FR2463812A1

FR2463812A1 - Surface hardening of workpieces by arc remelting - esp. cast iron camshafts, where local remelting is followed by slow cooling to prevent cracking and martensite formation

Info

Publication number: FR2463812A1
Application number: FR7921134A
Authority: FR
Inventors: Friedhelm Reinke; Friedhelm Emde
Original assignee: AEG Elotherm GmbH
Current assignee: SMS Elotherm GmbH
Priority date: 1979-08-22
Filing date: 1979-08-22
Publication date: 1981-02-27
Also published as: FR2463812B1

Abstract

The workpieces are made of cast iron contg. carbon; and a path on the surface is melted by an energy beam, esp. an arc. Cooling then proceeds by the transfer of heat to the workpiece below the surface; and this cooling is retarded so that the austenite below the surface zone solidifying as ledeburite does not cool so fast that martensite is formed. The workpiece is pref. preheated so that after arc melting, the temp. of the workpiece underneath the molten zone is just below the lower transformation point A1. In conventional surface hardening, martensite is formed below the surface ledeburite, thus resulting in stresses which lead to cracks, e.g. on the surfaces of hardened cams. The process prevents the formation of martensite.

Description

L'invention concerne un procédé de durcissement par refusion de la surface de pièces de fonte, notamment d'arbres à cames, consistant à fondre la surface de la pièce par bandes similaires à des cordons de soudure au moyen d'un rayon énergétique dirigé sur la surface, de préférence d'un arc électrique, puis à refroidir les bandes de fusion en dissipant la chaleur de fusion dans des couches plus profondes de la matière de la pièce de façon que dans la matière fondue à nouveau solidifiée, il se forme une structure lédeburitique. The invention relates to a method of hardening by reflow the surface of cast iron parts, in particular of camshafts, consisting in melting the surface of the part in strips similar to weld beads by means of an energy ray directed on the surface, preferably of an electric arc, then to cool the melting bands by dissipating the heat of fusion in deeper layers of the material of the part so that in the molten material again solidified, it forms a ledeburitic structure.

Le procédé connu ( voir par exemple DE-OS 2 344 270) se distingue, lorsqu'on utilise une énergie de fusion appropriée, par exemple lorsqu'on utilise un arc électrique en même temps qu'un gaz inerte, par une possibilité de fabrication économique de pièces durcies. Etant donné que le durcissement ne dépend pas d'un procédé de coulée correspondant des pièces de fonte, il est possible de durcir les pièces par un procédé permettant l'automatisation, de sorte qu'il est plus facile de commander la constitution correspondante de la structure. The known method (see for example DE-OS 2 344 270) is distinguished, when an appropriate fusion energy is used, for example when an electric arc is used at the same time as an inert gas, by a manufacturing possibility. economical of hardened parts. Since the hardening does not depend on a corresponding casting process of the castings, it is possible to harden the pieces by a process allowing automation, so that it is easier to control the corresponding constitution of the structure.

Toutefois, un inconvénient du procédé connu est que les pièces ont facilement tendance à la fissuration en leurs parties non fondues et en leurs parties fondues. However, a drawback of the known method is that the parts easily tend to crack in their unmelted parts and in their molten parts.

C'est pourquoi l'invention a pOur but de perfectionner le procédé de façon que des pièces à surface durcie par ce procédé ne forment plus de fissures gênantes. This is why the invention aims to improve the process so that parts with a surface hardened by this process no longer form annoying cracks.

Selon l'invention, on y parvient grâce au fait que l'on refroidit la pièce de façon retardée avec apport de chaleur, par exemple dans un four, de façon telle que la couche totalement ou partiellement austénitique située sous la couche solidifiée avec une structure lédeburitique se refroidisse si lentement qu'il ne se produise pas de transformation en structure martensitique. According to the invention, this is achieved by the fact that the part is cooled in a delayed manner with the addition of heat, for example in an oven, in such a way that the totally or partially austenitic layer situated under the layer solidified with a structure The debitite cools down so slowly that there is no transformation into a martensitic structure.

Grâce à ce procédé, dans lequel on ramène la vitesse de refroidissement de la pièce en dessous de la vitesse critique, on évite qu'en dessous de la couche de refusion qui se solidifie sous forme lédeburitique il ne se constitue une structure martensitique de durcissement qui, par suite de l'accroissement de volume, applique des contraintes de traction à la croûte extérieure et contribue ainsi à la fissuration. Donc, si l'on refroidit la pièce à une vitesse subcritique, on évite la formation de martensite. Thanks to this process, in which the cooling speed of the part is brought back below the critical speed, it is avoided that below the reflow layer which solidifies in the edeburitic form, a martensitic hardening structure is formed which , as a result of the increase in volume, applies tensile stresses to the outer crust and thus contributes to cracking. So if you cool the room to a subcritical speed, you avoid the formation of martensite.

Etant donné que la vitesse critique de refroidissement est très faible puisque les pièces de fonderie ont généralement une haute teneur en carbone, on fournit une ou plusieurs fois å la pièce pendant le processus de refroidissement, afin de diminuer la vitesse de durcissement, une quantité de chaleur inférieure a celle que la pièce cède au milieu ambiant lors du refroidissement naturel. Since the critical cooling rate is very low since the castings generally have a high carbon content, the piece is supplied one or more times during the cooling process, in order to decrease the curing rate, an amount of heat lower than that which the part yields to the ambient environment during natural cooling.

