WO1983000051A1 - Remelting hardening - Google Patents

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WO1983000051A1
WO1983000051A1 PCT/CH1982/000083 CH8200083W WO8300051A1 WO 1983000051 A1 WO1983000051 A1 WO 1983000051A1 CH 8200083 W CH8200083 W CH 8200083W WO 8300051 A1 WO8300051 A1 WO 8300051A1
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remelting
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plasma
plasma jet
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PCT/CH1982/000083
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Fischer Aktiengesellschaft Georg
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TÖLKE, Peter
Cho, Chao, Ming
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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
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/30—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for crankshafts; for camshafts
    • 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
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
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    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/40—Details, e.g. electrodes, nozzles using applied magnetic fields, e.g. for focusing or rotating the arc

Definitions

  • the invention relates to a remelt hardening process for workpiece surface layers by means of a plasma jet.
  • Ledeburit is the eutectic of the metastable FE-C system and consists of a fine mixture of cementite and pearlite in the cold state, i.e. below 723 ° C, the point of transformation of austenite into pearlite.
  • the principle of remelt hardening is that energy (strictly speaking: power) of high density is introduced into the surface layer of a workpiece for a very short time, so that the temperature rise takes place so quickly, that there is no time to dissipate the heat into the workpiece before the melting temperature is reached.
  • energy strictly speaking: power
  • this is a dynamic process in which it is only important to generate the largest possible temperature gradient in the workpiece, and after the melting temperature has been reached and the energy supply has been interrupted, the heat is dissipated sufficiently quickly to the inside.
  • the camshaft is clamped in a rotor which rotates it past the burner.
  • the burner itself oscillates across it, creating a serpentine pattern.
  • a plasma welding device was known in which the plasma beam can be deflected or controlled by means of the magnetic field of electrical coils analogous to the electron beam of a television tube.
  • the invention which has the task of providing a remelting process with which very shallow depths of hardening can be produced and which can be used in an energy-saving manner, consists in guiding a plasma jet over the material surface by means of appropriate, sufficiently fast deflecting means, without the need for double-melted zones arise.
  • the method according to the invention is therefore characterized in that the plasma jet is guided over the workpiece surface by means of electrical or magnetic fields.
  • Fig. 1 is a diagram that is used for a mathematical view that illuminates the relationship between the power density of the plasma beam, exposure time and penetration depth in a simplified manner.
  • Fig. 2 shows the device for remelt hardening in the diagram.
  • the heating process is so rapid that the dissipation of the heat inside is practically negligible, as is known, for example, from the adiabatic change in the state of gases.
  • ⁇ T is the difference between the starting and melting temperature
  • c is the specific heat capacity of the material
  • dx 2 .dy is a volume element on the surface of the workpiece.
  • T o is the surface temperature and the mean temperature in the volume element dx 2 . and the depth of penetration is.
  • the frequency of the oscillating beam movement is specified by the following parameters:
  • FIG. 2 shows a plasma torch 2, with a holder 8 and a drive device 9 for the workpiece 5 to be hardened additionally being present.
  • electromagnets 7, which make the electrically charged plasma jet deflectable in any direction by means of the control 12 of the coils 11.
  • the image surface of an electron beam of a television tube is guided back and forth in two dimensions, at the same time the workpiece 5 is slowly rotated, so that the point of impact of the plasma beam 4 on the workpiece 5 creates a serpentine line 6, which lies completely close to one another and the entire surface to be hardened 1 of the workpiece 5 covers.
  • control device 10 by means of which the frequency of the oscillation of the plasma jet 4 and the feed of the drive device 9 are matched to one another. Since the width of the melted and solidified track depends on the power of the plasma jet, the interplay between oscillation frequency and feed must be regulated.
  • the width of the track is approximately twice the depth of penetration the hardened layer, since the heat conduction is isotropic, so the feed of the workpiece 5 must also be regulated depending on the desired depth of penetration.
  • a spiral track could be applied around the cam with sufficiently rapid rotation of the workpiece with slow passage of the plasma beam through the entire deflection area.
  • the beam guidance could also be circular be elliptical or punctiform.
