DE4140148C2 - - Google Patents

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.

Ein Verfahren zur Wasserdampfbehandlung von Teilen aus Sintereisen zwecks Eigenschaftsverbesserung ist in "Fortschritte der Pulvermetallurgie", Band 2, 1963, Seiten 165, 166, 175 und 176 beschrieben; danach wird überhitzter Wasserdampf im Temperaturbereich von 460° bis 480°C (Seite 176) bzw. im Bereich von 371° bis 593°C (Seite 175) eingesetzt, das Verfahren betrifft jedoch nicht eine Vorbehandlung von Sintereisenteilen mit anschließender Randschichtenhärtung, sondern ist ausschließlich auf die Wasserdampfbehandlung beschränkt.

Auch das in der DE-PS 32 24 420 beschriebene Verfahren zur Behandlung von Sintereisenteilen betrifft ausschließlich eine Wasserdampfbehandlung. Insbesondere um die Kerbsprödigkeit zu unterdrücken und die Beständigkeit gegen Lochfraß zu verbessern, wird eine Wasserdampfbehandlung von Sintereisenteilen im Vakuum durchgeführt, wobei der Heißdampf die Wände der inneren Poren des gesinterten Werkstücks mit einem Film aus Trieisentetroxid überzieht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bekannte Zweistufenverfahren zur Herstellung oberflächengehärteter Werkstücke aus Sintereisen, wonach zunächst eine Wasserdampfbehandlung und anschließend eine Randschichtenhärtung vorgenommen wird, so zu verbessern, daß dabei eine hohe Maßhaltigkeit der Werkstücke gewährleistet wird.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht mit den Merkmalen des Anspruchs 1, indem die Wasserdampfbehandlung so geführt wird, 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.

Bei den niedrigeren Wasserdampftemperaturen wird die Bildung von FeO vermieden, 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 (6)

1. Verfahren zum Herstellen eines oberflächengehärteten Werkstückes aus Sintereisen, bei dem nach dem Sintern zunächst die Poren an der Oberfläche des Werkstückes durch eine Behandlung mit überhitztem Wasserdampf 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 weitgehend geschlossen werden, wobei eine Oxidschicht von höchstens 5 µm, vorzugsweise von weniger als 4 µm Dicke, auf der Oberfläche des Werkstückes hergestellt wird, und das Werkstück anschließend einer Randschichtenhärtung unterzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserdampfbehandlung höchstens 2 Stunden lang durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke vor der Wasserdampfbehandlung mechanisch bearbeitet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Bearbeitung durch Schleifen oder Läppen erfolgt.

5. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auf Vorgelegeräder für Starter, insbesondere innenverzahnte Hohlräder.

6. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auf Grundplatten und/oder Stützplatten von Elektrokraftstoffpumpen.