DE3506302C2

DE3506302C2 -

Info

Publication number: DE3506302C2
Application number: DE3506302A
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Sayama Saitama Jp Saga; Tsuyoshi Kawagoe Saitama Jp Makita; Hisao Saitama Jp Hirono
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1984-02-24
Filing date: 1985-02-22
Publication date: 1994-04-14
Anticipated expiration: 2005-02-23
Also published as: JPS60187660A; DE3506302C3; GB8504617D0; JPH0353389B2; DE3506302A1; FR2560090B1; GB2155495A; FR2560090A1; CA1242409A; GB2155495B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Oberflächenhärten von Nockenwellen, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie eine Anwendung.

Bei Teilen von Arbeitsmaschinen, die einer erheblichen Belastung und einem erheblichen daraus folgenden Verschleiß unterliegen, wie es bei Nockenwellen der Fall ist, ist man bestrebt, nur im Bereich der Verschleißstelle eine harte bzw. widerstandsfähige und verschleißfeste Oberfläche am betreffenden Teil vorzusehen. Bei einer solchen Ausführung kann der Kern des betreffenden Teils aus einem minderwertigeren und z. B. zähen Werkstoff hergestellt werden, wodurch das Teil eine höhere Festigkeit gegen Bruch erhalten und auch preiswert hergestellt werden kann.

Man ist deshalb dazu übergegangen, bei einer Nockenwelle nur den Oberflächenbereich zu härten, der die Betriebsbelastungen im wesentlichen aufzunehmen hat.

In der internationalen Patentanmeldung WO 83/00 051 ist ein Verfahren zum Oberflächenhärten von Nockenwellen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben, wobei der zu härtende Oberflächenbereich der Nockenwelle mit Hilfe eines Plasmabogens aufgeschmolzen wird. Hierzu wird ein Plasmabrenner relativ zur Oberfläche der Nockenwelle bewegt. Bei diesem Verfahren erfolgt die erreichbare Oberflächenhärtung durch Umschmelzen der Oberfläche.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art so weiterzubilden, daß im zu härtenden Oberflächenbereich eine hohe Härte bzw. Festigkeit der Oberfläche erreicht wird. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung einfacher und funktionsfähiger Bauart zu schaffen, die die Durchführung des Verfahrens ermöglicht.

Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 5 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Oberfläche der Nockenwelle durch die Zugabe von einem oder mehreren bestimmten Legierungsstoffen gehärtet bzw. verfestigt, die mit Hilfe des Plasmabogens in die aufgeschmolzene Oberfläche eingegeben werden. Hierdurch erhält die Nockenwelle im zu härtenden Oberflächenbereich eine legierte Schicht, die vom Ausgangsmaterial der Nockenwelle sowie von dem mindestens einen Legierungsstoff gebildet ist und eine gegenüber dem Ausgangsmaterial wesentlich erhöhte Härte bzw. Festigkeit aufweist. Der Legierungsstoff kann auf einfache Weise in Pulverform zugeführt werden, wobei der Legierungsstoff im Pulver dispergiert oder vorhanden ist. Die Härte bzw. Festigkeit der Schicht kann durch Abkühlen des Oberflächenbereichs nach dem Aufschmelzen weiter erhöht werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 4 beschrieben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 5 ermöglicht die Durchführung des Verfahrens bei Zuführung der Legierungsstoffe in Pulverform. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist am Plasmabrenner angebracht. Hierdurch ergibt sich sowohl eine einfache Bauweise als auch eine einfache Handhabung der Vorrichtung beim Oberflächen härten.

Es ist zwar aus der DE-AS 27 40 569 an sich bekannt, eine metallische Oberfläche durch Aufschmelzen von Zusätzen zu legieren und dadurch zu härten, jedoch erfolgt bei diesem bekannten Verfahren eine Oberflächenhärtung von nicht-allotropen metallischen Werkstoffen, und es wird die erforderliche Wärme nicht durch einen Plasmabrenner, sondern durch Strahlenergie in Form von Laserstrahlen erzeugt.

