EP0347568A2 - Method of making wear-resisting castings - Google Patents
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- EP0347568A2 EP0347568A2 EP89108131A EP89108131A EP0347568A2 EP 0347568 A2 EP0347568 A2 EP 0347568A2 EP 89108131 A EP89108131 A EP 89108131A EP 89108131 A EP89108131 A EP 89108131A EP 0347568 A2 EP0347568 A2 EP 0347568A2
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- 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
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- C21D5/00—Heat treatments of cast-iron
Definitions
- the object of the invention is to propose a method with which castings with improved wear resistance and at the same time improved tensile strength and elongation characteristics can be obtained.
- This object is achieved according to the invention in the method described at the outset by annealing the castings at an austenitizing temperature and quenching them to an intermediate stage temperature at which the casting matrix is essentially converted to austenite and the carbides of the alloy are still essentially are undecomposed.
- the cast components treated according to the invention in the ledeburitic edge zones with a bainitic matrix have a significantly improved wear resistance, in particular with regard to rolling fatigue, since the wear-inhibiting effect of the carbides in combination with the bainitic matrix results in a higher fatigue strength.
- This procedure ensures that at least surface areas, if not edge zones of the castings, have a ledeburitic structure in which iron carbide and / or mixed carbides contribute significantly to the wear resistance of the Surface contribute, while at the same time by embedding the carbides in a now bainitic matrix, a very good strength of the component and a high wear resistance, in particular rolling fatigue strength, is guaranteed.
- the method according to the invention is particularly suitable for treating castings which are cast using the hard shell casting method and thereby have ledeburitic edge zones or surface areas, the matrix in these areas, however, being predominantly formed from pearlite.
- Castings that are conventionally cast, i.e. graphitically solidified components or so-called gray cast iron parts, in which, however, surface areas or edge zones were remelted into a ledeburitic structure by means of high-energy radiation, such as that of a tungsten inert gas burner, a laser or an electron beam.
- the optimal holding time for the austenitizing temperature depends, on the one hand, to some extent on the alloying constituents of the cast iron alloy, the decay rate of the carbide crystals being able to be reduced, for example, with certain element additions, and, on the other hand, on the preselected austenitizing temperature itself.
- a holding time for a given Austenitization temperature at which the conversion to austenite takes place at least to about 80% The conversion is preferably carried out almost completely.
- the second essential criterion of the method according to the invention is the maintenance of the carbide crystals. According to special variants of the method according to the invention, these should be retained at least in the order of magnitude of approximately 80% when the casting matrix is converted into austenite, with at least 90% of the carbides still being in crystalline form at the end of the holding time at the austenitizing temperature in a preferred procedure.
- a process control in which more than 95% of the carbides are still present in crystalline form in the casting matrix is most preferred.
- the preheating process is advantageously preceded by annealing at the austenitizing temperature, in which the casting is heated to a temperature of approximately 300 to 700.degree.
- the temperature in this preheating or preheating process is chosen so that the casting structure does not change substantially and, on the other hand, the austenitizing temperature can be reached relatively quickly.
- a largely uniform heating of the cast part should be achieved over the entire cross-section while maintaining the preheating temperature.
- the holding time at the austenitizing temperature can be kept very short when the casting matrix is almost completely converted to austenite, which in turn essentially completely retains the carbide content.
- the holding times for such processes are between 3 and 10 minutes, depending on the individual alloy components and the austenitizing temperature.
- the holding times at the austenitizing temperature can ins in particular, be kept relatively short if the temperature is set in the range from 550 to 650 ° C. during the preheating process.
- This preheating temperature range is optimal because, on the one hand, at a temperature of up to 650 ° C, no decomposition processes of the carbide crystals in the casting matrix can certainly take place and, on the other hand, the entire casting is preheated to close to the austenitizing temperature.
- the subsequent heating to the austenitizing temperature, at which the conversion of pearlite to austenite takes place has the consequence that the interior of the casting is also heated to the austenitizing temperature during the holding time.
- the preheating process preceding the annealing at the austenitizing temperature has the further advantage that the cast part to be treated does not warp due to uneven temperature distribution in the cast part.
- a temperature range of 800 to 960 ° C is preferred. At the lower limit of this temperature range, a somewhat longer holding time at the austenitizing temperature will of course be necessary than at the upper limit of the specified range.
- the austenitizing temperature should be maintained for at least 3 minutes to a maximum of 10 minutes.
- the austenitizing temperature is preferably kept for only 5 to 7 minutes.
- the components are preferably quenched in a warm bath, which allows a targeted generation of the bainite matrix.
- a warm bath which allows a targeted generation of the bainite matrix.
- Oil baths, salt baths or sand fluidized beds are used as warm baths, as is known from another context.
- the warm bath temperature is preferably selected in the range from approximately 220 to 450 ° C. Below 220 ° C, martensite is increasingly obtained on cooling, which has a negative effect on the properties of the castings. Sufficient hardening of the cast part is not achieved above 450 ° C.
- the duration of treatment in the warm bath is between 0.1 and 4 hours.
- the lower limit of 0.1 hours results from the fact that in the case of shorter periods of time there is no longer sufficient conversion into bainite.
- the upper limit for the treatment time of 4 hours results from the fact that there the loss of bainitic properties of the matrix begins, i.e. the already formed bainitic areas are then subject to significant transformation processes.
- the temperature in the hot bath is preferably kept constant, i.e. the temperature is regulated to a value of approx. ⁇ 20 ° C.
- the temperature of the hot bath may be lower in a first period after the castings have been introduced into the hot bath than in the remaining part of the treatment time. This temperature difference is preferably between approximately 30 and 100 ° C.
- an initially lower temperature value of the hot bath can be used to form more crystallization centers in the cast part due to the greater cooling during quenching, so that a finer cast structure results.
- the subsequent increase in temperature to the actual heat bath treatment value is therefore carried out in order to accelerate the desired conversion of austenite into bainite.
- the holding time at the hot bath treatment temperature can thus be significantly reduced.
- the same idea of the invention is embodied in a procedure which is completely different from the previous process, namely in that in a process for the production of castings with ledeburitic marginal zone regions by adding alloying constituents to the alloy prior to casting, which change the time / temperature behavior in such a way that that in an essentially unchanged casting and cooling process, ledeburitic surface areas or edge zones are obtained whose casting matrix essentially comprises bainite.
- a cast alloy which contains the elements chromium, vanadium and tungsten as alloy components individually or in combination, the proportion of each of these elements - if contained - 0.1 to 5% by weight. and the sum of the proportions, if they are in combination, is up to 10% by weight.