  • transition from one cam to the other can take place mechanically by adjusting the workpiece or the torch, but it would also be possible to arrange several welding devices next to one another, which process all the cams simultaneously in one operation.

Abstract

For the remelting hardening of a cam-shaft (5), a plasma arc welding apparatus (2) is used, wherein the plasma jet (4) is deviated by means of an electromagnet (7) which surrounds the outlet channels (3). The plasma jet, of which the oscillations cooperate with a driving device (9) for rotatingly driving the cam-shaft, forms a winding pass (6) as a remelting trace on the cams. The oscillating frequency is regulated as a function of the desired penetration depth (l) of the surface to be hardened and as a function of the intensity (I) of the plasma jet, by means of a control device (10).

Description

Umschmelzhärteverfahren Remelt hardening process
Die Erfindung betrifft ein Umschmelzhärteverfahren für Werkstückoberflächenschichten mittels eines Plasmastrahls.The invention relates to a remelt hardening process for workpiece surface layers by means of a plasma jet.
Zur Veredelung von Gusseisen ist es bereits bekannt, die Oberfläche eines Werkstücks durch Dmschmelzen zu härten. Aus der DE-OS 28 24 373 beispielsweise wurde ein Umschmelzhärtever fahren bekannt, bei dem mittels eines Energiestrahls (Lichtbogen) die Oberfläche einer Nockenwelle zumindest in dem Bereich der Nockenflächen gehärtet wird. Die Nockenwelle weist im Gusszustand ein normales ferritisch-perlitisches Gefüge auf, und wird durch das Umschmelzhärten an der Oberfläche der Nocken in ein ledeburitisches Gefüge umgewandelt.For the refinement of cast iron, it is already known to harden the surface of a workpiece by melting it. From DE-OS 28 24 373, for example, a Umschmelzhärtever drive was known in which the surface of a camshaft is hardened at least in the area of the cam surfaces by means of an energy beam (arc). In the as-cast state, the camshaft has a normal ferritic-pearlitic structure and is converted into a ledeburitic structure by remelt hardening on the surface of the cams.
Ledeburit ist das Eutektikum des metastabilen FE-C-Systems und besteht im kalten Zustand, das heisst unter 723° C, dem Umwandlungspunkt des Austenits in Perlit aus einer feinen Mischung von Zementit und Perlit.Ledeburit is the eutectic of the metastable FE-C system and consists of a fine mixture of cementite and pearlite in the cold state, i.e. below 723 ° C, the point of transformation of austenite into pearlite.
Das Prinzip des Umschmelzhärtens besteht darin, dass Energie (streng genommen: Leistung) hoher Dichte während sehr kurzer Zeit in die Oberflächenschicht eines Werkstücks eingebracht wird, so dass der Temperaturanstieg so schnell vor sich geht, dass keine Zeit bleibt, die Wärme in das Werkstück hinein abzuleiten bevor die Schmelztemperatur erreicht ist. Selbstverständlich ist dies ein dynamischer Vorgang, bei dem es nur darauf ankommt einen möglichst grossen Temperaturgradienten im Werkstück zu erzeugen, und nach Erreichen der Schmelztemperatur und Unterbrechen der Energiezufuhr die Wärme ausreichend schnell nach innen abzuleiten.The principle of remelt hardening is that energy (strictly speaking: power) of high density is introduced into the surface layer of a workpiece for a very short time, so that the temperature rise takes place so quickly, that there is no time to dissipate the heat into the workpiece before the melting temperature is reached. Of course, this is a dynamic process in which it is only important to generate the largest possible temperature gradient in the workpiece, and after the melting temperature has been reached and the energy supply has been interrupted, the heat is dissipated sufficiently quickly to the inside.
Nach dem Verfahren der DE-OS 28 24 373 wird die Nockenwelle in einen Rotor eingespannt, der sie an dem Brenner vorbeirotiert. Der Brenner selbst oszilliert quer dazu, wobei ein Schlangenlinienmuster erzeugt wird.According to the process of DE-OS 28 24 373, the camshaft is clamped in a rotor which rotates it past the burner. The burner itself oscillates across it, creating a serpentine pattern.