Ein mit dem letzteren vergleichbares Verfahren ist auch aus der US-PS 40 15 100 zu entnehmen. Bei diesem bekannten Verfahren zur Oberflächenhärtung eines Teiles aus Stahl wird ein Legierungsstoff, der in einer Überzugsschicht des Teiles enthalten ist, unter Verwendung von Strahlenergie in Form eines Laserstrahls eingeschmolzen.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung erzielbaren Vorteile sind besonders wirksam bei deren Anwendung zum Oberflächenhärten der Nockenfolgerfläche eines Kipphebels gemäß dem Anspruch 7.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in einer Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Plasmabrenner zum Oberflächenhärten;

Fig. 2A, 2B und 2C je ein mit einem elektronischen Proben-Mikro analysiergerät erzeugtes Analysebild von der gehärteten Oberfläche.

Fig. 1 zeigt den wesentlichen Mündungsabschnitt des Plasmabrenners 1, der sich für die erfindungsgemäße Oberflächenhärtung eines Gußeisenartikels 11 eignet. Der Plasmabrenner 1 weist innerhalb einer hohl ausgebildeten Abschirmkappe 2 eine einzelne Düse 3 aus Kupfer auf, zwischen der und der Abschirmkappe 2 sich ein axial ringförmiger Strömungsquerschnitt 4 erstreckt, der die Hinzuführung eines Schutzgases, wie eines reaktionslosen Gases bzw. Edelgases ermöglicht. In der Mitte der Düse 3 verläuft ein axialer Kanal 5 für die Zuführung eines Arbeitsgases, wie Argongas, welches in ein Plasmagas umzuwandeln ist. Um den Kanal 5 herum erstreckt sich in der Düse 3 ein endseitig geschlossener Hohlraum 6 in dem ein Kühlmittel zirkuliert. Eine Wolfram-Elektrode 7 ist axial im Kanal 5 für das Arbeitsgas angeordnet, wobei der Kanal 5 an seinem unteren Ende verjüngt ist und mit seiner Mündung eine Öffnung 8 bzw. ein Plasma-Strahlloch für die Abgabe des Plasmagases bildet.

Darüber hinaus weist die Abschirm- bzw. Schutzkappe 2 eine Vielzahl von rohrförmigen Führungen 9 auf, die sich schräg durch die Abschirmkappe 2 hindurch erstrecken und um die Düse 3 in einer gleichen Winkelteilung herum angeordnet zu sein. In den Führungen 9 ist jeweils eines einer Vielzahl vorgesehener Metallpulver-Zuführungsrohre 10 so eingesetzt, daß die Achsen der Zuführungsrohre 10 die Achse der Öffnung 8 in einem Punkt schneiden.

Im folgenden wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung des Gußeisenartikels 11 beschrieben, bei dem der zuvor beschriebene Plasmabrenner 1 verwendet ist.

Der Gußeisenartikel 11 ist in einer üblichen Weise gegossen, und seinem Material ist kein Metall hoher Härte in einem Ausmaß hinzugefügt, das eine spanabhebende Bearbeitung stören könnte, und es ist auch kein Kühl- bzw. Abschreckblock zu seiner Nachbehandlung verwendet worden.

Zunächst wird, wie dies in Fig. 1 veranschaulicht ist, der Plasmabrenner 1 gegenüber einem bestimmten Bereich 11 a des Gußeisenartikels 11 angeordnet, d. h. gegenüber einem Bereich, bezüglich dem die Forderung besteht, daß er sowohl gegenüber Abrieb als auch Verschleiß beständig ist. Dieser Bereich der Oberfläche des Gußeisenartikels 11 wird dann durch eine spanabhebende Bearbeitung wie Schleifen einer Endbearbeitung unterzogen.

Sodann wird die Wolframelektrode 7 mit einem Minusanschluß (nicht dargestellt) und der Gußeisenartikel 11 mit einem Plusanschluß (nicht dargestellt) einer Gleichspannungsquelle verbunden. Das Schutzgas wird durch den Strömungsquerschnitt 4 und das Arbeitsgas durch den Kanal 5 zugeführt. Im Betrieb wird durch Entladung der Elektrode 7 das Arbeitsgas in einen Plasmazustand überführt, um das Plasmagas zu erzeugen, welches an der Öffnung 8 einen verringerten Strömungsquerschnitt aufweist und sich von dort aus in Form eines Plasmabogens 12 schnell ausbreitet, d. h. zu einem Plasmastrahl hoher Temperatur und hoher Geschwindigkeit, der von der Düse 3 ausgeht. Der Plasmabogen 12 ist auf den bestimmten Bereich 11 a der Oberflächenschicht des Gußeisenartikels 11 gerichtet, welcher positives Potential in bezug auf die Wolframelektrode 7 besitzt und bildet dort ein Schmelzbad 13.