- the elements chromium, vanadium and tungsten can be used in particular to regulate the resistance to decomposition of the iron and / or mixed carbides in the austenitic phase.
- cast alloys can be used which contain the elements boron, titanium, tellurium and bismuth as alloy components individually or in combination, the proportion of a single one of these elements - if present - being 0.01 to 0.2% by weight.
- These elements and the variation of their proportions can also be used to regulate the decay rate of the carbides in the austenitic phase or, in other words, to stabilize the iron carbide crystals at least partially or even completely.
- Cast iron alloys which contain copper, nickel and molybdenum as alloy components individually or in combination, each with a respective proportion of 0.1 to 8% by weight, if present, have also proven to be advantageous, in the case of a combination of these elements, the The sum of their shares can be up to 15% by weight.
- All of the aforementioned elements can be used as an alloy component to specifically change the time and temperature-dependent conversion characteristics of the cast alloy or to influence the time / temperature behavior of the alloy in a targeted manner, as has already been explained above.
- this not only opens up the possibility of direct casting with a component which is pronounced according to the invention come, but also in the post-treatment of the castings to a process management in which the conversion processes are so slow that small time differences in the holding times, especially in the austenitizing temperature and in the treatment in a warm bath, no longer lead to serious quality fluctuations.
- the treatment times of the components in the various process stages are lengthened in part, but the advantages obtained by the fact that higher quality standards can be maintained with fewer rejects predominate.
- a further object of the invention is to propose wear-resistant cast parts made of a cast iron alloy with graphite precipitates and ledeburite parts, in which, in addition to excellent tensile strength and elongation values, there is improved rolling fatigue strength on surface areas.
- This object is achieved in the wear-resistant castings from a cast iron alloy with ledeburitic edge zones or surface areas in that a predominantly bainitic matrix of ledeburite is provided, in which Fe3C and / or mixed carbides are embedded.
- Castings with such a structure use on the one hand the properties of the high-strength and wear-resistant bainite structure and supplement this additionally by the hardness of Fe3C and / or the mixed carbides, which in combination lead to an unprecedented wear resistance in castings.
- the castings according to the invention can also comprise austenite and / or martensite fractions without achieving significantly worse results with regard to the abrasion resistance.
- the castings according to the invention are preferably obtained by the processes described above, the castings in the aftertreatment process initially being in a processable state and being subjected to the process according to the invention only in one of the last phases of the production process.
- the direct method described above in which alloy components are added to the alloy in such a way that the time / temperature behavior of the alloy during the casting and solidification process is influenced in such a way that ledeburitic marginal zones are formed, the casting matrix of which essentially comprises bainite, is completely equivalent to this Manufacturing process, which is mainly used when the castings no longer have to be subjected to further processing.
- the alloy components in particular components such as nickel, copper, molybdenum and / or tungsten, are used in a targeted manner to influence the phase transition characteristics of the alloy in such a way that the structure according to the invention is obtained in the edge zones of the cast part with unchanged, natural cooling behavior of the cast part. This means that subsequent heat treatment is no longer necessary and that the cooling process of the castings is in no way prolonged by the process according to the invention.
- the castings according to the invention are used in particular as components for the valve control of internal combustion engines, as camshafts and their counter-rotors, e.g. Levers or plungers, trained and used.
- the casting to be produced in this example is a camshaft, which is first produced using the well-known hard chilled casting process.
- the camshaft already has marginal zone areas made from ledeburite, but in which the matrix for the carbides consists essentially of pearlite.
- a mold is used which, in the solidifying casting, enables such a high solidification front speed in certain areas that the cast iron melt solidifies there in the edge zone of the casting according to the metastable state diagram with ledeburitic structure, the carbide crystals of the ledeburite areas are embedded in a pearlite matrix here .
- the short holding time at high temperatures ensures that the carbides in the casting, as they were produced in hard shell casting, remain essentially unchanged, while, on the other hand, the preheating process at approx. 600 ° C (P 1 - P 2) is the prerequisite for an essentially complete transformation to austenite during this short hold time.
- the camshaft is cooled in air to room temperature.
- the figure represents a variant in the range from P 5 to P 6, that is to say in the process step of quenching, in which the temperature of the hot bath is initially selected approximately 50 ° C. below the hot bath temperature subsequently maintained.
- the advantages here are, on the one hand, the possibility of making better use of the bath contents during quenching, since a relatively small ratio of the heat capacity of the bath to the heat capacity of the cast parts to be introduced therein and thus also a relatively small bath volume can be selected. This not only entails lower system costs, but also reduces the energy costs of the system, since a significantly reduced bath content has to be brought to the appropriate post-treatment temperature or intermediate stage compensation temperature. It can also be achieved with this procedure that an increased formation of crystallization centers is caused, which results in a finer structure of the casting structure.
- the component to be treated with the method according to the invention here a camshaft, can likewise be produced instead of in the hard shell casting process by remelting a gray solidified edge zone by means of high-energy radiation, here for example a TIG torch.
- high-energy radiation here for example a TIG torch.
- the following heat treatment corresponded to the procedure according to embodiment 1.
- a combination of alloying elements was added to the cast iron alloy, namely 1.2% nickel, 1% molybdenum and 0.7% copper.
- the camshaft was cast in a manner known per se using the hard chill casting process, without a special temperature control being forced upon the cooling and solidification of the melt.
- a shift in the phase conversion curves in the continuous time / temperature diagram to longer conversion times was achieved that essentially ledeburit with a bainitic matrix was again obtained in the edge zones.
- camshafts were produced in accordance with Example 3, with the difference that instead of the alloy components nickel, molybdenum and copper, only a proportion of 2.5 to 3% by weight of tungsten was added to the cast iron alloy.
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung verschleißfester Gußteile aus einer Gußeisenlegierung unter Verwendung von Gußteilen mit ledeburitischen Randzonen oder Oberflächenbereichen und Graphitausscheidungen in weiteren Bauteilbereichen, wobei die Gußteile zur Umwandlung der Matrix der ledeburitischen Randzonen oder Oberflächenbereiche in Bainit einer Wärmebehandlung unterzogen werden.Process for producing wear-resistant castings from a cast iron alloy using castings with ledeburitic edge zones or surface areas and graphite deposits in further component areas, the castings being subjected to a heat treatment in order to convert the matrix of the ledeburitic edge zones or surface areas into bainite.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus dem Übersichtsartikel von P. Peppler "Schalenhartguß - Eigenschaften und Anwendung" in "Konstruieren + Gießen" (1979, Seite 12 ff.) bekannt. Bei der Herstellung von verschleißbeanspruchten Gußteilen wird häufig das Schalenhartgußverfahren oder auch das WIG-Umschmelzverfahren (WIG = Wolfram-Inertgas-Brenner) eingesetzt, wobei in der Regel in bestimmten Randzonen bzw. Oberflächenbereichen ein ledeburitisches Gefüge erzeugt wird, bei dem die Karbide in einer perlitischen Matrix eingebettet sind.Such a method is known, for example, from the review article by P. Peppler "Shell die casting - properties and application" in "Konstruieren + Gießen" (1979, page 12 ff.). In the production of cast parts subject to wear, the hard shell casting process or the TIG remelting process (TIG = tungsten inert gas torch) is often used, a ledeburitic structure is usually produced in certain edge zones or surface areas, in which the carbides are in a pearlitic Matrix are embedded.
