wasser enthal tende Borierpaste auf die zu borierende Oberfläche aufge bracht wird, danach Wasser aus der Borierpaste ausgetrieben und danach die Abschlußschicht aufgebracht wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Keramik bestehen de Abschlußschicht durch Eintauchen des Werkstücks in flüs sige Masse aufgebracht wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus Metall bestehende Abschlußschicht auf das Werkstück aufgebracht wird.