DE4224264C1

DE4224264C1 - Remelting of workpiece surface - by reducing carbon@ content in parts where remelting will not occur and directing an arc, electron, plasma or laser beam onto the surface

Info

Publication number: DE4224264C1
Application number: DE19924224264
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Leisner; Friedhelm Prof. Dr.-Ing. 5630 Remscheid De Reinke
Original assignee: AEG Elotherm GmbH
Current assignee: SMS Elotherm GmbH
Priority date: 1992-07-23
Filing date: 1992-07-23
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2012-07-24

Abstract

To the surface of a cast iron workpiece, an energy beam is directed at the surface using an arc, electron beam, plasma or laser. The carbon content is reduced at least in the part of the workpiece surface which is not subjected to remelting. Initially, the whole surface area of the workpiece is annealed to remove carbon and the surface layer is removed where the remelting is to be applied, or only the surface area which is not to be remelting hardened is annealed to remove carbon. The surface area of the workpiece which has not been remelted is removed, if necessary, after the remelting action. USE/ADVANTAGE - The remelting gives a surface hardening to components, such as the running surfaces of the cam on an engine camshaft. The material round the remelting zone to be hardened is protected before remelting.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum umschmelzbehandeln der Oberflächenschicht gußeiserner Werkstücke mittels eines energiereichen Strahls.The invention relates to a method for remelting the surface layer of cast iron Workpieces using a high-energy beam.

Die Technik des Umschmelzhärtens ist seit Jahrzehnten bekannt und vielfach beschrieben, z. B. in : F. Reinke in VDI-Berichte Nr. 506, Febr. 1984. Sie wird vornehmlich angewendet zum Härten der Laufflächen von Nocken von Nockenwellen von Brennkraftmaschinen (DE-PS 27 42 597), von durch eine Steuernocke betätigten Steuerelementen (Schlepphebel, Kipphebel) von Ventilen oder dergleichen an Verbrennungsmotoren (DE-OS 30 44 477) aus Gußeisen. Der Härtungsmechanismus beruht auf einer Lösung des Kohlenstoffs in der Schmelze und der Erstarrung der Schmelze in vornehmlich grafitfreies ledeburitisches (hartes) Gefüge beim Abkühlen aus dem aufgeschmolzenen Zustand.The technique of remelt hardening has been around for decades known and widely described, e.g. B. in: F. Reinke in VDI Reports No. 506, Feb. 1984. It is primarily used to harden the treads of cams from Camshafts of internal combustion engines (DE-PS 27 42 597), from controls actuated by a control cam (Rocker arm, rocker arm) of valves or the like Internal combustion engines (DE-OS 30 44 477) made of cast iron. The Hardening mechanism is based on a solution of the Carbon in the melt and solidification of the Melt into primarily graphite-free ledeburitic (Hard) structure when cooling from the melted Status.

Beim Umschmelzhärten muß man besondere Maßnahmen treffen, damit es im Kantenbereich nicht zum Abtropfen von aufgeschmolzenem Material kommt. Hierfür sind verschiedene Verfahren entwickelt worden. So hat man beim umschmelzhärten die Kanten gekühlt (DE-OS 32 31 774). When remelt hardening you have to take special measures so that it does not drip off in the edge area melted material comes. There are several for this Process has been developed. So you have at remelt harden the edges cooled (DE-OS 32 31 774).

Ein anderer Vorschlag beim sog. Pendelhärten (DE-PS 32 19 172), vorzugsweise der Lauffläche eines Nockens, ging dahin, den Lichtbogen von dem einen Rand der Nocke zum anderen im wesentlichen mit gleichbleibender Geschwindigkeit und an den Umkehrpunkten der Bahn mit höherer Geschwindigkeit zu bewegen. Durch diese gesteuerte Bewegung des Lichtbogens sollte verhindert werden, daß zuviel Wärmeenergie in den Kantenbereich gelangt, die dort Aufschmelzungen verursachen würde.Another proposal for so-called pendulum hardening (DE-PS 32 19 172), preferably the tread of a cam the arc from one edge of the cam to the others essentially with the same Speed and at the reversal points of the train with move at higher speed. Through this controlled movement of the arc should be prevented that too much heat energy in the edge area reached, which would cause melting there.