Die heutigen Anforderungen an die Festigkeit der Matrix des Ledeburits übersteigen jedoch häufig die gegebenen Eigenschaften des Perlits. Andererseits ist aus der Literatur bekannt, daß ein karbidfreies, graphitisches Gußeisenbauteil mit überwiegend bainitischem Gefüge im Vergleich zu einem Bauteil mit perlitischem Gefüge eine deutlich höhere Festigkeit besitzt. Diesen graphitischen Gußeisenbauteilen fehlt jedoch die notwendige Verschleißfestigkeit.However, today's requirements for the strength of the matrix of ledeburite often exceed the given properties of pearlite. On the other hand, it is known from the literature that a carbide-free, graphitic cast iron component with a predominantly bainitic structure has a significantly higher strength compared to a component with a pearlitic structure. This one graphitic cast iron components, however, lack the necessary wear resistance.
Hiervon ausgehend, stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem Gußteile mit einer verbesserten Verschleißfestigkeit und gleichzeitig einer verbesserten Zugfestigkeit und Dehnungscharakteristik erhalten werden können.Proceeding from this, the object of the invention is to propose a method with which castings with improved wear resistance and at the same time improved tensile strength and elongation characteristics can be obtained.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gußteile bei einer Austenitisierungstemperatur geglüht und zu einem Zeitpunkt auf eine Zwischenstufentemperatur abgeschreckt werden, zu dem einerseits die Gußmatrix im wesentlichen in Austenit umgewandelt ist und andererseits jedoch die Karbide der Legierung noch im wesentlichen unzersetzt vorliegen.This object is achieved according to the invention in the method described at the outset by annealing the castings at an austenitizing temperature and quenching them to an intermediate stage temperature at which the casting matrix is essentially converted to austenite and the carbides of the alloy are still essentially are undecomposed.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß die erfindungsgemäß behandelten Gußbauteile in den ledeburitischen Randzonen mit bainitischer Matrix eine wesentlich verbesserte Verschleißbeständigkeit, insbesondere bezüglich der Wälzermüdung, aufweisen, da die verschleißhemmende Wirkung der Karbide in Kombination mit der bainitischen Matrix eine höhere Ermüdungsfestigkeit ergibt.Surprisingly, it was found that the cast components treated according to the invention in the ledeburitic edge zones with a bainitic matrix have a significantly improved wear resistance, in particular with regard to rolling fatigue, since the wear-inhibiting effect of the carbides in combination with the bainitic matrix results in a higher fatigue strength.
Ganz entscheidend kommt es bei der Wärmebehandlung darauf an, die Karbide der ledeburitischen Bereiche zu erhalten und diese keinesfalls bei der Wärmebehandlung zu zersetzen. Eine Zersetzung der Karbide hätte Graphitausscheidungen in den Ledeburit-Bereichen zur Folge, die die verschleißhemmende Wirkung der Karbide zumindest teilweise zunichte machen würden.It is very important in heat treatment to preserve the carbides of the ledeburitic areas and in no way to decompose them in the heat treatment. Decomposition of the carbides would result in graphite deposits in the ledeburite areas, which would at least partially nullify the wear-inhibiting effect of the carbides.
Durch diese Verfahrensführung wird erreicht, daß zumindest Oberflächenbereiche, wenn nicht gar Randzonen der Gußteile ein ledeburitisches Gefüge aufweisen, bei dem Eisenkarbid und/oder Mischkarbide wesentlich zu der Verschleißfestigkeit der Oberfläche beitragen, während gleichzeitig durch die Einbettung der Karbide in eine nun bainitische Matrix eine sehr gute Festigkeit des Bauteiles und eine hohe Verschleißbeständigkeit, insbesondere Wälzermüdungsfestigkeit, gewährleistet ist.This procedure ensures that at least surface areas, if not edge zones of the castings, have a ledeburitic structure in which iron carbide and / or mixed carbides contribute significantly to the wear resistance of the Surface contribute, while at the same time by embedding the carbides in a now bainitic matrix, a very good strength of the component and a high wear resistance, in particular rolling fatigue strength, is guaranteed.
Zwar sind eine ganze Reihe von Verfahren zur Behandlung von Graugußteilen bekannt (siehe z.B. die DE-OS 28 53 870), bei denen die Bauteile bei einer Austenitisierungstemperatur geglüht werden, jedoch lassen sich diese Verfahren aufgrund der grundsätzlich verschiedenen Gußmatrixausbildungen nicht auf die Wärmebehandlung von Gußteilen mit ledeburitischen Randzonen übertragen, wenn die Vorteile der ledeburitischen Randzone erhalten bleiben sollen.Although a whole series of processes for treating gray cast iron parts are known (see, for example, DE-OS 28 53 870), in which the components are annealed at an austenitizing temperature, these processes cannot be applied to the heat treatment of castings due to the fundamentally different cast matrix designs with ledeburitic marginal zones if the advantages of the ledeburitic marginal zone are to be retained.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Behandeln von Gußteilen, die im Schalenhartgußverfahren gegossen sind und hierdurch ledeburitische Randzonen oder Oberflächenbereiche aufweisen, wobei jedoch die Matrix in diesen Bereichen vorwiegend aus Perlit gebildet wird.The method according to the invention is particularly suitable for treating castings which are cast using the hard shell casting method and thereby have ledeburitic edge zones or surface areas, the matrix in these areas, however, being predominantly formed from pearlite.
In gleicher Weise eignen sich für das erfindungsgemäße Verfahren solche Gußteile, die konventionell gegossen sind, d.h. graphitisch erstarrte Bauteile oder sogenannte Graugußteile, bei denen jedoch Oberflächenbereiche oder Randzonen mittels energiereicher Strahlung, wie beispielsweise der eines Wolfram-Inertgas-Brenners, eines Lasers oder eines Elektronenstrahls zu einem ledeburitischen Gefüge umgeschmolzen wurden.Castings that are conventionally cast, i.e. graphitically solidified components or so-called gray cast iron parts, in which, however, surface areas or edge zones were remelted into a ledeburitic structure by means of high-energy radiation, such as that of a tungsten inert gas burner, a laser or an electron beam.