Da bei einer Oberflächenhärtung im allgemeinen eine geringe Tiefe der gehärteten Schicht erwünscht ist, gibt es beim Umschmelzhärten zwei Parameter, die in Abhängigkeit voneinander optimiert werden müssen: die Leistungsdichte und die Einwirkungszeit.Since a small depth of the hardened layer is generally desired for surface hardening, there are two parameters for remelt hardening that have to be optimized depending on each other: the power density and the exposure time.
Mit der Entwicklung des Plasmastrahls wurde es möglich auf sehr eng begrenzten Raum hohe Energien zu übertragen, so dass der Umschmelzvorgang sehr schnell vor sich geht. Da bei zwei sich normalerweise überlappenden Schmelzbahnen die zweite Bahn zu einer Zeit durchlaufen werden muss, während der die erste Bahn noch aufgeschmolzen ist, ergibt sich daraus die Notwendigkeit einer sehr schnellen Strahlführung, was mit magnetischen Mitteln weitaus günstiger ist, als mit mechanischen.With the development of the plasma jet, it became possible to transfer high energies to a very limited space, so that the remelting process takes place very quickly. Since with two normally overlapping melting paths, the second path has to be run at a time during which the first path is still melted, this results in the need for very fast beam guidance, which is much cheaper with magnetic means than with mechanical ones.
Aus der CH-PS 591 306 wurde ein Plasmaschweissgerät bekannt, bei dem der Plasmastrahl mittels des Magnetfeldes elektrischer Spulen analog dem Elektronenstrahl einer Fernsehröhre abgelenkt bzw. gesteuert werden kann. Die Erfindung, welche zur Aufgabe hat, ein Umschmelzhärtever fahren bereitzustellen mit dem sehr flache Härtetiefen erzeugt werden können und womit energieεparend gearbeitet werden kann, besteht darin, einen Plasmastrahl mittels entsprechender, ausreichend schneller Ablenkmittel über die Werkstoffoberfläche zu führen, ohne dass dabei doppelt aufgeschmolzene Zonen entstehen.From CH-PS 591 306 a plasma welding device was known in which the plasma beam can be deflected or controlled by means of the magnetic field of electrical coils analogous to the electron beam of a television tube. The invention, which has the task of providing a remelting process with which very shallow depths of hardening can be produced and which can be used in an energy-saving manner, consists in guiding a plasma jet over the material surface by means of appropriate, sufficiently fast deflecting means, without the need for double-melted zones arise.
Das erfindungsgemässe Verfahren iεt daher dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmastrahl mittels elektrischer oder magnetischer Felder über die Werkstückoberfläche geführt wird.The method according to the invention is therefore characterized in that the plasma jet is guided over the workpiece surface by means of electrical or magnetic fields.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.Further advantageous configurations emerge from the dependent claims.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein Diagramm das einer mathematischen Betrachtung dient, die in vereinfachter Weise die Relation zwischen Leistungdichte des Plasmaεtrahlε, Einwir kungszeit und Eindringtiefe beleuchtet.Fig. 1 is a diagram that is used for a mathematical view that illuminates the relationship between the power density of the plasma beam, exposure time and penetration depth in a simplified manner.
Fig. 2 zeigt im Schema die Einrichtung zum Umschmelzhärten.Fig. 2 shows the device for remelt hardening in the diagram.
Unter Beziehung auf die Fig. 1 beträgt die Leistungsdichte des Plasmastrahls No/cm2. Wenn diese Leistungsdichte während einer Zeit t auf die Werkstückoberfläche 1 einwirkt, so wird auf ein infinitesimales Flächenelement dx2 die Energie (1) E (to) = (No- t0/r2 π ) dx2 With reference to FIG. 1, the power density of the plasma beam is N o / cm 2 . If this power density acts on the workpiece surface 1 for a time t, the energy becomes on an infinitesimal surface element dx 2 (1) E (t o ) = (N o - t 0 / r 2 π) dx 2
gebracht, wobei 2r der Durchmesser des Plasmastrahls ist.brought, where 2r is the diameter of the plasma jet.
