DE4140148A1 - Verfahren zum herstellen eines oberflaechengehaerteten werkstuecks aus sintereisen - Google Patents
Verfahren zum herstellen eines oberflaechengehaerteten werkstuecks aus sintereisenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines
oberflächengehärteten Werkstückes aus Sintereisen, wobei nach dem
Sintern durch eine Wasserdampfbehandlung die Poren an der Oberfläche
weitgehend geschlossen werden und das Werkstück anschließend einer
Randschichtenhärtung unterzogen wird.
Aus der DE-OS 33 01 541 ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt.
Zum Zweck des Porenverschlusses als Vorbehandlung für eine
Oberflächenhärtung erfolgt dabei eine Wasserdampfbehandlung. Zur
Verbesserung der Maßhaltigkeit schlägt die DE-OS 33 01 541 vor, das
poröse Werkstück aus gesintertem Eisen zur Erzeugung von
Eisenoxidschichten auf den zugänglichen inneren und äußeren
Oberflächen in einer wasserdampfhaltigen Atmosphäre und in einer
zweiten Stufe zur teilweisen Reduktion dieser Oxidschichten und zur
Härtung einer schmalen, von der äußeren Oberfläche ausgehenden Zone
in Gegenwart eines Kohlenstoff abgebenden Fluids erhitzt wird.
Allerdings ist die Steuerung dieses Verfahrens und damit auch die
Steuerung der Bildung beziehungsweise Reduktion der Oxidschicht sehr
beschränkt.
Die aus einem Sintereisen, das heißt pulvermetallurgisch
hergestellten Werkstücke sind im allgemeinen porös, sofern sie nicht
durch Schmieden oder andere Formungsverfahren verdichtet werden. Die
Porosität hat jedoch Nachteile, zum Beispiel in Bezug auf die
Korrosionsbeständigkeit, welche beeinträchtigt ist, da
beispielsweise flüssige Stoffe in das poröse Werkstück eindringen.
Hier kommt es dann zu Reaktionen mit korrodierenden Agenzien oder
dergleichen, wobei die Eigenschaft der Werkstückoberfläche verändert
wird. Zur Verhinderung des Eindringens derartiger Stoffe in die
Oberfläche eines porösen Werkstückes ist es bekannt, dieses mit
Kunstharz, Wachs, ölartiger Substanz oder dergleichen zu überziehen.
Die Porosität gesinterter Werkstücke ist außerdem nachteilig, wenn
es darum geht, eine Randschichtenhärtung zu erzielen. Durch die
Poren können die zur Härtung eingesetzten Gase ins Innere des
Werkstückes eindringen, wobei das Werkstück durchhärtet. Um
ausschließlich eine Randschichtenhärtung zu erreichen, ist daher ein
weitgehender und im Härtungsprozeß stabiler Porenverschluß
notwendig. Die oben beschriebenen Überzüge sind allerdings
unbeständig, so daß eine entsprechende Imprägnierung nicht für
gesinterte Werkstücke brauchbar ist, die nach dem Sintern einer
Wärmebehandlung unterworfen sind.
Eine Wärmebehandlung erfolgt vor allem zur Erzielung einer größeren
Härte. Als Wärmebehandlungsverfahren sind ein Aufkohlen,
Nitrocarburieren, Nitrieren und Oxidieren bekannt. Durch diese
Verfahren lassen sich Oberflächen von hoher Verschleißfestigkeit
erzielen.
Nach der vorliegenden Erfindung wird die Wasserdampfbehandlung
entsprechend den Merkmalen von Anspruch 1 so geführt, daß ein
ausreichender Porenverschluß bei geringst möglicher
Oxidschichtdichte erreicht wird. Überraschenderweise können diese
Eigenschaften bereits bei relativ niedrigen Wasserdampftemperaturen
erhalten werden. Daraus ergibt sich eine wirtschaftliche
Arbeitsweise bei zumindest gleichbleibend guten Ergebnissen.
Ein weiterer Vorteil der niedrigeren Wasserdampftemperaturen ergibt
sich daraus, daß die Bildung von FeO vermieden wird, die ab etwa
560°C eintritt. FeO zerfällt bei Abkühlung in Fe3O4 und Fe;
dieser Zerfall führt zu einer schwammigen Oberflächenstruktur, die
neben einer deutlich verminderten Korrosionsbeständigkeit auch zu
einer voluminösen Verbindungsschicht bei der nachfolgenden
Wärmebehandlung, somit insbesondere zur Verschlechterung der
Maßhaltigkeit führt.
Bevorzugt wird durch die modifizierte Wasserdampfbehandlung eine
Oxidschicht von maximal 5 µm, vorzugsweise von < 4 µm auf der
Oberfläche des Werkstücks hergestellt. Dies geschieht durch ein
gezieltes Wasserdampfbehandeln bei den angegebenen Temperaturen und
Drücken des überhitzten Wasserdampfes. Ziel ist ein auseichender
Porenverschluß bei minimaler Oxidschichtdicke.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das Werkstück vor der
Wasserdampfbehandlung einer mechanischen Bearbeitung unterzogen. Die
mechanische Bearbeitung erfolgt dabei bevorzugt durch Gleitschleifen
oder durch Läppstrahlen.
Die mechanische Bearbeitung empfiehlt sich vor allem, wenn enge
Toleranzen bei der Maßhaltigkeit vorgegeben sind oder wenn eine gut
ausgeprägte Schicht mit engen Toleranzen gefordert wird. Das
Werkstück wird im Anschluß an die mechanische Bearbeitung einer
Randschichthärtung unterzogen.
Das oben genannte Verfahren wird vor allem bei der Herstellung von
Hohlrädern verwendet, wobei sich eine deutlich verbesserte
Maßhaltigkeit herausstellte. Durch das Verfahren läßt sich der
Ausschuß erheblich reduzieren, ein Vermessen ist nicht mehr
notwendig.
In einem Ausführungsbeispiel wird ein durch Nitrocarburieren
gehärtetes Hohlrad in folgenden Fertigungsstufen hergestellt:
Claims (7)
1. Verfahren zum Herstellen eines Werkstückes aus Sintereisen, wobei
nach dem Sintern zunächst die Poren an der Oberfläche des
Werkstückes durch eine Behandlung mit überhitztem Wasserdampf
weitgehend geschlossen werden und das Werkstück anschließend einer
Randschichtenhärtung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß
die Wasserdampfbehandlung bei einer Temperatur unterhalb 500°C,
insbesondere bei 430 bis 480°C, und bei einem
Wasserdampfpartialdruck von 20 bis 80 mbar, insbesondere von 30 bis
50 mbar, erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wasserdampfbehandlung bis maximal 2 Stunden durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
durch die Wasserdampfbehandlung eine Oxidschicht von maximal 5 µm,
vorzugsweise von < 4 µm, auf der Oberfläche des Werkstückes
hergestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Werkstücke vor der Wasserdampfbehandlung
einer mechanischen Bearbeitung unterzogen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
mechanische Bearbeitung durch Schleifen oder Läppen erfolgt.
6. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur
Herstellung von Vorgelegerädern für Starter, insbesondere von
innenverzahnten Hohlrädern.
7. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur
Herstellung von Grundplatte und/oder Stützplatte von
Elektrokraftstoffpumpen.
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