Die optimale Haltezeit für die Austenitisierungstemperatur ist zum einen in gewisser Weise von den Legierungsbestandteilen der Gußeisenlegierung abhängig, wobei beispielsweise mit bestimmten Elementzusätzen die Zerfallsgeschwindigkeit der Karbidkristalle verringert werden kann, und andererseits von der vorgewählten Austenitisierungstemperatur selbst. Wünschenswert ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Haltezeit für eine gegebene Austenitisierungstemperatur, bei der die Umwandlung in Austenit mindestens zu etwa 80 % erfolgt. Vorzugsweise erfolgt die Umwandlung nahezu vollständig.The optimal holding time for the austenitizing temperature depends, on the one hand, to some extent on the alloying constituents of the cast iron alloy, the decay rate of the carbide crystals being able to be reduced, for example, with certain element additions, and, on the other hand, on the preselected austenitizing temperature itself. A holding time for a given Austenitization temperature at which the conversion to austenite takes place at least to about 80% The conversion is preferably carried out almost completely.
Das zweite wesentliche Kriterium des erfindungsgemä en Verfahrens ist die Erhaltung der Karbidkristalle. Diese sollen gemäß besonderer Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest in der Größenordnung von ca. 80 % bei der Umwandlung der Gußmatrix in Austenit erhalten bleiben, wobei bei einer bevorzugten Verfahrensweise mindestens 90 % der Karbide am Ende der Haltezeit bei der Austenitisierungstemperatur noch in kristalliner Form vorliegen.The second essential criterion of the method according to the invention is the maintenance of the carbide crystals. According to special variants of the method according to the invention, these should be retained at least in the order of magnitude of approximately 80% when the casting matrix is converted into austenite, with at least 90% of the carbides still being in crystalline form at the end of the holding time at the austenitizing temperature in a preferred procedure.
Am meisten bevorzugt ist eine Verfahrensführung, bei der mehr als 95 % der Karbide noch in kristalliner Form in der Gußmatrix vorliegen.A process control in which more than 95% of the carbides are still present in crystalline form in the casting matrix is most preferred.
Zweckmäßig wird dem Glühen bei der Austenitisierungstemperatur ein Vorwärmeprozeß vorgeschaltet, bei dem das Gußteil auf eine Temperatur von ca. 300 bis 700° C erwärmt wird. Die Temperatur bei diesem Vorwärme- oder Vorheizprozeß ist so gewählt, daß sich das Gußgefüge im wesentlichen nicht verändert, und andererseits die Erreichung der Austenitisierungstemperatur relativ rasch erfolgen kann. Bevorzugt soll während des Haltens auf Vorwärmtemperatur eine weitgehend gleichmäßige Erwärmung des Gußteils über den gesamten Querschnitt erreicht werden.The preheating process is advantageously preceded by annealing at the austenitizing temperature, in which the casting is heated to a temperature of approximately 300 to 700.degree. The temperature in this preheating or preheating process is chosen so that the casting structure does not change substantially and, on the other hand, the austenitizing temperature can be reached relatively quickly. Preferably, a largely uniform heating of the cast part should be achieved over the entire cross-section while maintaining the preheating temperature.
Dadurch kann die Haltezeit bei der Austenitisierungstemperatur bei einer fast vollständigen Umwandlung der Gußmatrix in Austenit sehr kurz gehalten werden, wodurch wiederum der Karbidanteil im wesentlichen vollständig erhalten bleibt. Die Haltezeiten bei solchen Prozessen liegen in Abhängigkeit der einzelnen Legierungsbestandteile und der Austenitisierungstemperatur größenordnungsmäßig zwischen 3 und 10 Minuten.As a result, the holding time at the austenitizing temperature can be kept very short when the casting matrix is almost completely converted to austenite, which in turn essentially completely retains the carbide content. The holding times for such processes are between 3 and 10 minutes, depending on the individual alloy components and the austenitizing temperature.
Die Haltezeiten bei der Austenitisierungstemperatur können ins besondere dann relativ kurz gehalten werden, wenn die Temperatur während dem Vorheizprozeß im Bereich von 550 bis 650° C eingestellt wird. Dieser Vorwärmtemperaturbereich ist deshalb optimal, weil zum einen bei einer Temperatur bis zu 650° C mit Sicherheit noch keine Zerfallprozesse der Karbidkristalle in der Gußmatrix ablaufen können und Weil zum anderen eine Vorwärmung des gesamten Gußteils bis nahe an die Austenitisierungstemperatur erfolgt. Die nachfolgende Erwärmung auf die Austenitierungstemperatur, bei der die Umwandlung von Perlit in Austenit erfolgt, hat dann zur Folge, da auch das Innere des Gußteiles auf Austenitisierungstemperatur während der Haltezeit erhitzt wird. Neben diesen geschilderten Vorteilen hat der dem Glühen bei der Austenitisierungstemperatur vorgeschaltete Vorheizprozeß den weiteren Vorteil, daß bei dem zu behandelnden Gußteil kein Verziehen wegen ungleichmäßiger Temperaturverteilung im Gußteil erfolgt.The holding times at the austenitizing temperature can ins in particular, be kept relatively short if the temperature is set in the range from 550 to 650 ° C. during the preheating process. This preheating temperature range is optimal because, on the one hand, at a temperature of up to 650 ° C, no decomposition processes of the carbide crystals in the casting matrix can certainly take place and, on the other hand, the entire casting is preheated to close to the austenitizing temperature. The subsequent heating to the austenitizing temperature, at which the conversion of pearlite to austenite takes place, has the consequence that the interior of the casting is also heated to the austenitizing temperature during the holding time. In addition to these advantages described, the preheating process preceding the annealing at the austenitizing temperature has the further advantage that the cast part to be treated does not warp due to uneven temperature distribution in the cast part.
Bei dem anschließenden Glühen der Gußteile bei der Austenitisierungstemperatur wird ein Temperaturbereich von 800 bis 960° C bevorzugt. An der unteren Grenze dieses Temperaturbereiches wird selbstverständlich eine etwas längere Haltezeit bei der Austenitisierungstemperatur notwendig sein als an der oberen Grenze des angegebenen Bereiches.In the subsequent annealing of the castings at the austenitizing temperature, a temperature range of 800 to 960 ° C is preferred. At the lower limit of this temperature range, a somewhat longer holding time at the austenitizing temperature will of course be necessary than at the upper limit of the specified range.