Die erwähnten Umschmelzhärteverfahren führten zu der sog. "weichen", also ungehärteten Kante. Es wurde aber auch schon vorgeschlagen, die Kante mitzuhärten. In der JP-AS 2 31 44 792 wurde vorgeschlagen, das Umschmelzhärten auf 2/3 bis 3/4 der Gesamtbreite eines Nockens zu erstrecken, um so genügend Wärme in den Kantenbereich fließen zu lassen, damit es dort zur Austenitisierung und dann bei der Abkühlung zu einer martensitischen Gefügeumwandlung kommt. Ein Alternativverfahren zum Umschmelzen mit "harter", also gehärteter Kante wurde durch die DE 39 16 684 C2 bekannt. Hier wurde vorgeschlagen, die Randbereiche der umschmelzzuhärtenden Oberflächenabschnitte mit soviel Zeitunterschied oder geometrischem Versatz zu behandeln, daß nicht beide Bereiche gleichzeitig flüssig sind. In der Praxis bedeutete dies, daß man zunächst den Mittelabschnitt in einer Pendelbewegung des energiereichen Strahls und anschließend die Randbereiche durch transversale Bewegung des Strahls umschmelzhärtete oder umgekehrt.The remelt hardening process mentioned led to the so-called "soft", ie unhardened edge. But it was too already suggested to harden the edge. In the JP-AS 2 31 44 792 has proposed the remelt hardening to 2/3 to 3/4 of the total width of a cam extend so as to provide enough heat in the edge area to allow it to flow there for austenitization and then when cooling to a martensitic Structural transformation is coming. An alternative method to Remelting with "hard", so hardened edge was known from DE 39 16 684 C2. Here was proposed the edge areas of the remelt-hardening Surface sections with so much time difference or treat geometric offset that not both Areas are fluid at the same time. In practice this meant that the middle section in a pendulum movement of the high-energy beam and then the edge areas by transverse movement of the beam remelted or vice versa.

Alle genannten Verfahren erforderten zusätzliche Maßnahmen, die den Aufwand für das Umschmelzhärten erhöhen.All of the above procedures required additional ones Measures that the expenditure for remelt hardening increase.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Kanten eines umschmelzzubehandelnden Werkstücks oder die Randbereiche um die umschmelzzubehandelnden Randschichtzonen bzw. Oberflächenabschnitte der Werkstücke ohne größeren Aufwand, wie er bei bekannten Verfahren notwendig ist, vor dem Umschmelzen zu schützen.The invention is based on the object, the edges of a workpiece to be remelted or die Edge areas around those to be remelted Boundary layer zones or surface sections of the Workpieces without great effort, as is the case with known ones Procedure is necessary before remelting too protect.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß mindestens in dem Teil der Werkstückoberfläche, der nicht einer Umschmelzbehandlung unterworfen werden soll, der Kohlenstoffgehalt abgesenkt wird. Die zu härtende Oberfläche einschließlich der diese begrenzenden Ränder oder Kanten werden also vor dem Beginn des Umschmelzhärtens bis zu einer Tiefe von einigen Zehntel Millimetern entkohlt. Nach einer Verfahrensalternative ist vorgesehen, daß zunächst die gesamte Oberfläche des Werkstücks entkohlend geglüht wird und anschließend die entkohlte Schicht in den Bereichen, die umgeschmolzen werden sollen, entfernt wird. Nach einer anderen Verfahrensalternative werden nur die Bereiche, die nicht umgeschmolzen werden sollen, entkohlend geglüht.To solve this problem, according to the invention suggested that at least in the part of the Workpiece surface that is not a remelting treatment to be subjected to reduced carbon content becomes. The surface to be hardened including this bounding edges or edges are thus before the Beginning of remelt hardening to a depth of decarburized a few tenths of a millimeter. After a Process alternative is provided that first the entire surface of the workpiece is decarburized and then the decarburized layer in the areas which are to be remelted is removed. To Another process alternative will only be the Areas that should not be remelted decarburized annealed.

Dabei werden die nicht umgeschmolzenen Oberflächenbereiche des Werkstücks - wenn erforderlich - nach dem Umschmelzen entfernt. Beim Aufschmelzen der entkohlten Randschichtzone und der darunter liegenden kohlenstoffhaltigen Zone findet sofort ein Ausgleich der Kohlenstoffkonzentration statt, so daß sich in der Aufschmelzzone ein mittlerer Kohlenstoffgehalt einstellt. Daher liegt der Schmelzpunkt in der abgekohlten Randschichtzone unterhalb desjenigen von Eisen, mit dem die benachbarten Ränder oder Kanten nach dem Entkohlen oder Abkohlen beschichtet sind. The ones that are not remelted Surface areas of the workpiece - if necessary - removed after remelting. When melting the decarburized surface zone and the one below carbon-containing zone is immediately compensated the carbon concentration instead, so that in the Melting zone a medium carbon content sets. Therefore, the melting point is in the charred boundary layer zone below that of Iron with which the adjacent edges or edges follow decarburization or decarburization are coated.

So bleiben diese Kanten oder Ränder beim Umschmelzen der Randschichtzone fest.So these edges or edges remain when remelting the boundary layer zone.

Man kann alternativ auch nur die Kanten oder Ränder um die umzuschmelzende Randschichtzone ab- oder entkohlen, indem die Randschichtzone beim Ab- oder Entkohlen abgedeckt wird. Dann kann unmittelbar nach dem Ab- oder Entkohlen mit dem Umschmelzen der Randschichtzone begonnen werden.Alternatively, you can just move around the edges the boundary layer zone to be remelted or decarburize by removing the edge layer zone when removing or Decarburization is covered. Then immediately after Decarburization or decarburization with the melting of the Boundary layer zone can be started.

