DE940302C

DE940302C - Staehle fuer Gegenstaende mit gehaerteter Oberflaeche

Info

Publication number: DE940302C
Application number: DEP51318A
Authority: DE
Inventors: Robert Mintrop
Original assignee: E H WALTER EILENDER DR ING; ROBERT MINTROP DR ING
Current assignee: E H WALTER EILENDER DR ING; ROBERT MINTROP DR ING
Priority date: 1949-08-07
Filing date: 1949-08-07
Publication date: 1956-03-15

Description

Stähle für Gegenstände mit gehärteter Oberfläche Die Schneiden gehärteter Werkzeugstähle müssen von besonderer Standfestigkeit und Sicherheit gegen Ausbröckelungen, insbesondere bei schlagartiger und stoßweiser Beanspruchung, sein, Anforderungen, die bei harter Oberfläche, hoher Verschleißfestigkeit und guten Schneideigenschaften vom Stahl auch eine ausreichende Zähigkeit verlangen. Am besten erfüllen diese Bedingungen bekanntlich Stähle, die im gehärteten Zustand ein feinnadeliges, martensitisches Härtungsgefüge, das vielfach mit Hardenit bezeichnet wird, aufweisen. Um es herzustellen, werden untereutektoide unlegierte und niedriglegierteStähle zweckmäßig bei Temperaturen oberhalbJes Umwandlung spunktesA3 und übereutektoide Stähle von Temperaturen dicht oberhalb A1 gehärtet. Eine -weitere Erhöhung der Verschleißfestigkeit und Schneidhaltigkeit bewirken eingelagerte Karbide, sofern sie nicht in Form eines die Sprödigkeit erhöhenden Netzwerkes in den Korngrenzen angeordnet sind, sondern in abgerundeter kugeliger Form vorliegen. Bekannt ist auch, daß man die Oberflächenhärte durch Nitrieren weiter steigern kann und daß sich dabei eine besonders scharfe Härtung ergibt, wenn die Anreicherung von Stickstoff in der Oberflächenschicht mit der üblichen Härtung von Temperaturen oberhalb A3 bei untereutektoiden und oberhalb A1 bei übereutektoiden Stählen gleichzeitig vorgenommen wird. Schließlich hat das Schrifttum darauf hingewiesen, daß sich bei niedriggekohlten Stählen, z. B. bei Flußstählen für Zylinder von Verbrennungsmotoren, auch eine Oberflächenhärtung dadurch erzielen läßt, daß man diese Stähle bei Temperaturen dicht unterhalb Al bis zu einer gewissen Eindringtie-fe aufkohlt und aufstickt. Dabei -wandelt sich die aufgekohlte und aufgestickte Zone in den austenitischen, d. h. den abschreckhärtbaren Zustand um, so daß ein anschließendes Abschrecken der in dieser Weise behandelten Einsatzstähle zu einer Härtung der Oberfläche führt.
An eingehenden Versuchen und Beobachtungen ergab sich nun überraschenderweise, daß sich an höhergekohlten Stählen, d. h. an Stählen mit mehr als o ,6'%, Kohlenstoff, ungewöhnlich günstige Gefügestrukturen herstellen lassen, wenn man diese Stähle zunächst bei Temperaturen dicht unterhalb des Umwandlungspunktes A1 oberflächig aufkohlt und aufstickt und durch anschließendes Abschrekken härtet. Das Aufkohlen und Aufsticken geschieht dabei am vorteilhaftesten in den bekannten festen, flüssigen oder gasförmigen stickstoff- und kohlenstoffabgebenden Einsatzmitteln. Als besonders geeignet erwies sich eine Schmelze aus Alkali-und Erdalkalisalzen mit einem Zusatz von etwa 7'/0 einer Zyanverbindung. Bei der Behandlung in solchen Einsatzmitteln wird durch die Stickstoffanreicherung der Oberflächenschicht des Stahles die Umwandlungstemperatur A1 so weit gesenkt, daß sich Austenit bildet und bei der anschließenden Härtung eine Oberflächenschicht aus fei.nnadeligem Martensit mit Karbideinlagerungen entsteht.