Die Austenitisierungstemperatur sollte mindestens 3 min bis maximal 10 min gehalten werden.The austenitizing temperature should be maintained for at least 3 minutes to a maximum of 10 minutes.
Vorzugsweise wird die Austenitisierungstemperatur lediglich für 5 bis 7 min gehalten.The austenitizing temperature is preferably kept for only 5 to 7 minutes.
Im Anschluß an die Austenitisierung werden die Bauteile bevorzugt in einem Warmbad abgeschreckt, was eine gezielte Erzeugung der Bainit-Matrix erlaubt. Als Warmbad finden dabei Ölbäder, Salzbäder oder auch Sandwirbelbetten Verwendung, wie dies aus anderem Zusammenhang bekannt ist.Following the austenitization, the components are preferably quenched in a warm bath, which allows a targeted generation of the bainite matrix. Oil baths, salt baths or sand fluidized beds are used as warm baths, as is known from another context.
Vorzugsweise wird die Warmbadtemperatur im Bereich von ca. 220 bis 450° C gewählt. Unterhalb von 220° C wird zunehmend Martensit bei der Abkühlung erhalten, was die Gußteileigenschaften negativ beeinflußt. Oberhalb von 450° C wird keine ausreichende Härtung des Gußteiles erreicht.The warm bath temperature is preferably selected in the range from approximately 220 to 450 ° C. Below 220 ° C, martensite is increasingly obtained on cooling, which has a negative effect on the properties of the castings. Sufficient hardening of the cast part is not achieved above 450 ° C.
Die Behandlungsdauer im Warmbad beträgt zwischen 0,1 und 4 Std. Die untere Grenze von 0,1 Std. ergibt sich daraus, daß bei kleineren Zeitspannen keine ausreichende Umwandlung in Bainit mehr erfolgt. Die Obergrenze für die Behandlungsdauer von 4 Std. ergibt sich daraus, daß dort der Verlust von bainitischen Eigenschaften der Matrix einsetzt, d.h. die schon gebildeten bainitischen Bereiche unterliegen dann in merklichem Umfang weiteren Umwandlungsprozessen.The duration of treatment in the warm bath is between 0.1 and 4 hours. The lower limit of 0.1 hours results from the fact that in the case of shorter periods of time there is no longer sufficient conversion into bainite. The upper limit for the treatment time of 4 hours results from the fact that there the loss of bainitic properties of the matrix begins, i.e. the already formed bainitic areas are then subject to significant transformation processes.
Zur Erzielung definierter Eigenschaften des Gußteiles wird die Temperatur im Warmbad vorzugsweise konstant gehalten, d.h. die Temperatur wird auf einen Wert von ca. ± 20° C geregelt.In order to achieve defined properties of the cast part, the temperature in the hot bath is preferably kept constant, i.e. the temperature is regulated to a value of approx. ± 20 ° C.
Alternativ dazu kann die Temperatur des Warmbades in einer ersten Zeitspanne nach dem Einbringen der Gußteile in das Warmbad niedriger liegen als im restlichen Teil der Behandlungszeit. Dieser Temperaturunterschied beträgt vorzugsweise zwischen ca. 30 und 100° C.Alternatively, the temperature of the hot bath may be lower in a first period after the castings have been introduced into the hot bath than in the remaining part of the treatment time. This temperature difference is preferably between approximately 30 and 100 ° C.
Es ergeben sich insbesondere zwei Fälle, bei denen von einer konstanten Temperaturführung bei der Warmbadbehandlung abgegangen wird und bei der mit einer zunächst tiefer liegenden Temperatur des Warmbades begonnen wird. Diese Vorgehensweise empfiehlt sich einmal dann, wenn das Gewichtsverhältnis von Badinhalt und einzubringenden Gußteilen relativ klein ist, d.h. wenn das Warmbad eine vergleichsweise kleine Wärmekapazität gegenüber der Wärmekapazität der gleichzeitig einzubringenden Gußteile aufweist. Wird die Badtemperatur bei diesen Bedingungen zunächst auf einen tieferen Temperaturwert geregelt, so er folgt mit dem Einbringen der heißen Gußteile keine Erwärmung des Bades über den für die Behandlung im Warmbad gewünschten Temperaturwert hinaus.In particular, there are two cases in which a constant temperature control during the hot bath treatment is assumed and in which the temperature of the hot bath is initially lower. This procedure is recommended if the weight ratio of bath content and castings to be introduced is relatively small, ie if the hot bath has a comparatively small heat capacity compared to the heat capacity of the castings to be introduced at the same time. If the bath temperature is initially regulated to a lower temperature value under these conditions, then he If the hot castings are introduced, the bath is not heated above the temperature value desired for the treatment in the warm bath.
Unabhängig von dem Verhältnis der Wärmekapazitäten von Badinhalt und einzubringenden Gußteilen kann ein zunächst niedriger gewählter Temperaturwert des Warmbades dazu verwendet werden, durch die stärkere Abkühlung beim Abschrecken verstärkt Kristallisationszentren in dem Gußteil auszubilden, so daß sich eine feinere Gußstruktur ergibt. Die nachfolgende Temperaturerhöhung auf den eigentlichen Wärmebadbehandlungswert erfolgt deshalb, um die erwünschte Umwandlung von Austenit in Bainit zu beschleunigen. Damit kann die Haltezeit bei der Warmbadbehandlungstemperatur wesentlich verkürzt werden.Regardless of the ratio of the heat capacities of the bath content to the cast parts to be introduced, an initially lower temperature value of the hot bath can be used to form more crystallization centers in the cast part due to the greater cooling during quenching, so that a finer cast structure results. The subsequent increase in temperature to the actual heat bath treatment value is therefore carried out in order to accelerate the desired conversion of austenite into bainite. The holding time at the hot bath treatment temperature can thus be significantly reduced.
Derselbe Erfindungsgedanke verkörpert sich in einer vom bisherigen Verfahren gänzlich abweichenden Verfahrensführung, nämlich darin, daß bei einem Verfahren zur Herstellung von Gußteilen mit ledeburitischen Randzonenbereichen durch die Zugabe von Legierungsbestandteilen zu der Legierung vor dem Gießen, welche das Zeit-/Temperaturverhalten in der Weise verändern, daß bei einem an sich im wesentlichen unveränderten Gieß- und Erkaltungsvorgang ledeburitische Oberflächenbereiche oder Randzonen erhalten werden, deren Gußmatrix im wesentlichen Bainit umfaßt.The same idea of the invention is embodied in a procedure which is completely different from the previous process, namely in that in a process for the production of castings with ledeburitic marginal zone regions by adding alloying constituents to the alloy prior to casting, which change the time / temperature behavior in such a way that that in an essentially unchanged casting and cooling process, ledeburitic surface areas or edge zones are obtained whose casting matrix essentially comprises bainite.