Die Erwärmung geht dabei in erster Näherung so schnell vor sich, dass die Abfuhr der Wärme nach innen praktisch vernachlässigbar ist, wie dies beispielsweise von der adiabatischen Zustandsveränderung von Gasen her bekannt ist.In a first approximation, the heating process is so rapid that the dissipation of the heat inside is practically negligible, as is known, for example, from the adiabatic change in the state of gases.
Zum Erreichen der Schmelztemperatur Ts an der Oberfläche ist die EnergieTo reach the melting temperature T s on the surface is the energy
(2) Es = Δ T.C.dx2.dy notwendig,(2) E s = Δ TCdx 2 .dy necessary,
wobei Δ T die Differenz zwischen Ausgangs und Schmelztemperatur, c die spezifische Wärmekapazität des Werkstoffes und dx2.dy ein Volumenelement an der Oberfläche des Werkstückes ist.where Δ T is the difference between the starting and melting temperature, c is the specific heat capacity of the material and dx 2 .dy is a volume element on the surface of the workpiece.
Da die Temperatur jedoch im Eindringprofil nicht konstant ist, ist die Oberfläche heisser als tiefere Schichten und je nach gewünschter Tiefe der gehärteten Schicht muss die Temperatur an der Oberfläche entsprechend höher sein. Zu dieser Betrachtung kann die Ableitung der Wärme nach innen nicht mehr vernachlässigt werden, und die Gleichung (2) wird modifiziert.However, since the temperature in the penetration profile is not constant, the surface is hotter than deeper layers and, depending on the desired depth of the hardened layer, the temperature on the surface must be correspondingly higher. For this consideration, the internal heat dissipation can no longer be neglected, and equation (2) is modified.
(3) '.
Figure imgf000006_0001
wobei To die Oberflächentemperatur und
Figure imgf000006_0002
die mittlere Temperatur im Volumenelement dx2. und
Figure imgf000006_0003
die Eindringtiefe ist.(3) ' .
Figure imgf000006_0001
where T o is the surface temperature and
Figure imgf000006_0002
the mean temperature in the volume element dx 2 . and
Figure imgf000006_0003
the depth of penetration is.
Die Differentialgleichung der Wärmeleitung lautet für den Fall dass
Figure imgf000006_0004
<< dy: (4)
Figure imgf000007_0001
wobei
Figure imgf000007_0002
, ß und
Figure imgf000007_0003
Konstanten sind.The differential equation for heat conduction is in the event that
Figure imgf000006_0004
<< dy: (4)
Figure imgf000007_0001
in which
Figure imgf000007_0002
, ß and
Figure imgf000007_0003
Are constants.
Hieraus lässt sich das Fouriersche Gesetz der Wärmeleitung ableiten, welches für eine ebene WandFrom this, Fourier's law of heat conduction can be derived, which is for a flat wall
(5)
Figure imgf000007_0004
lautet.(5)
Figure imgf000007_0004
reads.
Dieses Gesetz gilt sowohl zur Berechnung der Energie die durch eine Wand fliesst, als auch zur Berechnung des Temperaturunterschiedes bei Aufbringen einer bestimmten Energie auf eine Seite der Wand, daher istThis law applies to both the calculation of the energy flowing through a wall and the calculation of the temperature difference when a certain energy is applied to one side of the wall
(6) , wobei λ die Wärme-Leitzahl ist.
Figure imgf000007_0005
(6), where λ is the heat guide number.
Figure imgf000007_0005
Mit (1) ergibt diesWith (1) this results
(7)
Figure imgf000007_0006
.(7)
Figure imgf000007_0006
,
Für die Eindringtiefe
Figure imgf000007_0009
der ümschmelzhärtung ist also mitFor the depth of penetration
Figure imgf000007_0009
the remelt hardening is also with
(3) und (7) die Energie(3) and (7) the energy
(8) -c- d F nötig,
Figure imgf000007_0007
wobei F die Fläche der zu härtenden Schicht ist.(8) -c- d F necessary,
Figure imgf000007_0007
where F is the area of the layer to be hardened.