Gleichzeitig mit diesen Vorgängen wird in den Plasmabogen 12 ein Pulver 14, bestehend aus einer oder mehreren Sorten Metall hoher Härte als Legierungsstoffe durch die Zuführungsrohre 10 eingeführt. Das hohe Härte aufweisende Metall kann bestehen aus Chrom, Molybdän, Nickel, Wolfram, Vanadium, Niob und dgl. Es kann sich auch um eine Legierung, ein Gemisch und/oder eine Verbindung von zwei oder mehr dieser Metallen gegebenenfalls mit einem anderen Metall oder anderen Metallen und/oder anderen Materialien wie Kohlenstoff handeln. Die Menge des in den Plasmabogen 12 einzuführenden Pulvers 14 ist beschränkt, und zwar in Werten eines Gewichtsanteiles des hohe Härte aufweisenden Metalls zum Schmelzbad 13. Vorzugsweise liegen die Werte innerhalb eines Bereiches von 1,0 bis 15,0 Gewichtsprozent, wenn die Anzahl der Sorten des hohe Härte aufweisenden Metalls Eins beträgt. Die betreffenden Werte liegen indessen in einem Bereich von 0,7 bis 15,0 Gewichtsprozent für jede Sorte, und innerhalb eines Bereiches von 1,4 bis 16,0 Gewichtsprozent insgesamt, wenn mehr als ein Metall verwendet wird. Eine unzureichende Zusammensetzung des Pulvers 14 führt zu einem Mangel an Härte oder zu einer zu hohen Härte, was zu Brüchigkeit bzw. Rissen führt.

Das Metallpulver 14 wird bei seiner Einführung in den Plasmabogen 12 zwangsweise im Plasmabogen 12 gehalten, und es wird beschleunigt, erwärmt und mit hohen Geschwindigkeiten bei einer hohen Temperatur auf die Oberfläche des Schmelzbades 13 derart geschleudert, daß es im Schmelzbad 13 gemischt wird, während das Schmelzbad 13 einen Oberflächenbereich aufweist, der eine durch den Druck des Plasmabogens 12 hervorgerufene Ausnehmung zeigt. Der Ausnehmungsbereich wird veranlaßt, sich zu kräuseln und längs der Bewegungen des Plasmabrenners 1 mitzulaufen, so daß das Schmelzbad 13 wirksam durchrührt wird. Demgemäß wird das Pulver 14 aus dem hohe Härte aufweisenden Metall im Schmelzbad 13 vermischt und gleichmäßig verteilt. Infolgedessen wird das Pulver 14 in dem Fall, daß es einen hinreichend niedrigen Schmelzpunkt hat oder bezüglich des Schmelzbades 13 auflösbar ist, gleichmäßig mit dem Substrat des Schmelzbades 13 vermischt, womit eine Legierung und/oder eine Verbindung gebildet wird. In dem Fall, daß das Pulver 14 widerstandsfähig bzw. hitzebeständig gegenüber dem Schmelzbad 13 ist, wird es gleichmäßig im Schmelzbad 13 dispergiert, ohne daß die chemische Zusammensetzung sich ändert.

Nach dem Abkühlen des Schmelzbades 13 weist der Gußeisen artikel 11, im Oberflächenbereich 11 a eine harte und verschleißfeste Schicht auf, die eine homogenisierte Legierung mit einem oder mehreren, hohe Härte aufweisenden Metallen und/oder abriebfesten Partikeln enthält, die gleichmäßig dispergiert sind.

Nachstehend wird eine Anzahl von wesentlichen Betriebsbedingungen erläutert, um eine oberflächengehärtete Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung zu erreichen.

