DE4313569C1 - Verfahren zum Härten von Kugelgraphitgußeisenteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten von Kugelgra­ phitgußeisenteilen gemäß dem Oberbegriff des 1. Patentan­ spruches.

Kugelgraphit-Gußeisen, auch als Späroguß oder Globolit-Grauguß (GGG) bezeichnet, wird seit Jahrzehnten in der Technik auf den verschiedensten Anwendungsgebieten eingesetzt. Im Fahrzeugbau findet Kugelgraphitguß wegen seiner guten technischen Eigen­ schaften vor allem für Hebel, Starter, Federträger und Getrie­ begehäuse Verwendung.

Wesentlich für die Qualität der Fertigungsteile und ihre Ver­ wendbarkeit ist der Wärmebehandlungsablauf bei der Herstellung von Kugelgraphitgußeisenteilen. Ein derartiger Wärmebehand­ lungsablauf ist aus einem Vortragsmanuskript der Firma Degussa für das 46. Härterei-Kolloquium vom 03.-05.10.1990 in Wiesba­ den, aus dem Bild 4 zu entnehmen. Nach dieser Literaturstelle wird ein Globolit-Graugußteil auf eine Temperatur von 900 bis 920°C erwärmt und über eine Zeitspanne von 2 Stunden bei die­ ser Temperatur gehalten. Nach einem Abschrecken auf 200°C wird das Teil erneut auf 360°C erwärmt und ebenfalls 2 Stunden bei dieser Temperatur gehalten, um es dann auf Raumtemperatur ab­ kühlen zu lassen. Nach der DE-PS 35 09 709 wird bei einem Ver­ fahren zum Herstellen eines zwischenvergüteten Körpers aus Gußeisen mit Kugelgraphit der Formkörper zunächst bei einer Austenit-Stabilisierungstemperatur von 800 bis 1000°C gehalten und dann auf 200 bis 400°C gekühlt, bei welcher die Umwandlung von Austenit in Bainit erfolgt. Die erste Wärmebehandlung er­ folgt während einer Zeitspanne von 4 Stunden und die zweite Wär­ mebehandlung erfolgt über einen Zeitraum von 2 Stunden. Bei die­ sen bekannten Wärmebehandlungsverfahren sind über Stunden dau­ ernde Behandlungsstufen notwendig, die vor allem hohe Energieko­ sten und auch Investitionskosten mit sich bringen. Aus der Zeit­ schrift "Giesserei-Praxis" (Nr. 12/1990), Seite 192 ff. ist ebenfalls die Herstellung von bainitischem Gußeisen mit Kugel­ graphit zu entnehmen. Dabei wird auch auf die zwei Stufen bei der Bainitreaktion eingegangen. Dieser Literaturstelle sind je­ doch konkrete Parameter für die Temperaturen und die Behand­ lungsspannen nicht zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Här­ ten von Gußteilen aus einer Kugelgraphitgußeisenschmelze zu schaffen, bei dem die Wärmebehandlungszeiten verringert werden und womit ein Gußeisenkörper mit Kugelgraphit mit guten mechani­ schen Eigenschaften herstellbar ist.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Patentanspruches gelöst.

Überraschenderweise hat sich bei der erfindungsgemäßen Verfah­ rensdurchführung ergeben, daß damit Gußteile erhalten werden, die trotz einer gegenüber dem Stand der Technik wesentlich ver­ kürzten Austenitisierungs-Zeitspanne und einer kürzeren Umwand­ lungs-Zeitspanne für den Austenit in Bainit, sehr hart und außer­ ordentlich verschleißfest vor der ersten Verschleißbeanspru­ chung, durch die sich in Bruchteilen von Sekunden, je nach der Höhe der Belastung, in aus der Metallkunde bekannten Mechanis­ men, aus dem Rest-Austenit im Gußteil der sehr harte Martensit bildet. Der Martensit bildet sich dabei fortwährend neu aus dem Austenit, in Abhängigkeit von einem eventuellen Abrieb und der Höhe der auftretenden Belastung. Dadurch ergibt sich bei den Gußteilen eine hohe Abrasionsfestigkeit bei schlagartiger Bean­ spruchung und eine hohe Oberflächenermüdungsfestigkeit.

Die Austenitisierungs-Zeitspanne für die Gußteile liegt zwi­ schen 10 und etwa 30 Minuten je nach der Dicke der Bauteile und wird durch den Kohlenstoffdiffusionskoeffizienten bestimmt. Die Umwandlungs-Zeitspanne von bis zu 90 Minuten richtet sich nach dem gewünschten oder erforderlichen Restaustenitgehalt bei dem Gußteil.

Das folgende Beispiel dient der Erläuterung der Erfindung, ohne sie dadurch zu beschränken.