De préférence, pour la pratique du procédé, on utilise des pièces en matière non alliée; en effet, les constituants d'alliage tels que le chrome sont de nature à diminuer la vitesse critique de refroidissement et donc à augmenter le risque de fissuration. Preferably, for the practice of the method, parts made of unalloyed material are used; in fact, the alloying constituents such as chromium are such as to reduce the critical cooling rate and therefore to increase the risk of cracking.

On commence par pratiquer le procédé selon l'invention de façon usuelle - voir figure I annexée - en fondant dans une région 4 la surface de la pièce 1 au moyen d'un arc électrique 2, dans un rideau de gaz inerte engendré au moyen d'une buse 3. L'arc électrique 2 est guidé sur la surface de la pièce 1. La fusion peut s'effectuer par exemple à l'aide d'un dispositif selon le DE-OS 2 703 469, avec un arc électrique 2 déplacé sur la surface de la pièce 1. We begin by practicing the process according to the invention in the usual way - see attached figure I - by melting in a region 4 the surface of the part 1 by means of an electric arc 2, in a curtain of inert gas generated by means of 'a nozzle 3. The electric arc 2 is guided on the surface of the part 1. The fusion can be carried out for example using a device according to DE-OS 2 703 469, with an electric arc 2 moved on the surface of the part 1.

Immédiatement après la fusion de la surface de la pièce I dans la région 4, qui s'étend sur la surface de la pièce sous la forme d'une bande de fusion, on fournit à la pièce 1, en un poste de réchauffement, par exemple dans un four, une certaine quantité de chaleur auxiliaire pour diminuer la vitesse de refroidissement. Immediately after the surface of the part I is melted in region 4, which extends over the surface of the part in the form of a fusion strip, the part 1 is supplied, in a heating station, by example in an oven, a certain amount of auxiliary heat to decrease the cooling rate.

On peut répéter ce processus. il peut déåà intervenir lors de la refusion de la surface de la pièce.We can repeat this process. it can already intervene during the reflow of the surface of the part.

Sur la figure 2, on a désigné par 5 un poste de préchauffage où l'on préchauffage les pièces 1. Ensuite, pour refondre leur surface - comme le montre la figure 1 - on les conduit à un poste de refusion 6. Après la refusion, on les amène à un four 7 où elles refroidissent. In FIG. 2, a preheating station has been designated by 5 in which the parts 1 are preheated. Then, to remelt their surface - as shown in FIG. 1 - they are led to a reflow station 6. After the reflow , they are brought to an oven 7 where they cool.

Dans les cas où l'on soumet la pièce, avant la refusion, à un processus de préchauffage visant à élever sa température, par exemple en un poste de préchauffage agissant par conduction, on effectue ce préchauffage, selon l'invention, Jusqu'à une température maximale choisie-de façon telle que la température moyenne de la pièce une fois la refusion accomplie reste tout Juste inférieure au point de transformation A1 de sorte que d'une part on évite une formation partielle de martensite grâce à la compensa- tion à peu près adiabatique après la refusion et que d'autre part, par ce choix de la température de préchauffage, on diminue le plus possible la limite élastique de la structure initiale, ce qui fait que dans la couche extérieure solidifiée sous forme lédeburitique, les contraintes de retrait qui peuvent se constituer sont d'autant plus faibles. In cases where the part is subjected, before reflow, to a preheating process aimed at raising its temperature, for example in a preheating station acting by conduction, this preheating is carried out, according to the invention, up to a maximum temperature chosen - so that the average temperature of the part once the reflow is completed remains just under the transformation point A1 so that on the one hand a partial formation of martensite is avoided thanks to the compensation at almost adiabatic after reflow and on the other hand, by this choice of the preheating temperature, the elastic limit of the initial structure is reduced as much as possible, which means that in the outer layer solidified in soft form, the stresses of withdrawal which can constitute themselves are all the more weak.

L'apport de chaleur pendant le refroidissement des pièces refondues peut se faire au four, en des postes de réchauffement ou sur les lieux de refus ion. The supply of heat during the cooling of the remelted parts can be done in the oven, in reheating stations or on refusal sites.

Claims

1. A method of hardening by reflowing the surface of cast iron parts, in particular of camshafts, consisting in melting the surface of the part in strips similar to weld beads by means of an energy ray directed on the surface, preferably with an electric arc, then in cooling the melting strips by dissipating the heat of fusion in deeper layers of the material of the part so that in the molten material once again solidified, a ledeburitic structure is formed, process characterized by the fact that the part is cooled in a delayed manner - with the addition of heat, for example in an oven, in such a way that the totally or partially austenitic layer situated under the layer solidified with a ledeburitic structure cools so slowly that there be no transformation into a martensitic structure.

2. Method according to claim 1, -in which the part is subjected to a preheating process before providing the reflow energy, process characterized in that the preheating is carried out in such a way that the average temperature of the piece, below the melting bands, once the reflow is completed, remains just below the lower transformation point A1.