Für die Zuführung des Metallpulvers 14 wird ein Trägergas verwendet, welches durch die Zuführungsrohre 10 strömt. Die Strömungsgeschwindigkeit des betreffenden Gases kann vorzugsweise auf 0,5 m/s oder auf einen höheren Wert eingestellt sein, um das Pulver 14 im Plasmabogen 12 zu halten. Für das Arbeitsgas, welches durch den axialen Kanal 5 strömt, kann die Strömungsgeschwindigkeit vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 0,3 bis 3 dm³/min begrenzt sein, um stark reduziert zu sein von einem Bereich eines gewöhnlichen Plasmaschmelzens, der bei 30 bis 60 dm³/min liegt. Hierdurch wird verhindert, daß das Pulver 14 aus dem Schmelzbad 13 herauspratzt. Um die Arbeitsgasströmung zu verringern, kann überdies die Partikelgröße des Pulvers 14 in vorteilhafter Weise beschränkt sein auf innerhalb eines Bereiches von 1 bis 200 µm oder vorzugsweise auf einen Bereich von 1 bis 100 µm.

Darüber hinaus kann der den Plasmabogen erzeugende elektrische Strom, der in geeigneter Weise einzustellen ist in Übereinstimmung mit dem Material, den Abmessungen und der Konfiguration des Gußeisenartikels 11, dem zu schmelzenden Substrat der wieder zu schmelzenden Fläche sowie Tiefe, der Menge des Metall pulvers 14 und der Bewegungsgeschwindigkeit des Plasmabrenners 1, vorzugsweise weitgehend innerhalb eines Bereiches von 30 bis 200 A eingestellt werden bei einer Spannung innerhalb eines Bereiches von 20 bis 30 V.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform gemäß der Erfindung kann das Pulver 14 eine oder mehrere Sorten aus einem hohe Härte aufweisenden Metall und eine Substanz aus Schwefel oder einem Sulfid eines hohe Härte aufweisenden Metalls aufweisen, wodurch das hohe Härte aufweisende Metall gleichmäßig in Form eines Sulfides in der wieder geschmolzenen behandelten Schicht zu dispergieren oder aufzulösen ist. Dadurch wird die Schmierfähigkeit gesteigert, wodurch die Abriebfestigkeit weiter erhöht ist. Die hinzuzusetzende Schwefelmenge ist begrenzt, und zwar in Werten eines Gewichtsanteiles von Schwefel zu der wieder geschmolzenen behandelten Schicht ausgedrückt in Werten, die vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 0,2 bis 1,5 Gewichtsprozent liegen. In dem Fall, daß der Gewichtsanteil kleiner ist als 0,2 Gewichtsprozent, wird die Schmierfähigkeit nicht merklich hoch sein. Wenn demgegenüber der betreffende Gewichtsanteil mehr als 1,5 Gewichtsprozent beträgt, wird die wieder geschmolzene behandelte Schicht brüchig, womit die Abschleiffestigkeit verringert ist.

Im übrigen sei angemerkt, daß eine oder mehrere Sorten des hohe Härte aufweisenden Metalls dem Schmelzbad 13 in Form einer eisenhaltigen Legierung oder eines Karbides zugeführt sein kann/können.

Die Fig. 2A, 2B und 2C zeigen Analysenbilder, die die Ergebnisse eines elektronischen Proben-Microanalysiergerätes veranschaulichen. Dabei sind die Analyseergebnisse bezüglich einer erfindungsgemäßen Oberflächenhärtung veranschaulicht, die dadurch gebildet ist, daß einzelne Substanzen aus Chrom und Molybdän als Metall hoher Härte hinzugefügt sind und Schwefel hinzugesetzt ist. Jedes Diagramm zeigt einen Tiefenbereich von 1,0 bis 1,1 mm. Wie aus den Analysebildern ersehen werden kann, ist die oberflächengehärtete Schicht nahezu homogen bezüglich S, Cr und Mo.

Im folgenden werden die Ergebnisse einer Anzahl von Vergleichsbeispielen erläutert, bei denen jeweils ein Gußeisenartikel gemäß der Erfindung verglichen wird mit einem konventionellen Gußeisenartikel bezüglich der Abriebfestigkeit.

