DE2165058A1

DE2165058A1 - Metalloberflächenhärtungs verfahren, Vorrichtung dafür und eine dafür vorgesehene vorgefertigte Platte

Info

Publication number: DE2165058A1
Application number: DE19712165058
Authority: DE
Inventors: Yoshifumi Chiryu; Sumi Takeshi Chita; Wada Atsushi; Morishima Mitsuo; Kawasaki Shigeto; Tokai; Kozawa Takashi Nagoya; Aichi Sakai (Japan). P
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1970-12-29
Filing date: 1971-12-28
Publication date: 1972-07-06
Also published as: DE2165058C3; GB1381603A; US3792726A; DE2165058B2; SE384154B; JPS4946685B1

Description

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DAIDO SEIKO KABTJSHIKI KAISHA.

"Metalloberflachenhärtungsverfahren, Vorrichtung dafür und eine dafür vorgesehene vorgefertigte Platte".

ZUSAMMENFASS UNG

Ein Metalloberf lächenhärtungs verfahr en, gekennzeichnet durch eine vorgeformte Platte aus Metalloberflächenhärtungspuder zur Befestigung mit oder ohne Druckanwendung an einem geschmolzenen Basismetall in einer aufgesprühten Gasschutzatmosphäre in der Gussform; ein Gerät zur Anwendung des Verfahrens; eine vorgefertigte Platte für das Verfahren.

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Bisher wurden Einsatzhärten, Nitrierhärten, Sprühen, Schweissen usw. weitgehend als Metalloberflächenhärteverfahren benutzt. Kürzlich wurde jedoch eine Methode, bei der Metalloberflächenhärten im Druckgussverfahren durchgeführt wird, entwickelt (Beispiel japanisches Patent Nr. 520, 699). Die genannte Methode ist mit einer Druckgussanwendung verbunden, bei der der Metalloberflächenhärtungsstoff in Pulverform direkt auf das in die Form gegossene, geschmolzene Metall aufgesprüht wird und wobei der Druck dann angelegt wird, um eine gehärtete Metallschicht zu bilden. Diese Methode setzt den Techniker in die Lage, die gewünschte ge-" härtete Schicht gleichzeitig mit der Fertigstellung des Produktes zu erzielen, so dass die Methode sehr interessant ist. Bisher jedoch war dieses Verfahren aus folgenden Gründen nachteilig:

1) Da die geschmolzene Metalloberfläche in der Gussform in einem oxydierten Zustand zu dem Zeitpunkt ist, in dem das Pulver aufgesprüht wird, wird die Reaktion zwischen Pulver und geschmolzenem Metall unvollständig, so dass auch bei zureichender Druckanlegung das sich ergebende Produkt häufig am ^Verbindungspunkt abgelöst wird.

2) Da das Pulver beim Aufsprühen vom geschmolzenen Metall aufgeheizt wird und durch Luftsauerstoff oxydiert wird, kann es seine metallhärtende Eigenschaft verlieren. Wenn das Pulver beispielsweise WC (Wolfram-Karbid) ist, reagiert das W in WC mit O₃, so dass die sich ergebende Schicht nicht genügend gehärtet ist.

■ Wegen dieser Nachteile war es entsprechend Fig. 1 und 2 schwer, Produk- ^: te mit glatten Gussflächen und gleichmässig gehärteten Schichten (A) herzustellen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Metalloberflächenhärtemethode und ein

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dafür geeignetes Gerät. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren, bei dem eine kompakte Platte aus Metallhärtungspulver in das geschmolzene Metall in einer Schutzatmosphäre in der Gussform eingebracht wird, um die genannte Platte zu tauchen, wobei dann Druck angelegt wird, so dass eine gehärtete Schicht von gewünschter Stärke auf dem Grundmetall gebildet wird, und weiterhin auf ein Gerät zur Anwendung dieses Verfahrens und auch auf eine vorgeformte Platte, die bei dem Verfahren, bzw. in dem Gerät zu verwenden ist.

Die Erfindung hat die Aufgabe, die oben erwähnten Nachteile zu beseitigen und es zu erlauben, Metalloberflächen durch relativ einfache Mittel zu härten und ausserdem industrielle Massenanwendung des Verfahrens zu ermöglichen.