Bei dieser Methode entfällt also die nachträgliche Wärmebehandlung des Gußteiles, so daß insbesondere bei den Gußteilen, die ohne Nachbearbeitung verwendbar sind, eine drastische Einsparung bezüglich der Herstellungszeiten und auch der Herstellungskosten erzielbar ist. Trotzdem werden im Vergleich zu den vorher beschriebenen Verfahren in ihrer Struktur identische Bauteile erhalten, die deshalb auch die gleichen positiven Eigenschaften wie extrem hohe Verschleißfestigkeit bei gleichzeitig verbesserten Zugfestigkeits- und Dehnungscharakteristiken aufweisen.With this method, the subsequent heat treatment of the cast part is therefore omitted, so that drastic savings in terms of production times and also production costs can be achieved, particularly in the cast parts that can be used without post-processing. Nevertheless, in comparison to the previously described methods, identical components are obtained in their structure, which therefore also have the same positive properties as extremely high wear resistance with simultaneously improved tensile strength and elongation characteristics.
Bei beiden Verfahrensvarianten werden besonders gute Ergebnisse erzielt, wenn eine Gußlegierung verwendet wird, die als Legierungsbestandteile die Elemente Chrom, Vanadin und Wolfram einzeln oder in Kombination enthält, wobei der Anteil jedes einzelnen dieser Elemente - falls enthalten - 0,1 bis 5 Gew. % betragen soll und wobei die Summe der Anteile, falls sie in Kombination vorliegen, bis zu 10 Gew. % beträgt. Die Elemente Chrom, Vanadin und Wolfram lassen sich insbesondere zur Regulierung der Zerfallsbeständigkeit der Eisen- und/oder Mischkarbide in der austenitischen Phase verwenden.In both process variants, particularly good results are achieved if a cast alloy is used which contains the elements chromium, vanadium and tungsten as alloy components individually or in combination, the proportion of each of these elements - if contained - 0.1 to 5% by weight. and the sum of the proportions, if they are in combination, is up to 10% by weight. The elements chromium, vanadium and tungsten can be used in particular to regulate the resistance to decomposition of the iron and / or mixed carbides in the austenitic phase.
Alternativ hierzu können Gußlegierungen verwendet werden, die als Legierungsbestandteile die Elemente Bor, Titan, Tellur und Wismut einzeln oder in Kombination enthalten, wobei der Anteil eines einzelnen dieser Elemente - falls vorhanden - 0.01 bis 0,2 Gew. % beträgt. Auch diese Elemente und die Variation ihrer Anteile lassen sich dazu einsetzen, die Zerfallgeschwindigkeit der Karbide in der austenitischen Phase zu regulieren oder, anders ausgedrückt, die Eisenkarbidkristalle zumindest teilweise oder sogar vollständig zu stabilisieren.As an alternative to this, cast alloys can be used which contain the elements boron, titanium, tellurium and bismuth as alloy components individually or in combination, the proportion of a single one of these elements - if present - being 0.01 to 0.2% by weight. These elements and the variation of their proportions can also be used to regulate the decay rate of the carbides in the austenitic phase or, in other words, to stabilize the iron carbide crystals at least partially or even completely.
Als vorteilhaft haben sich auch Gußeisenlegierungen bei beiden Verfahrensführungen erwiesen, die als Legierungsbestandteile Kupfer, Nickel und Molybdän einzeln oder in Kombination enthalten mit je einem jeweiligen Anteil von 0,1 bis 8 Gew. % - falls enthalten -, wobei bei einer Kombination dieser Elemente die Summe ihrer Anteile bis zu 15 Gew. % betragen kann.Cast iron alloys, which contain copper, nickel and molybdenum as alloy components individually or in combination, each with a respective proportion of 0.1 to 8% by weight, if present, have also proven to be advantageous, in the case of a combination of these elements, the The sum of their shares can be up to 15% by weight.
Sämtliche vorgenannten Elemente lassen sich als Legierungsbestandteil dazu verwenden, die zeit- und temperaturabhängige Umwandlungscharakteristik der Gußlegierung gezielt zu verändern bzw. das Zeit-/Temperaturverhalten der Legierung gezielt zu beeinflussen, wie dies bereits zuvor ausgeführt wurde. Dies eröffnet nicht nur, wie bereits erwähnt, die Möglichkeit, direkt mit dem Guß zu einem erfindungsgemäß ausgeprägten Bauteil zu kommen, sondern auch bei der Nachbehandlung der Gußteile zu einer Verfahrensführung, bei der Umwandlungsprozesse so verlangsamt sind, daß geringe zeitliche Unterschiede in den Haltezeiten, insbesondere bei der Austenitisierungstemperatur und bei der Behandlung im Warmbad, zu keiner gravierenden Qualitätsschwankung mehr führen. Hierdurch verlängern sich zwar zum Teil die Behandlungszeiten der Bauteile in den verschiedenen Verfahrensstufen, jedoch überwiegen die Vorteile, die dadurch erhalten werden, daß höhere Qualitätsstandards bei verringerten Ausschußanteilen eingehalten werden können.All of the aforementioned elements can be used as an alloy component to specifically change the time and temperature-dependent conversion characteristics of the cast alloy or to influence the time / temperature behavior of the alloy in a targeted manner, as has already been explained above. As already mentioned, this not only opens up the possibility of direct casting with a component which is pronounced according to the invention come, but also in the post-treatment of the castings to a process management in which the conversion processes are so slow that small time differences in the holding times, especially in the austenitizing temperature and in the treatment in a warm bath, no longer lead to serious quality fluctuations. As a result, the treatment times of the components in the various process stages are lengthened in part, but the advantages obtained by the fact that higher quality standards can be maintained with fewer rejects predominate.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, verschleißfeste Gußteile aus einer Gußeisenlegierung mit Graphitausscheidungen und Ledeburitanteilen vorzuschlagen, bei denen neben ausgezeichneten Zugfestigkeits- und Dehnungswerten eine verbesserte Wälzermüdungsfestigkeit an Oberflächenbereichen besteht.A further object of the invention is to propose wear-resistant cast parts made of a cast iron alloy with graphite precipitates and ledeburite parts, in which, in addition to excellent tensile strength and elongation values, there is improved rolling fatigue strength on surface areas.
