EP0065678B1 - Verfahren und Vorrichtung zur abschnittsweisen Wärmebehandlung von Bauteilen aus Eisenwerkstoffen - Google Patents

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EP0065678B1
EP0065678B1 EP82103913A EP82103913A EP0065678B1 EP 0065678 B1 EP0065678 B1 EP 0065678B1 EP 82103913 A EP82103913 A EP 82103913A EP 82103913 A EP82103913 A EP 82103913A EP 0065678 B1 EP0065678 B1 EP 0065678B1
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heat treatment
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heat treating
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Wilhelm Hauke
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Georg Fischer AG
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D5/00—Heat treatments of cast-iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C21D1/19—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering by interrupted quenching
    • C21D1/20—Isothermal quenching, e.g. bainitic hardening
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/63—Quenching devices for bath quenching

Definitions

  • the present invention relates to a method for the partial heat treatment of components made of cast iron materials with spheroidal graphite and pearlitic basic structure.
  • components such as Shafts, gear rings, spur gears, shift forks, etc. undergo isothermal heat treatment in the bainite stage.
  • the components are completely austenitized and then converted into a holding bath.
  • the disadvantage here is that the high-strength structural properties of the bainite are also transferred to those sections of the component in which they are not desired.
  • J. Dodd (Foundry, Volume 65, No. 4, February 1978) describes a process for the intermediate stage tempering of cast iron with spheroidal graphite, which corresponds to the classic isothermal conversion.
  • this method which is well known from the steels, the entire component is converted into a bainitic structure by first completely and uniformly austenitizing the components and then cooling to bainite temperature and then maintaining this temperature.
  • the object of the present invention is to propose an economical method which leads to a partial formation of bainitic structural areas on components.
  • Test specimens with a starting material of the composition 3.65% by weight of C; 2.38 wt% Si; 0.46 wt% Mn; The rest of Fe and a basic structure of 75% pearlite and 25% ferrite were partially heat-treated. First, the sections to be treated were inductively heated to a temperature between 850 and 1000 ° C.
  • the drop height between the heating coil and the tempering bath was set at approx. 90 mm.
  • the test specimens were then kept in a salt bath at 275 ° C. for 120 minutes.
  • the method was also tested on a module 3 gearwheel.
  • the starting material was GGG with a pearlitic structure.
  • the temperature was raised to 900 ° C.
  • the heating up time was 32 seconds.
  • the test wheel was then kept in the salt bath at 280 ° C. for 120 minutes.
  • Module 3 gears were also treated in such a way that a bainitic structure was set from the tooth head to about 4 mm below the tooth base.
  • the quenching bath 1 shows a modified induction hardening system, the quenching bath 1 being arranged directly under the induction coil 2, so that the component 3 falls directly into the bath without the usual spraying by means of a shower arranged between the induction coil and bath 1.
  • the quenching medium can be a tempered salt bath or oil. A metal bath can also be used.
  • a component A is shown in FIG. 2, the microstructure to be expected, together with the temperature curves to be expected, being indicated in the corresponding ZTU diagram. It has been shown that the bainitic structure is characterized by excellent wear behavior with high strength.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur partiellen Wärmebehandlung von Bauteilen aus Gusseisenwerkstoffen mit Kugelgraphit und perlitischem Grundgefüge.
  • Zur Erzielung hochfester Eigenschaften ist est bekannt Bauteile, wie z.B. Wellen, Zahnringe, Stirnräder, Schaltgabeln u.a. einer isothermen Wärmebehandlung in der Bainitstufe zu unterziehen. Dabei werden die Bauteile vollständig austenitisiert und anschliessend in einem Haltebad umgewandelt.
  • Nachteilig dabei ist, dass die hochfesten Gefügeeigenschaften des Bainits auch auf solche Abschnitte des Bauteiles übertragen werden, in denen sie nicht erwünscht sind.