Durch Aufspalten des Integrals in zwei SummenintegraleBy splitting the integral into two sum integrals
(9)
Figure imgf000007_0008
ist leicht zu erkennen, dass die Energie Es ( ) aus einem von den Parametern des Plasmastrahls abhängigen und einem von diesen unabhängigen Anteil besteht. Eine zusätzliche qualitative Betrachtung ergibt, dass die Konzentration der Wärme auf der Oberfläche bei sehr geringen Eindringtiefen umso grösser ist, je schneller die Aufheizung erfolgt, das heisst je grösser die Leistungsdichte und je kleiner die Einwirkdauer ist.(9)
Figure imgf000007_0008
it is easy to see that the energy E s () consists of one dependent on the parameters of the plasma beam and one of this independent part exists. An additional qualitative consideration shows that the concentration of the heat on the surface with very small penetration depths is greater the faster the heating takes place, i.e. the greater the power density and the shorter the exposure time.
Die Frequenz der oszillierenden Strahlbewegung ist durch folgende Parameter vorgegeben:The frequency of the oscillating beam movement is specified by the following parameters:
Unter der Vorraussetzung dass bei Ueberlappung der Schweissspuren die ältere Spur noch im schmelzflüssigen Zustand sein muss wenn der Strahl vorbeigeführt wird, ergibt sich die Forderung dass eine Schwingung bzw. Hin und Herbewegung maximal so lang dauern darf, wie die Zeit vom ersten Auftreffen des Plasmastrahls auf einen bestimmten Punkt bis zur Wiedererstarrung des Metalls an eben diesem Punkt. Diese Zeit T ist abhängig von der Eindringtiefe
Figure imgf000008_0001
, denn je grösser diese ist, desto höher ist die Temperatur To an der Oberfläche (da ein Temperaturgradient von aussen nach innen besteht), und damit die Zeit T zum Abkühlen bis zur Erstarrungstemperatur Ts. Es ist daherAssuming that when the welding tracks overlap, the older track must still be in the molten state when the beam is guided past, there is a requirement that an oscillation or reciprocating movement may last as long as the time from the first impact of the plasma beam a certain point until the metal re-solidifies at this point. This time T depends on the depth of penetration
Figure imgf000008_0001
, because the greater this is, the higher the temperature T o on the surface (since there is a temperature gradient from the outside in), and thus the time T for cooling down to the solidification temperature Ts . It is therefore
Figure imgf000008_0002
Figure imgf000008_0002
Die Fig. 2 zeigt einen Plasmabrenner 2 wobei zusätzlich eine Halte 8 und eine Antriebseinrichtung 9 für das zu härtende Werkstück 5 vorhanden ist.FIG. 2 shows a plasma torch 2, with a holder 8 and a drive device 9 for the workpiece 5 to be hardened additionally being present.
Um den Austrittskanal 3 für den Plasmastrahl 4 herum sind Elektromagnete 7 angeordnet, welche den elektrisch geladenen Plasmastrahl mittels der Ansteuerung 12 der Spulen 11 in beliebige Richtungen ablenkbar machen. Analog dem Ueberstreichen der Bildfläche eines Elektronenstrahls einer Fernsehröhre wird der Plasmastrahl zweidimensional hin und her geführt, wobei gleichzeitig daε Werkstück 5 langsam verdreht wird, so dass der Auftreffpunkt des Plasmastrahls 4 auf dem Werkstück 5 eine Schlangenlinie 6 erzeugt, welche vollkommen dicht aneinander liegend die gesamte zu härtende Oberfläche 1 des Werkstückes 5 überzieht.Around the outlet channel 3 for the plasma jet 4 there are arranged electromagnets 7, which make the electrically charged plasma jet deflectable in any direction by means of the control 12 of the coils 11. Analogous to the painting The image surface of an electron beam of a television tube is guided back and forth in two dimensions, at the same time the workpiece 5 is slowly rotated, so that the point of impact of the plasma beam 4 on the workpiece 5 creates a serpentine line 6, which lies completely close to one another and the entire surface to be hardened 1 of the workpiece 5 covers.