Es wurde eine Gußeisenschmelze für handelsüblichen Globolit- Grauguß (GGG 60) eingesetzt, die bestand aus

2,6 bis 3,9 Gew.-% Kohlenstoff,
1,6 bis 3,0 Gew.-% Silizium,
0,3 bis 0,4 Gew.-% Mangan,
0,025 bis 0,09 Gew.-% Magnesium,
maximal bis 0,5 Gew.-% Kupfer,
maximal bis 0,08 Gew.-% Phosphor,
maximal bis 0,01 Gew.-% Schwefel,
Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen.

Ein Gußteil mit der obengenannten Zusammensetzung wurde in einem Zeitraum von 20 Minuten auf die Austenitisierungstempe­ ratur von 900 bis 920°C aufgeheizt und 25 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten. Danach wurde das Gußteil schnell auf eine Temperatur von etwa 220°C abgeschreckt, innerhalb von 20 Sekunden wieder auf eine Umwandlungstemperatur (Austenit in Bainit) von 360°C aufgeheizt und ungefähr 85 Minuten lang bei dieser Temperatur gehalten.

Nach der Abkühlung auf Raumtemperatur wurden bei dem Gußteil folgende Meßwerte ermittelt:

0,2 Dehngrenze Rp0,2:
770-800 N/mm2
Zugfestigkeit Rm:	1000-1100 N/mm2
Bruchdehnung As:	11,0-12,5%
Schlagarbeit an ungekerbten DVM - Proben:	130-145 J

Die gemessenen Werte wurden ermittelt bei Gußteilen bis zu ei­ ner Materialdicke von 30 mm. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gußteile, die bei hoher Härte und guter Zähigkeit vor allem auch eine hohe Verschleißfestigkeit besit­ zen, sind z. B. für die Herstellung von Federlager besonders gut geeignet. Im Kraftfahrzeug sammelt sich zwischen diesen und den Achsfedern insbesondere Sand und Schmutz an, was zu einem starken Verschleiß dieser Bauteile führt. Bei Federlager aus Gußteilen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden waren, wurde eine zeitliche Verlängerung der Gebrauchs­ dauer um etwa 50% festgestellt.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen einmal darin, daß der Zeitraum für die Wärmebehandlung zum Härten von Gußeisen mit Kugelgraphit gegenüber dem bekannten Stande der Technik wesentlich verringert wird. Es wird damit eine höhere Produktivität der Wärmebehandlungsanlage erreicht. Die Her­ stellungskosten der zu behandelten Gußteile werden reduziert, da sowohl bezogen auf die Anzahl der behandelten Teile ge­ ringere Investitionskosten notwendig sind als auch geringere Energiekosten entstehen. Die hergestellten Teile aus Gußeisen mit Kugelgraphit besitzen gute mechanische Eigenschaften, vor allem eine große Härte und eine außerordentlich hohe Verschleiß­ festigkeit.

Claims (1)

1. Verfahren zum Härten von Kugelgraphitgußteilen mit folgender Zusammensetzung: 2,6 bis 3,9 Gew.-% Kohlenstoff,
   1,6 bis 3,0 Gew.-%′Silizium,
   0,3 bis 0,4 Gew.-% Mangan,
   0,025 bis 0,09 Gew.-% Magnesium,
   maximal bis 0,5 Gew.-% Kupfer,
   maximal bis 0,08 Gew.-% Phosphor,
   maximal bis 0,01 Gew.-% Schwefel,
   Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen, bei welchem Verfahren die Teile hinsichtlich Temperatur und Zeitspannen einem Wärmebehandlungsverfahren unterworfen werden, und zwar

   • - werden die Teile zunächst auf eine Austenitisierungstemperatur von 900 bis 920°C erwärmt und bei dieser Temperatur während einer Zeitspanne (Austenitisierungs-Zeitspanne) von höchstens 30 Minuten gehalten,
   • - darauf werden die Teile in einer Zeitspanne von höchstens 10 Sekunden auf etwa 220°C abgeschreckt, indem die Teile in ein auf 220 + 5°C gehaltenes Salzbad eingebracht werden und in diesem Salzbad bei der angegebenen Temperatur während einer Zeitspanne von 100 bis 120 Sekunden gehalten werden,
   • - danach werden die Teile in einer Zeitspanne von höchstens 25 Sekunden wieder auf eine Temperatur von 320 bis 380°C, vorzugsweise 360°C, erwärmt, durch Einbringen in ein weiteres entsprechend temperiertes Salzbad, und bei dieser Temperatur während einer zweiten Zeitspanne von höchstens 90 Minuten (Umwandlungs-Zeitspanne) gehalten und
   • - anschließend werden die Teile mit einer beliebigen Geschwindigkeit auf Raumtemperatur abgekühlt.