Aufgabe der Erfindung ist also die Schaffung eines Produktes mit einer gleichmassigen, gehärteten Schicht einer gewünschten Stärke, die fest auf dem Basismetall aufgebracht ist, was gelöst wird durch Einbringen einer vorgeformten Metallplatte in die geschmolzene Metalloberfläche, welche in der Gussform liegt, um das Härten der Metalloberfläche durchzuführen und durch anschliessendes Druckanlegen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer einzigen vorgeformten Platte, die für die Erfindung verwendet werden soll, wobei die genannte vorgeformte Platte aus einem Stück aus einer Mischung des Pulvers von Wolfram-Karbid, Titanium-Karbid, Tantal-Karbid, Keramik usw. hergestellt wird, wobei diese Pulver jeweils eine gute Affinität mit dem geschmolzenen Metall aufweisen und mit einem Binder, wie z.B. hitzehärtendes Harz, mit oder ohne Druckanlegung, auf einem wärmeundurchlässigen Blatt, das keine Schlacke bildet, wenn es mit dem geschmolzenen Metall , reagiert wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, die Gussformatmosphäre zu einer '

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Schutzatmosphäre zu gestalten, um das geschmolzene Metall daran zu hindern, dass es reagiert, beispielsweise in Form der Oxydation. Dafür ist eine Vorrichtung vorgesehen, die eine Mehrzahl von Rohransätzen an der Innenwand der Form aufweist, um ständig Schutzgas auf die geschmolzene Oberfläche aufzublasen.

NocL eine Aufgabe der Erfindung ist die Durchführung des Arbeitsvorganges in der Schutzatmosphäre, wobei das geschmolzene Metall daran gehindert wird, zu reagieren, wie z.B. in Form der Oxydation oder ähnlichem, wo-. bei gleichzeitig dafür gesorgt wird, dass die vorgeformte Platte in die

geschmolzene Metalloberfläche eingebracht wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der in den beigefügten schematiechen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele. Hierin ist:

Fig. 1 ein Photomikrogramm (x 1/2) mit der Gussfläche einer gehärteten Schicht entsprechend der üblichen Pulveraufsprühmethode,

Fig. 2 ein Photomikrogramm (x 1/2) mit einer Querschnittsansicht der Stärkeverteilung einer Metallschicht entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren,

Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 4-7 Photomikrogramme und ein Diagramm der Ausführungsformen

entsprechend der Erfindung, wobei Fig. 4 ein Photomikrogramm (x 1/2) der Gussfläche einer verstärkten Schicht ist, Fig. 5 ein Photomikrogramm (x 1/2) eines Querschnitts der Dickeverteilung in einer verstärkten Schicht, Fig. 6 ein Photomikrogramm

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(χ 100) der MikroStruktur des gebundenen Teils einer verstärkten Schicht mit dem Basismaterial, Fig. 7 ein Diagramm der Härteverteilung (Hv) der verstärkten Schicht entsprechend Fig. 6.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 3 erklärt.

Die vorgeformte Platte ist ein 5 mm dickes Stück aus einer Mischung la von Pulver mit mindestens 90% Wolfram-Karbid, Titan-Karbid, Tantal-Karbid, Keramik usw., wobei jeweils eine gute Affinität mit dem geschmolzenen Metall gegeben ist und ungefähr 10% eines Bindermaterials, wie z.B. hitzehärtendes Harz und ein asbestartiges, wärmeundurchlässiges Blatt Ib, das keine Schlacke bildet, wenn es mit dem geschmolzenen Metall reagiert wird.

Und ein beliebiges, geschmolzenes Metall 3 wird dann in die Form 2 eingegossen, die gespült wird, um eine Anlasswirkung an der Innenwand der genannten Gussform zu erzielen, wenn die Atmosphäre in der Form in einer nichtoxydierenden, schützenden Form gehalten wird, um das geschmolzene Metall 3 am Oxydieren zu hindern. Diesbezüglich sind Ans at ζ rohre 7 an dem oberen Teil der Innenseite der Gussform 2 mit dem Zuführungsrohr für Schutzgas 6 verbunden. Die vorgefertigte Platte 1 wird dann auf die Metalloberfläche 3 aufgebracht und nach Verstreichen einer geeigneten Zeit (beispielsweise ungefähr 10 Sekunden) wird eine Druckstanze 4 zur Anlegung

eines Drucks (beispielsweise ungefähr 1 Tonne / cm für 30 Sekunden) abgesenkt. Danach wird der Druck weggenommen und das Produkt einer vorher bestimmten Form wird mittels eines gekrümmten Zapfens 5 herausgenommen.

Die Fig. 4 zeigt eine Gussfläche einer verstärkten Oberfläche, die erfindungsgemäss hergestellt wurde und Fig. 5 zeigt eine verstärkte Schicht (B),

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wie sie erfindungsgemäss hergestellt wird. Es wurde festgestellt, dass beide die Vorteile haben, wie sie im folgenden im Vergleich zu der herkömmlichen Aufsprühmethode dargestellt werden. Wie sich klar aus dem Vergleich von Fig. 1 mit Fig. 4 ergibt, ist die Gussfläche im Falle der Erfindung besser. Beispielsweise sind Nachteile wie Blaslöcher, Ablösen der verstärkten Schicht usw., die bisher oft auftraten, bemerkenswert zurückgegangen. Ein Vergleich mit dem Bezugszeichen A der Fig. 2 mit dem Bezugszeichen B der Fig. 5 zeigt klar, dass die verstärkte Schicht mit gleichmässiger gewünschter Stärke entsprechend Fig. 5 auch erfindungsgemäss erhalten werden kann.