Wesentlich -für das Verfahren nach dieser Erfindung ist die Anwendung der gekennzeichneten Behandlungsart auf hochgekohlte Stähle. Daraus ergeben sich besondere Vorteile, die darin begründet sind, daß der Kohlenstoff bereits im Ausgangswerkstoff enthalten ist und seine Verteilung damit in bekannter Weise durch Wärmebehandlung beeinflußtwerden kann. Geht man beispielsweise von einem weichgeglühten Werkzeugstahl aus, dann wird durch das Härteverfahren nach dieser Erfindung in der Oberflächenschicht ein Härtungsgefüge hergestellt, das aus einer feinnadeligen martensitischen Grundmasse (Hardenit) besteht, darüber hinaus aber Karbideinlagerungen aufweist in rundlicher Form als sogenannte Karbidkügelchen. Durch eine der Härtung vorgeschaltete Vergütung kann der Verteilungsgrad der Karbideinlagerungen weiter verfeinert und damit auch diejenige des Härtungsgefüges in der Oberflächenschicht noch verbessert werden. Das ist aber nicht möglich, wenn man kohlenstoffarme Eisensorten bei Temperaturen unterhalb A1 aufkohlt, aufstickt und abschreckt, ein Umstand, der das so behandelte Flußeisen mangels hinreichender Verschleißfestigkeit, Zähigkeit und Schneidfähigkeit nicht brauchbar macht für Hochleistungswerkzeuge, bei denen es gerade au-f diese Eigenschaften in besonderer Weise ankommt.
In den Abb. r und 2 der Zeichnung ist das Gefüge von zwei mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten oberflächengehärteten Werkzeugstählen veranschaulicht.
Abb. z zeigt die Struktur der Oberflächenschicht einer nach dem erfindungsgemäß durchzuführenden Verfahren gehärteten Feile. . Der Ausgangswerkstoff besteht aus unlegiertem Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von o,7%. Man erkennt, daß in einer feinnadeligen, fast strukturlosen martensitischen Grundmasse feinverteilte Karbide in einer für einen gehärteten Werkzeugstahl günstigsten Verteilungsform vorliegen. Neben hohem Verschleißwiderstand und guten Schneideigenschaften haben die nach der Erfindung behandelten Werkzeuge noch den Vorteil, daß sie sich ohne Verlust dieser Eigenschäften plastisch verbiegen lassen und auch wieder gerichtet werden können.
Es hat sich nun als zweckmäßig erwiesen, den Werkzeugstahl im Anschluß an die beschriebene Einsatzbehandlung einer besonderen Wärmebehandlung zu unterziehen, um den Übergang von der harten Oberflächenschicht zum Werkstoffkern weicher zu gestalten und eine größere Tiefenhärtung zu erzielen. Die Wärmebehandlung besteht dann in einer kurzzeitigen., d. h: einige Sekunden dauern-den Erhitzung des aus dem Einsatz kommenden. Stahles auf Temperaturen oberhalb A1 und einer anschließend-en raschen Abkühlung, wobei man; sich zweckmäßigerweise der von der Tauch-, Induktions- oder Brennhärtung her bekannten Mittel bedient. Geeignet erwies sich z. B. eine Wärmebehandlung, gemäß der das Werkstück nach Durchführung der Einsatzbehandlung kurzzeitig in ein auf einer Temperatur von $oo° C befindliches Salzbad eingetaucht und gleich anschließend abgeschreckt wurde. Durch diese Behandlung wurde, wie Abb.2 an einer gehärteten Feile zeigt, eine teilweise Härtung auch des unterhalb der Einsatzschicht befindlichen Grundwerkstoffes erreicht. Durch entsprechende Bemessung der Tauchzeit läßt sich die Eindrina tiefe der Erwärmung und damit auch die Einhärtetiefe regeln, wobei sogar Durchhärtung, wenn, erwünscht, erzielt werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: z. Die Verwendung von =legierten oder niedriglegierten Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt von mindestens o,6% als Werkstoff für Gegenstände, die durch Aufkohlen, Aufsticken und Abschrecken bei Temperaturen dicht unterhalb der Umwandlungstemperatur Al, vorzugsweise bei 65o bis 720° C, eine gehärtete Oberfläche besitzen sollen. z. Wärmebehandlung der im Anspruch r genannten. Gegenstände aus den im Anspruch z genannten Stählen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände nach der Einsatzbehandlung bei Temperaturen dicht unterhalb der Umwandlungstemperatur Al kurzzeitig auf eine höhere Temperatur als .die Einsatztemperatur erwärmt und anschließend rasch abgekühlt werden. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 243 238, 734 902.