Beispiel I

Eine Nockenwelle für Automobile als Gußeisenteil mit der Bezeichnung FC 30 (Grauguß, Grad 5 nach den japanischen Industrienormen JIS) wurde einer groben spanabhebenden Bearbeitung und der erfindungsgemäßen Oberflächenhärtung unterzogen, wobei der Nocken-Hubbereich der Nockenwelle unter Verwendung eines Plasmabogens und Zuführung von Metallpulver aus Cr unter folgenden Bedingungen aufgeschmolzen wurde:

Plasmabogen-Strom85 A Arbeitsgasströmung0,3 dm³/min Menge des hinzugesetzten Cr-Pulvers1,4 g/min Bewegungsgeschwindigkeit des
Plasmabrenners 11 m/min

Der Nocken-Hubbereich wies eine oberflächengehärtete und für die Härtung abgeschreckte Schicht auf, die 1,6 mm tief war und deren Härte nach der Rockwell Härteskala C 63 Härteeinheiten (JIS) betrug. Die betreffende Schicht enthielt weitgehend homogen etwa 13 Gewichtsprozent Cr. Die Nockenwelle wurde dann einer Endbearbeitung durch Schleifen des Nockenbereiches unterzogen und als Teststück A bezeichnet.

Es wurde auch eine Nockenwelle mit 0,9 Gewichtsprozent Cr gegossen, wobei nicht mehr als ein Nocken-Hubbereich der betreffenden Nockenwelle durch Abschrecken gehärtet wurde. Auch diese Nockenwelle wurde dann einer Endbearbeitung durch Schleifen unterzogen und als Teststück B bezeichnet.

Die beiden Teststücke A und B wurden in einer Testmaschine getestet, und zwar bei einer Motordrehzahl von 1000 1/min und bei einer Öltemperatur von 65°C während einer Dauer von 200 h. Die Testergebnisse zeigten eine maximale Abriebtiefe von 25 µm bezüglich des Nockenteiles des Teststücks A und eine maximale Abriebtiefe von 105 µm bezüglich des Nockenteiles des Teststücks B. Damit zeigte sich das Teststück A hinsichtlich der Abriebfestigkeit als deutlich überlegen.

Beispiel II

Eine Nockenwelle für Motorräder als Gußeisenteil mit der Bezeichnung FCD 55 (Sphero-Graphitguß Klasse 3 nach JIS) wurde einer groben Schneidbehandlung und der erfindungsgemäßen Oberflächenhärtung unterzogen, wobei ein Metallpulver aus Mo₂C mit Partikelgrößen innerhalb eines Bereiches von 10 bis 50 µm unter folgenden Bedingungen hinzugesetzt wurde:

Plasmabogen-Strom80 A Arbeitsgasströmung0,5 dm³/min Menge des hinzugesetzten
Mo₂C-Pulvers0,3 g/min Bewegungsgeschwindigkeit des
Plasmabrenners 11,2 m/min

Die oberflächengehärtete Schicht wurde abgeschreckt. Die Schicht wies eine Tiefe von 1,8 mm auf, und die HRC-Härte (Rockwell-Härte) betrug 57. Die betreffende Schicht wies 1,5 Gewichtsprozent Mo auf. Die Nockenwelle wurde dann durch Schleifen eines Nockenteiles fertig bearbeitet und als Teststück C bezeichnet.

Außerdem wurde eine andere Nockenwelle als Gußeisenteil mit der Bezeichnung FCD 55 nach JIS gegossen und zwecks Härtung abgeschreckt. Auch diese Nockenwelle wurde durch Schleifen eines Nockenteiles fertigbearbeitet und als Teststück D bezeichnet.

Die beiden Teststücke C und D wurden in einer Testmaschine unter ähnlichen Bedingungen getestet wie beim Beispiel I. Die Testergebnisse zeigen eine maximale Abriebtiefe von 80 µm für den Nockenteil des Teststücks C und eine Abriebtiefe von 120 µm für den Nockenteil des Teststücks D. Damit zeigte sich das Teststück C gegenüber dem Teststück D in der Abriebfestigkeit als überlegen.