  • J. Dodd (Giesserei, Band 65, Nr. 4, Februar 1978) beschreibt ein Verfahren zur Zwischenstufenvergütung von Gusseisen mit Kugelgraphit, das dem klassischen isothermen Umwandeln entspricht. Bei diesem Verfahren, das von den Stählen her gut bekannt ist, wird das gesamte Bauteil in ein bainitisches Gefüge übergeführt, indem zuerst die Bauteile vollständig und gleichmässig austenitisiert werden und dann auf Bainit-Temperatur abgekühlt und dann auf dieser Temperatur gehalten werden.
  • Im Aufsatz von K. Hornung et al. in der VDI-Zeitschrift, Band 123, Nr. 4, Februar 1981 werden Gusseisenwerkstoffe für hochbeanspruchte Fahrzeugteile wie Zahnräder beschrieben, bei denen durch Zwischenstufenvergütung erhebliche Festigkeitssteigerungen erreicht werden. Dabei werden die Bauteile, die eine ferritische Grundstruktur aufweisen, vollständig auf Austenitisierungstemperatur gebracht und anschliessend auf eine Bainit-Temperatur abgekühlt und gehalten.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein wirtschaftliches Verfahren vorzuschlagen, das zu einer partiellen Ausbildung von bainitischen Gefügebereichen an Bauteilen führt.
  • Es sollen Probleme des Verzugs weitgehend eliminiert werden, Folgebearbeitungsoperationen an nicht gehärteten Stellen möglich sein und erweiterte Eigenschaftskombinationen erzielt werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Lehre des Anspruches gelöst.
  • Anhand der Figuren soll im folgenden ein Beispiel näher erläutert werden.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung der verwendeten Anlage zur isothermen Behandlung in der Bainitstufe und
    • Fig. 2 zu erwartende Temperaturkurven eines beliebigen Bauteils, sowie die zu erwartende Gefügeausbildung.
    • Auf Probekörpern mit einer Dimensionierung von 16 x 60 mm mit weitgehend perlitischem Grundgefüge wurden bainitische Randschichten erzeugt.
  • Probekörper mit einem Ausgangsmaterial der Zusammensetzung: 3,65 Gew. % C; 2,38 Gew. % Si; 0,46 Gew. % Mn; Rest Fe und einem Grundgefüge von 75 % Perlit und 25 % Ferrit wurden partiell wärmebehandelt. Zunächst wurden die zu behandelnden Abschnitte induktiv auf eine Temperatur zwischen 850 und 1000°C erwärmt.
  • Die Fallhöhe zwischen Heizspule und Vergütungsbad war auf ca. 90 mm festgesetzt. Anschliessend wurden die Probekörper im Salzbad bei 275°C während 120 Minuten gehalten.
  • Die Erprobung des Verfahrens erfolgte auch an einem Zahnrad Modul 3. Ausgangsmaterial war GGG mit perlitischem Grundgefüge.
  • Die Erwärmung erfolgte, wie bei den Probekörpern, auf eine Temperatur von 900°C. Die Aufheizzeit betrug 32 Sekunden. Anschliessend wurde das Prüfrad im Salzbad bei 280°C während 120 Minuten gehalten.
  • Ebenso wurden Zahnräder Modul 3 in der Weise behandelt, dass vom Zahnkopf bis etwa 4 mm unter den Zahnfuss ein bainitisches Gefüge eingestellt wurde.
  • Die Fig. 1 zeigt eine modifizierte Induktionshärteanlage, wobei das Abschreckbad 1 unmittelbar unter der Induktionsspule 2 angeordnet ist, so dass das Bauteil 3 direkt, ohne die übliche Besprühung mittels einer zwischen Induktionsspule und Bad 1 angeordneten Brause, ins Bad fällt. Das Abschreckmedium kann ein temperiertes Salzbad oder Oel sein. Es kann aber auch ein Metallbad verwendet werden.
  • In der Fig. 2 ist ein Bauteil A dargestellt, wobei die zu erwartende Gefügeausbildung zusammen mit den zu erwartenden Temperaturkurven im entsprechenden ZTU-Diagramm angegeben sind. Es hat sich gezeigt, dass bainitisches Gefüge sich durch hervorragendes Verschleissverhalten bei hohen Festigkeiten auszeichnen.
  • Durch die Verwendung des Verfahrens wurden ausgezeichnete Resultate erzielt. Bei einem Bainitgehalt von ca. 90 % wurden bei den Probekörpern Härtewerte im Bereich von 46-48 HRc gemessen. Der Härteverlauf vom Zahnkopf zum Zahngrund lag bei 48-38 HRc.

Claims (4)

1. Verfahren zur partiellen Wärmebehandlung von Bauteilen aus Gusseisenwerkstoffen mit Kugelgraphit und perlitischem Grundgefüge, bei dem die zu wärmebehandelnden Abschnitte in einem Temperaturbereich von 850 bis 1000°C durch induktive Erwärmung austenitisiert werden und anschliessend in einem Abschreckmedium, das in einen Temperaturbereich von 180 bis 450°C gehalten wird, bis zur Umwandlung in ein bainitisches Gefüge belassen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Abschreckmedium ein Salzbad verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Abschreckmedium Oel verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Abschreckmedium ein Metallbad verwendet wird.
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