Diese Aufgabe wird bei den verschleißfesten Gußteilen aus einer Gußeisenlegierung mit ledeburitischen Randzonen oder Oberflächenbereichen dadurch erreicht, daß eine überwiegend bainitische Matrix des Ledeburit vorgesehen wird, in der Fe₃C und/oder Mischkarbide eingebettet sind.This object is achieved in the wear-resistant castings from a cast iron alloy with ledeburitic edge zones or surface areas in that a predominantly bainitic matrix of ledeburite is provided, in which Fe₃C and / or mixed carbides are embedded.
Gußteile mit einem solchen Aufbau nutzen zum einen die Eigenschaften des hochfesten und verschleißbeständigen Bainitgefüges und ergänzen dieses zusätzlich durch die Härte der Fe₃C und/oder der Mischkarbide, die in ihrer Kombination zu einer bisher unerreichten Verschleißbeständigkeit bei Gußteilen führen.Castings with such a structure use on the one hand the properties of the high-strength and wear-resistant bainite structure and supplement this additionally by the hardness of Fe₃C and / or the mixed carbides, which in combination lead to an unprecedented wear resistance in castings.
Die erfindungsgemäßen Gußteile können neben einer überwiegend bainitischen Struktur auch Austenit- und/oder Martensitanteile umfassen, ohne daß bezüglich der Abriebfestigkeit deutlich schlechtere Ergebnisse erzielt werden.In addition to a predominantly bainitic structure, the castings according to the invention can also comprise austenite and / or martensite fractions without achieving significantly worse results with regard to the abrasion resistance.
Neben den Oberflächenbereichen, die im wesentlichen graphitfrei sind, enthalten andere Bereiche der Gußteile lamellare, vermikulare und/oder kugelige Graphitausscheidungen, die, beispielsweise in Abhängigkeit des Magnesiumanteiles, frei wählbar sind und andere Eigenschaften als die Verschleißfestigkeit des Gußteiles bestimmen.In addition to the surface areas which are essentially graphite-free, other areas of the castings contain lamellar, vermicular and / or spherical graphite precipitates which, for example depending on the magnesium content, can be freely selected and determine properties other than the wear resistance of the castings.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Gußteile sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Further advantageous designs of the castings can be found in the subclaims.
Die erfindungsgemäßen Gußteile werden vorzugsweise nach den zuvor beschriebenen Verfahren erhalten, wobei die Gußteile bei dem Nachbehandlungsverfahren zunächst in einem bearbeitbaren Zustand vorliegen und erst in einer der letzten Phasen des Produktionsprozesses dem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen werden.The castings according to the invention are preferably obtained by the processes described above, the castings in the aftertreatment process initially being in a processable state and being subjected to the process according to the invention only in one of the last phases of the production process.
Die zuvor beschriebene direkte Methode, bei der der Legierung Legierungsbestandteile so zugegeben werden, daß das Zeit-/Temperaturverhalten der Legierung beim Gieß- und Erstarrungsvorgang so beeinflußt ist, daß sich ledeburitische Randzonen bilden, deren Gußmatrix im wesentlichen Bainit umfaßt, stellt dazu ein völlig gleichwertiges Herstellungsverfahren dar, das allerdings hauptsächlich dann zum Einsatz kommt, wenn die hergestellten Gußteile keiner weiteren Nachbearbeitung mehr unterzogen werden müssen. Die Legierungsbestandteile, insbesondere Komponenten wie Nickel, Kupfer, Molybdän und/oder Wolfram, werden gezielt so zur Beeinflußung der Phasen-Umwandlungscharakteristik der Legierung verwendet, daß bei einem unveränderten, natürlichen Abkühlverhalten des Gußteiles die erfindungsgemäße Struktur in den Randzonen des Gußteiles erhalten wird. Dies bedeutet, daß keinerlei nachträgliche Wärmebehandlung mehr notwendig ist und daß der Abkühlprozeß der Gußteile durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung in keiner Weise verlängert wird.The direct method described above, in which alloy components are added to the alloy in such a way that the time / temperature behavior of the alloy during the casting and solidification process is influenced in such a way that ledeburitic marginal zones are formed, the casting matrix of which essentially comprises bainite, is completely equivalent to this Manufacturing process, which is mainly used when the castings no longer have to be subjected to further processing. The alloy components, in particular components such as nickel, copper, molybdenum and / or tungsten, are used in a targeted manner to influence the phase transition characteristics of the alloy in such a way that the structure according to the invention is obtained in the edge zones of the cast part with unchanged, natural cooling behavior of the cast part. This means that subsequent heat treatment is no longer necessary and that the cooling process of the castings is in no way prolonged by the process according to the invention.
Wegen ihrer besonders hohen Verschleißfestigkeit werden die erfindungsgemäßen Gußteile insbesondere als Bauteile für die Ventilsteuerung von Verbrennungsmotoren, als Nockenwellen und deren Gegenläufer, wie z.B. Hebeln oder Stösseln, ausgebildet und verwendet.Because of their particularly high wear resistance, the castings according to the invention are used in particular as components for the valve control of internal combustion engines, as camshafts and their counter-rotors, e.g. Levers or plungers, trained and used.
Dieses ist jedoch keineswegs das einzige Einsatzgebiet für die erfindungsgemäßen Gußteile, da sie mit Vorteil überall dort einzusetzen sind, wo Gußteile einem abrasiven Verschleiß unterworfen sind. Beispielsweise sei hier nur der Einsatz von solchen Teilen im Bergbau und im Landmaschinenbau erwähnt.However, this is by no means the only area of application for the castings according to the invention, since they can advantageously be used wherever castings are subject to abrasive wear. For example, only the use of such parts in mining and agricultural machinery should be mentioned here.
Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im folgenden an Hand der Beispiele noch näher erläutert.These and other advantages of the invention are explained in more detail below with the aid of the examples.
Das in diesem Beispiel herzustellende Gußteil ist eine Nockenwelle, die zunächst über das bekannte Schalenhartgußverfahren hergestellt wird. Die Nockenwelle weist dabei bereits Randzonenbereiche aus Ledeburit auf, bei denen jedoch die Matrix für die Karbide im wesentlichen aus Perlit besteht. Bei diesem Schalenhartgußverfahren wird eine Gußform verwendet, die im erstarrenden Gußtück an bestimmten Partien eine so hohe Erstarrungsfrontgeschwindigkeit ermöglicht, daß die Gußeisenschmelze dort in der Randzone des Gußstückes gemäß dem metastabilen Zustandsdiagramm mit ledeburitischem Gefüge erstarrt, die Karbidkristalle der Ledeburitbereiche sind hier in einer perlitischen Matrix eingebettet.The casting to be produced in this example is a camshaft, which is first produced using the well-known hard chilled casting process. The camshaft already has marginal zone areas made from ledeburite, but in which the matrix for the carbides consists essentially of pearlite. In this hard shell casting process, a mold is used which, in the solidifying casting, enables such a high solidification front speed in certain areas that the cast iron melt solidifies there in the edge zone of the casting according to the metastable state diagram with ledeburitic structure, the carbide crystals of the ledeburite areas are embedded in a pearlite matrix here .