Beispiel III

Eine Nockenwelle für Automobile wurde als Gußeisenteil mit der Bezeichnung FC 30 (entsprechend der oben angegebenen JIS) einer groben spanabhebenden Bearbeitung und der erfindungsgemäßen Oberflächenhärtung unterzogen, wobei ein Cr₃C₂-Pulver und ein Mo-Pulver in einem Gewichtsverhältnis von 50% zu 50% gemischt hinzugesetzt wurden und die Partikelgrößen innerhalb eines Bereiches von 2 bis 60 µm lagen. Die Oberflächenhärtung erfolgte unter folgenden Bedingungen:

Plasmabogen-Strom80 A Arbeitsgasströmung0,5 dm³/min Menge von hinzugesetztem Cr₃C₂+Mo0,3 g/min Bewegungsgeschwindigkeit des
Plasmabrenners 11 m/min

Eine so auf dem Nocken-Hubbereich erhaltene oberflächengehärtete Schicht wurde abgeschreckt. Die Schicht wies eine Tiefe von 1,7 mm und eine HRC-Härte von 58 auf. Sie enthielt etwa 0,9 Gewichts prozent Mo und etwa 0,8 Gewichtsprozent Cr. Die Nockenwelle wurde dann durch Schleifen eines Nockenteiles einer Endbearbeitung unterzogen und als Teststück E bezeichnet.

Außerdem wurde eine andere Nockenwelle als Gußeisenteil aus einem FC-30-Material (JIS) gegossen, welches 0,3 Gewichtsprozent Mo und 0,6 Gewichtsprozent Cr enthielt. Das betreffende Gußeisenteil wurde zwecks Härtung abgeschreckt. Auch diese Nockenwelle wurde durch Schleifen eines Nockenteiles einer Endbearbeitung unterzogen und als Teststück F bezeichnet.

Die beiden Teststücke E und F wurden in einer Testmaschine unter ähnlichen Bedingungen getestet, wie sie beim Beispiel I angegeben sind. Die Testergebnisse zeigten eine maximale Abriebtiefe von 63 µm für den Nockenteil des Teststücks E und eine maximale Abriebtiefe von 110 µm für den Nockenteil des Teststücks F. Damit zeigte sich das Teststück E hinsichtlich seiner Abriebfestigkeit als extrem überlegen.

Beispiel IV

Eine Nockenwelle für Automobile wurde als Gußeisenteil aus dem FC-30-Material (JIS) gegossen, einer groben spanabhebenden Bearbeitung und der erfindungsgemäßen Oberflächen härtung unterzogen, wobei eine Mischung aus einem Cr₃C₂-Pulver und einem Mo-Pulver in einem Gewichtsverhältnis von 65% zu 35% bei Partikelgrößen innerhalb eines Bereiches von 2 bis 60 µm unter folgenden Bedingungen hinzugesetzt wurde:

Plasmabogen-Strom80 A Arbeitsgasströmung0,5 dm³/min Menge an hinzugesetztem Cr₃C₂+Mo1,6 g/min Bewegungsgeschwindigkeit des
Plasmabrenners 10,5 m/min

Eine so erhaltene oberflächengehärtete Schicht auf dem Nocken-Hubbereich wurde abgeschreckt. Die Schicht wies eine Tiefe von 1,5 mm und eine HRC-Härte von 64 auf. Sie enthielt etwa 5,6 Gewichtsprozent Mo und etwa 9,4 Gewichtsprozent Cr. Die Nockenwelle wurde dann durch Schleifen eines Nockenteiles einer Endbearbeitung unterzogen und als Teststück G bezeichnet.

Außerdem wurde eine andere Nockenwelle als Eisenlegierungs- Gußteil aus einem FC-30-Material (JIS) gegossen, welches 0,3 Gewichtsprozent Mo und 0,6 Gewichtsprozent Cr enthielt. Dieses Gußteil wurde zwecks Härtung abgeschreckt. Auch diese Nockenwelle wurde durch Schleifen eines Nockenteiles einer Endbearbeitung unterzogen und als Teststück H bezeichnet.

Die beiden Teststücke G und H wurden in einer Testmaschine unter ähnlichen Bedingungen getestet, wie sie beim Beispiel I angegeben sind. Die Testergebnisse zeigten eine maximale Abriebtiefe von 38 µm bei dem Nockenteil des Teststücks G, und eine maximale Abriebtiefe von 110 µm bei dem Nockenteil des Teststücks H. Damit zeigte sich das Teststück G hinsichtlich der Abriebfestigkeit als extrem überlegen.