Die Ab- bzw. Entkohlung erfolgt bevorzugt durch entkohlendes Glühen der Oberfläche der Werkstücke. Es wird solange ab- bzw. entkohlt, bis der Kohlenstoff bis zu der gewünschten Tiefe und in der gewünschten Menge aus der Oberfläche entfernt bzw. verringert ist. Diese Tiefe liegt im Bereich einiger Zehntel Millimeter und ist stets geringer als die angestrebte Umschmelztiefe. Grundsätzlich ist es aber auch möglich die ab- oder entkohlte Oberfläche schon beim Abguß zu erzeugen.Decarburization or decarburization is preferably carried out by decarburizing annealing of the surface of the workpieces. It is decarburized or decarbonized until the carbon to to the desired depth and quantity the surface is removed or reduced. That depth is in the range of a few tenths of a millimeter and is always less than the desired remelting depth. Basically, it is also possible to remove or to generate decarburized surface already during casting.

Bei angemessener Energiezuführung im Rand- oder im Kantenbereich um die umzuschmelzenden Randschichtzonen bleibt die im Kohlenstoffgehalt verminderte Oberflächenschicht fest, während die kohlenstoffhaltige Randschichtzone aufgeschmolzen wird, weil deren Schmelzpunkt niedriger liegt als der von reinem Eisen. Dies ergibt sich aus dem bekannten Eisen-Kohlenstoff-Zustandsdiagramm, nach welchem der Schmelzpunkt einer Eisen-Kohlenstofflegierung mit steigendem Kohlenstoffgehalt bis zum Eutektikum auf 1130°C sinkt. With adequate energy supply in the marginal or in Edge area around those to be remelted Boundary layer zones remains in the carbon content diminished surface layer firmly while the carbon-containing boundary layer zone is melted, because their melting point is lower than that of pure iron. This follows from the known Iron-carbon state diagram, according to which the Melting point of an iron-carbon alloy with increasing carbon content up to the eutectic 1130 ° C drops.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahrensweise ist einfacher als die bisher bekannten Maßnahmen, weil beim Umschmelzen keine besondere Vorsichtsmaßnahme mehr getroffen zu werden braucht. Dadurch wird der Umschmelzprozeß selbst rascher und problemloser durchgeführt werden können. Die beim Umschmelzen üblichen Leistungsdichten können gefahrlos beibehalten werden, ohne daß Randanschmelzungen des entkohlten Gefüges entstehen. Die notwendigen Vorbereitungen des Werkstücks durch entkohlendes Glühen und bereichsweises Entfernen der entkohlten Schicht kann im Rahmen der Herstellung des Werkstücks in der Gießerei vorgenommen werden.The procedure proposed according to the invention is easier than the previously known measures, because the Remelt no longer a special precaution needs to be hit. This will make the Remelting process itself faster and easier can be carried out. The one when remelting usual power densities can be maintained safely be, without melting the decarburized edge Structures emerge. The necessary preparations for the Workpiece by decarburizing annealing and area by area Removing the decarburized layer can be done as part of the Production of the workpiece made in the foundry will.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen Schlepphebel in perspektivischer Darstellung und Fig. 1 shows a rocker arm in perspective and

Fig. 2 einen Querschnitt desselben. Fig. 2 shows a cross section of the same.

In Fig. 1 ist ein Schlepphebel 1 mit umgeschmolzener Randschichtzone 2 dargestellt. Die Kanten 3 (Fig. 2) weisen noch die entkohlte Schicht 4 aus reinem Eisen auf, die in der umgeschmolzenen Randschichtzone 2 vorher abgearbeitet worden ist. Nach dem Umschmelzen kann auch die entkohlte Oberflächenschicht im Randbereich entfernt werden. Sie kann aber je nach Konstruktion des Nockenfolgers auch erhalten bleiben.In Fig. 1 a rocker arm 1 is shown with remelted boundary layer zone 2 . The edges 3 ( FIG. 2) still have the decarburized layer 4 made of pure iron, which was previously worked off in the remelted boundary layer zone 2 . After remelting, the decarburized surface layer in the edge area can also be removed. Depending on the design of the cam follower, it can also be retained.

Claims

1. A method for remelting the surface layer of cast iron workpieces by means of an energy-rich beam (arc, electrons, plasma, laser), characterized in that the carbon content is reduced at least in the part of the workpiece surface which is not to be subjected to remelting treatment.

2. The method according to claim 1, characterized in that first the entire surface of the workpiece is decarburized and then decarburized Layer in the areas that are remelted should be removed.

3. The method according to claim 1, characterized in that only the Areas that should not be remelted be decarburized.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the not remelted surface areas of the workpiece - if necessary - removed after remelting will.