Ausserdem ist bei dem Produkt entsprechend dem Verfahren der Erfindung die verstärkte Schicht so fest mit dem geschmolzenen Metall verbunden, dass bei der Verwendung für einen Amboss oder ähnliches, wo eine grosse Härte und Festigkeit erforderlich ist, solche unerwünschten Phänomene, wie z.B. Abnutzen, Lecken, Ablösen, wie sie sonst auftreten, hier nicht auftreten, so dass eine bemerkenswerte Wirkung in Form der Verlängerung der Lebensdauer des Produkts eintritt.

Fig. 6 zeigt die MikroStruktur (xlOO) des gebundenen Teils der verstärkten Schicht an dem Basismetall entsprechend dem erfindungsgemäss en Verfahren. Dieses Testmaterial wurde vorbereitet durch Verbinden mit dem geschmolzenen Metall (Kohle-Stahl) einer vorgeformten Platte aus WC (Wolfram-Karbid)-Pulver, wobei das genannte Testmaterial danach einem Vergütungsverfahren unterzogen wurde. Aus dieser Figur ergibt sich, dass die Befestigung am Verbindungsteil (C) perfekt ist und dass keine schädlichen Wirkungen, wie z.B. Gas einSchliessungen, festzustellen sind.

Fig. 7 ist ein Diagramm mit der Verteilung der Vickers-Härte (Hv) in der verstärkten Schicht entsprechend dem Photomikrogramm der Fig. 6 zum Basismaterial hin. Wie sich aus dem Diagramm klar ergibt, bleibt

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die verstärkte Schicht (aus Wolfram-Karbid) nach der Vergütung ausreichend gehärtet.

Wie oben im Detail beschrieben, wurde bewiesen, dass die Technik des Verfahrens der Erfindung dem Stand der Technik, nämlich dem Pulveraufsprühverfahren, weit überlegen ist. Beispielsweise war es beim Aufbringen einer verstärkten Schicht auf einer unebenen Metalloberfläche sehr schwierig, eine gleichmässige Befestigung zu erzielen, da das geschmolzene Metall flüssig war. Bei der Erfindung jedoch wird eine vorgeformte Platte in jeder gewünschten Form aus dem Pulver zur Metalloberflächenhärtung in die Form eingegeben, bzw. in die Kernform, so dass Produkte mit gleichmässig verstärkter Oberfläche erzielt werden können.

Erfindungsgemäss kann die Metalloberflächenhärtung mit einem relativ einfachen Verfahren durchgeführt werden. Darüberhinaus können verschiedene zusammengesetzte Materialien zu bemerkenswert geringen Kosten dort hergestellt werden, wo es auf Abnutzungsfestigkeit, Hitzefestigkeit und Erosions* festigkeit ankommt. So ist auch ein Ziel des Einsatzes einer vorgeformten Platte nach der Erfindung, dass der Arbeitsvorgang gut durchgeführt werden kann, aber auch, dass eine geglättete Gussfläche und eine gleichmässige Stärke der gehärteten Schicht erhalten werden können. Ausserdem kann im Falle von Formen des geschmolzenen Metalls und im Falle von Pulver zur Härtung, welche sehr verschiedener Art sind, wodurch sich die Verbindung schwierig gestaltet, Verbindungen hergestellt werden, indem man zu der vorgeformten Platte eine oder mehrere Schichten von für die Befestigung erforderlichen Materialien hinzugibt.

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Claims

18.598 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Härtung einer Metalloberfläche, dadurch gekennzeichnet , dass zunächst eine vorgefertigte Platte aus gepresstem, metallhärtenden Pulver in das gewünschte, geschmolzene Metall in der Gussform aufgebracht wird und anschliessend Druck angelegt wird, so dass eine verstärkte Schicht in gewünschter Stärke auf dem Basismetall gebildet wird.

2. Gerät zur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Rohransätzen zum Anschluss des Schutzgaszuleitungsrohrs an dem Oberteil der Innenseite der Gussform vorgesehen ist, um während des Arbeitsvorgangs um das Metall herum eine Schutzgasatmosphäre zu erhalten.

3. Eine vorgefertigte Platte, entweder für das Verfahren oder für das Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Mischung von pulverförmigem Wolfram-Karbid, Titan-Karbid, Tantalkarbid, Keramik, die alle eine gute Affinität mit dem geschmolzenen Metall haben, und einem Bindemittel, wie z.B. hitzehärtendem Harz gepresst

' wurde, wobei die genannte vorgeformte Platte mit oder ohne Druckanwendung zu einem Stück verbunden wird auf einem wärmeundurchlässigen Blatt, das keine Schlacke bildet, wenn es mit dem geschmolzenen Metall reagiert wird.

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Leerserte