Beispiel V

Eine Nockenwelle für Automobile wurde als Gußeisenteil aus dem FC-30-Material (JIS) hergestellt und einer groben spanabhebenden Bearbeitung sowie der erfindungsgemäßen Oberflächenhärtung unterzogen, wobei ein Gemisch aus einem Cr₃C₂-Pulver und aus einem MoS₂-Pulver bei einem Gewichtsverhältnis von 50% zu 50% und Partikelgrößen innerhalb eines Bereiches von 2 bis 10 µm unter den folgenden Bedingungen hinzugesetzt wurde:

Plasmabogen-Strom80 A Arbeitsgasströmung0,5 dm³/min Menge an hinzugesetztem Cr₃C₂+MoS₂0,8 g/min Bewegungsgeschwindigkeit des
Plasmabrenners0,9 m/min

Eine so erhaltene oberflächengehärtete Schicht auf dem Nocken- Hubbereich wurde abgeschreckt. Die Schicht wies eine Tiefe von 1,6 mm und eine HRC-Härte von 63 auf. Sie enthielt etwa 3,4 Gewichtsprozent Mo, 4,8 Gewichtsprozent Cr und 0,82 Gewichtsprozent S. Die Nockenwelle wurde dann durch Schleifen eines Nockenteiles einer Endbearbeitung unterzogen und als Teststück I bezeichnet.

Auch in diesem Fall wurde eine andere Nockenwelle als Eisenlegierungs- Gußteil aus einem FC-30-Material (JIS) gegossen, enthaltend 0,3 Gewichtsprozent Mo und 0,6 Gewichtsprozent Cr. Dieses Gußteil wurde zwecks Härtung abgeschreckt. Auch diese Nockenwelle wurde durch Schleifen eines Nockenteiles einer End bearbeitung unterzogen und als Teststück J bezeichnet, dessen chemische Zusammensetzung die gleiche ist wie jene des Teststücks F beim Beispiel III.

Die beiden Teststücke I und J wurden in einer Testmaschine unter ähnlichen Bedingungen getestet, wie sie beim Beispiel I angegeben sind. Die Testergebnisse zeigten eine maximale Abriebtiefe von 26 µm bei dem Nockenteil des Teststücks I, und eine maximale Abriebtiefe von 110 µm bei dem Nockenteil des Teststücks J. Damit zeigte sich das Teststück I hinsichtlich der Abriebfestigkeit als extrem überlegen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich auch vorteilhaft zum Oberflächenhärten von Kipphebeln in deren Arbeitsbereich.

Durch Hinzufügen von S neben einem derartigen, eine hohe Härte aufweisenden Metall kann überdies die Abriebfestigkeit noch weiter erhöht werden.

Claims

1. Verfahren zum Oberflächenhärten von Nockenwellen, bei dem die zu härtenden Oberflächenbereiche mit Hilfe eines Plasmabogens aufgeschmolzen werden, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe des Plasmabogens (12) in die aufgeschmolzene Oberfläche (13) die Metalle Chrom, Molybdän, Nickel, Wolfram, Vanadium und/oder Niob, deren Legierungen und/oder deren Karbide bzw. Sulfide legiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sulfide in einer solchen Menge eingebracht werden, daß der Anteil des Schwefels in Bezug zur aufgeschmolzenen Oberflächenschicht im Bereich von 0,2 bis 1,4 Gew.-% liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall in einer Teilchengröße von 1 bis 200 µm legiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall in Pulverform mit Hilfe eines Trägergases, das eine Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 0,5 m/s besitzt, in die Oberfläche eingebracht wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Zuführungseinrichtung (9, 10) zum Zuführen der Legierungsstoffe in Pulverform am Plasmabrenner (1) angebracht ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungseinrichtung mehrere unter gleicher Winkelteilung in rohrförmigen Führungen (9 angeordnete, schräg verlaufende Zuführungsrohre (10) aufweist, deren Achsen sich mit der Achse des Plasmabrenners (1) im Plasmabogen (12) in einem Punkt schneiden.

7. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bzw. der Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 zum Oberflächenhärten der Nockenfolgerfläche eines Kipphebels.