Ferner ist eine Steuereinrichtung 10 vorhanden mittels der die Frequenz der Oszillation des Plasmastrahls 4 und der Vorschub der Antriebseinrichtung 9 aufeinander abgestimmt werden. Da die Breite der aufgeschmolzenen und wieder erstarrten Spur von der Leistung des Plasmastrahls abhängt, muss das Zusaminenspiel von Oszillationsfrequenz und Vorschub geregelt werden.There is also a control device 10 by means of which the frequency of the oscillation of the plasma jet 4 and the feed of the drive device 9 are matched to one another. Since the width of the melted and solidified track depends on the power of the plasma jet, the interplay between oscillation frequency and feed must be regulated.
In erster Näherung beträgt die Breite der Spur etwa das Doppelte der Eindringtiefe
Figure imgf000009_0001
der gehärteten Schicht, da die Wärmeleitung isotrop erfolgt, also muss der Vorschub des Werkstückes 5 auch in Abhängigkeit von der gewünschten Eindringtiefe geregelt werden.In a first approximation, the width of the track is approximately twice the depth of penetration
Figure imgf000009_0001
the hardened layer, since the heat conduction is isotropic, so the feed of the workpiece 5 must also be regulated depending on the desired depth of penetration.
Unter diesen Voraussetzungen beträgt die Oszillationsfrequenz fs der Strahlablenkung fs=2r
Figure imgf000009_0002
, wobei 2r π dem Umfang des Werkstückes 5, ωW der Winkelgeschwindigkeit des Werkstückes und b der Breite der Umschmelzspur entspricht.Under these conditions, the oscillation frequency f s of the beam deflection is f s = 2r
Figure imgf000009_0002
, where 2r π corresponds to the circumference of the workpiece 5, ω W to the angular velocity of the workpiece and b to the width of the remelting track.
Selbstverständlich sind dem Verlauf der Umschmelzspur keinerlei Grenzen gesetzt, so könnte beispielsweise unter ausreichend schneller Drehung des Werkstücks bei langsam verlaufendem einmaligen Durchlaufen des Plasmastrahls des ganzen Ablenkungbereichs eine spiralförmige Spur um die Nocke herum aufgebracht werden. Ebenso könnte die Strahlführung kreis ellipsen oder punktförmig sein.Of course, there are no limits to the course of the remelting track, for example, a spiral track could be applied around the cam with sufficiently rapid rotation of the workpiece with slow passage of the plasma beam through the entire deflection area. The beam guidance could also be circular be elliptical or punctiform.
Der Uebergang von einer Nocke auf die andere kann mechanisch durch Verstellen des Werkstückes oder des Brenners erfolgen, eε könnten aber auch mehrere Schweissgeräte nebeneinander angeordnet werden, welche gleichzeitig in einem Arbeitsgang alle Nocken bearbeiten.The transition from one cam to the other can take place mechanically by adjusting the workpiece or the torch, but it would also be possible to arrange several welding devices next to one another, which process all the cams simultaneously in one operation.
Mittels des erfindungsgemässen Verfahrens ist es möglich, die Porenbildung an der Oberfläche von Graugussteilen, welche bei der Verwendung bisheriger Umschmelzhärteverfahren nicht zu verhindern ist, zu unterdrücken. By means of the method according to the invention, it is possible to suppress the formation of pores on the surface of gray cast iron parts, which cannot be prevented when previous remelting hardening methods are used.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Umschmelzhärteverfahren für Werkstückoberflächenschich ten mittels eines Plasmastrahls, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmastrahl (4) mittels elektrischer oder magnetischer Felder über die Werkstückoberfläche (1) geführt wird.1. remelt hardening process for workpiece surface layers by means of a plasma jet, characterized in that the plasma jet (4) is guided over the workpiece surface (1) by means of electrical or magnetic fields.
2. ümschmelzhärteverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmastrahl (4) bei gleichzeitiger Bewegung des Werkstückes über die Werkstückoberfläche (1) geführt wird.2. melt melting method according to claim 1, characterized in that the plasma jet (4) is guided over the workpiece surface (1) with simultaneous movement of the workpiece.
3. Umschmelzhärteverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkung des Plasmastrahls (4) mittels Elektromagneten (7) erfolgt.3. remelt hardening method according to claim 1, characterized in that the deflection of the plasma jet (4) by means of electromagnets (7).
4. Umschmelzhärteverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner in konstantem Abstand von der Oberfläche geführt wird, wobei die einheitlichen Umschmelztiefen und breiten über die Stromstärke, Um schmelzgeschwindigkeit und Ablenkbewegung des Plasma strahles kontrolliert werden. 4. remelting hardening method according to claim 3, characterized in that the burner is guided at a constant distance from the surface, the uniform remelting depths and widths being controlled via the current intensity, melting rate and deflection movement of the plasma jet.
5. Umschmelzhärteverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dasε eine Mindestoszillationsfrequenz von 1 Hz, vorzugsweise von 5 Hz eingestellt wird.5. remelting hardening method according to claim 1, characterized in that a minimum oscillation frequency of 1 Hz, preferably 5 Hz is set.
6. Umschmelzhärteverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dasε in einem Arbeitsgang die Umschmelz zonenbreiten stufenlos zwischen 3 und 20 mm eingestellt werden.6. remelt hardening process according to claim 1, characterized in that the remelt zone widths are continuously adjusted between 3 and 20 mm in one operation.
7. Umschmelzhärteeinrichtung zur Durchführung des Verfah rens nach Anspruch 1 bis 6, bestehend aus einem Plasma schweissgerät (2) mit einem Elektromagneten (7) zur Ablenkung des Plasmastrahles (4) und einer Antriebseinrichtung (9) sowei einer Halteeinrichtung (8) für das zu härtende Werkstück (5).7. remelting hardening device for carrying out the method according to claim 1 to 6, consisting of a plasma welding device (2) with an electromagnet (7) for deflecting the plasma beam (4) and a drive device (9) and a holding device (8) for the hardening workpiece (5).
8. Umschmelzhärteeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (10) vorhanden ist, welche einerseits mit der Versorgungseinrich tung (12) für die Spule (11) und andererseits mit der Antriebseinrichtung (9) verbunden ist. wobei die Ablenkung des Plasmastrahls (4) und seine Intensität I in Abhängigkeit von der erforderlichen Eindringtiefe
Figure imgf000012_0001
und der Tangentialbewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks (5) regelbar ist.8. remelting hardening device according to claim 7, characterized in that a control device (10) is present, which is connected on the one hand to the supply device (12) for the coil (11) and on the other hand to the drive device (9). the deflection of the plasma beam (4) and its intensity I depending on the required depth of penetration
Figure imgf000012_0001
and the tangential movement speed of the workpiece (5) can be regulated.
9. Umschmelzhärteeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positioniereinrichtung vorhanden ist, mittels der der Plasmabrenner (2) kontinuierlich im wesentlichen in senkrechter Umschmelz position bezogen auf die Umschmelzflache am Werkstück einstellbar ist. 9. remelting hardening device according to claim 7 or 8, characterized in that a positioning device is provided, by means of which the plasma torch (2) is continuously adjustable substantially in a vertical remelting position based on the remelting surface on the workpiece.
10. Umschmelzhärteeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichent, dass mehrere Plasmabrenner (2) auf verschiedene Partien des Werkstücks10. remelting hardening device according to one of claims 6 to 9, characterized in that several plasma torches (2) on different parts of the workpiece
(5) ausgerichtet sind.(5) are aligned.
11. Verwendung der Umschmelzhärteeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10 zur Härtung von Gussstücken mit härtbaren ebenen und/oder gekrümmten Oberflächen schichten z .ß Nockenwellen .11. Use of the remelting hardening device according to one of claims 7 to 10 for hardening castings with hardenable flat and / or curved surfaces layers such as camshafts.
12. Nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 gehärtetes Gussstück, dadurch gekennzeichnet, dass es aus Grau-, Temper- oder Sphäroguss besteht.12. According to the method according to any one of claims 1 to 6 hardened casting, characterized in that it consists of gray, malleable or spheroidal cast iron.
13. Gussstück nach Anspruch 12, dadurch gekennezehnet, dass seine Oberfläche aus porenfeiern. Umschmelzgefüge, vorzugsweise, porenfreiem Ledeburit besteht. 13. Casting according to claim 12, characterized in that its surface is made of porosity. Remelt structure, preferably, non-porous Ledeburit.
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