Die sich daran anschließende, erfindungsgemäße Wärmebehandlung dieser Nockenwelle ist in einem Zeit-/Temperaturdiagramm in der Zeichnung wiedergegeben. Danach werden die Gußteile zunächst auf eine Temperatur von ca. 600° C (P 1) aufgeheizt und bis zum Temperaturausgleich im Gußstück (P 2) auf dieser Temperatur ge halten. Danach erfolgt eine möglichst rasche Aufheizung auf die Austenitisierungstemperatur (P 3) von ca. 900° C. Nach einer Haltezeit von ca. 7 Minuten (P 4) werden die Nockenwellen auf eine Zwischenstufenvergütungstemperatur von ca. 300° C schnell abgekühlt (P 5) und auf dieser Temperatur (siehe strichpunktierten Kurvenverlauf) ca. 2 1/2 Std. gehalten (P 7). Durch die kurze Haltezeit bei hohen Temperaturen wird erreicht, daß die Karbide im Gußstück, wie sie beim Schalenhartguß erzeugt wurden, noch im wesentlichen unzersetzt erhalten bleiben, während andererseits durch den Vorwärmeproze bei ca. 600° C (P 1 - P 2) die Voraussetzung für eine im wesentlichen vollständige Umwandlung in Austenit während dieser kurzen Haltezeit gegeben ist.The subsequent heat treatment of this camshaft according to the invention is shown in a time / temperature diagram in the drawing. Thereafter, the castings are first heated to a temperature of about 600 ° C (P 1) and ge until the temperature compensation in the casting (P 2) at this temperature hold. This is followed by rapid heating to the austenitizing temperature (P 3) of approx. 900 ° C. After a holding time of approx. 7 minutes (P 4), the camshafts are quickly cooled to an intermediate stage tempering temperature of approx. 300 ° C (P 5) and held at this temperature (see dash-dotted curve) for approx. 2 1/2 hours (P 7). The short holding time at high temperatures ensures that the carbides in the casting, as they were produced in hard shell casting, remain essentially unchanged, while, on the other hand, the preheating process at approx. 600 ° C (P 1 - P 2) is the prerequisite for an essentially complete transformation to austenite during this short hold time.
Am Ende der Wärmebehandlung (nach P 7) wird die Nockenwelle an der Luft auf Raumtemperatur abgekühlt.At the end of the heat treatment (according to P 7), the camshaft is cooled in air to room temperature.
Die Figur stellt im Bereich von P 5 bis P 6, d.h. bei dem Verfahrensschritt der Abschreckung, eine Variante dar, bei der die Temperatur des Warmbades zunächst ca. 50° C unterhalb von der danach eingehaltenen Warmbadtemperatur gewählt wird. Die Vorteile hierbei sind zum einen die Möglichkeit der besseren Ausnutzung des Badinhaltes beim Abschrecken, da ein relativ kleines Verhältnis der Wärmekapazität des Bades zu der Wärmekapazität der darin einzubringenden Gußteile und damit auch ein relativ kleines Badvolumen gewählt werden kann. Dies bringt nicht nur kleinere Anlagenkosten mit sich, sondern vermindert auch die Energiekosten der Anlage, da ein wesentlich reduzierter Badinhalt auf die entsprechende Nachbehandlungstemperatur oder Zwischenstufenvergütungstemperatur gebracht werden muß. Außerdem läßt sich bei dieser Verfahrensführung noch erreichen, daß eine erhöhte Bildung von Kristallisationszentren hervorgerufen wird, was sich in einer feineren Struktur des Gußgefüges auswirkt.The figure represents a variant in the range from P 5 to
Das mit dem erfindungsgemäß en Verfahren zu behandelnde Bauteil, hier eine Nockenwelle, kann gleichermaßen anstatt im Schalenhartgußverfahren auch durch ein Umschmelzen einer grau erstarrten Randzone mittels energiereicher Strahlung, hier beispielsweise eines WIG-Brenners, erzeugt werden. Die nachfolgende Wärmebehandlung entsprach der Vorgehensweise gemäß dem Ausführungsbeispiel 1.The component to be treated with the method according to the invention, here a camshaft, can likewise be produced instead of in the hard shell casting process by remelting a gray solidified edge zone by means of high-energy radiation, here for example a TIG torch. The following heat treatment corresponded to the procedure according to
Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde der Gußeisenlegierung eine Kombination von Legierungselementen zugegeben, nämlich 1,2 % Nickel, 1 % Molybdän und 0,7 % Kupfer. Die Nockenwelle wurde in an sich bekannter Weise im Schalenhartgußverfahren gegossen, ohne daß beim Abkühlen und Erstarren der Schmelze eine besondere Temperaturführung aufgezwungen wurde. Durch den gezielten Einsatz der Legierungsbestandteile wurde eine solche Verschiebung der Phasen-Umwandlungskurven im kontinuierlichen Zeit-/Temperaturdiagramm zu längeren Umwandlungszeiten erreicht, daß in den Randzonen wiederum im wesentlichen Ledeburit mit bainitischer Matrix erhalten wurde.In this embodiment, a combination of alloying elements was added to the cast iron alloy, namely 1.2% nickel, 1% molybdenum and 0.7% copper. The camshaft was cast in a manner known per se using the hard chill casting process, without a special temperature control being forced upon the cooling and solidification of the melt. Through the targeted use of the alloy components, such a shift in the phase conversion curves in the continuous time / temperature diagram to longer conversion times was achieved that essentially ledeburit with a bainitic matrix was again obtained in the edge zones.
In diesem Ausführungsbeispiel wurden Nockenwellen entsprechend dem Beispiel 3 hergestellt mit dem Unterschied, daß statt der Legierungsbestandteile Nickel, Molybdän und Kupfer lediglich ein Anteil von 2,5 bis 3 Gew. % Wolfram der Gußeisenlegierung zugesetzt wurde.In this exemplary embodiment, camshafts were produced in accordance with Example 3, with the difference that instead of the alloy components nickel, molybdenum and copper, only a proportion of 2.5 to 3% by weight of tungsten was added to the cast iron alloy.
Die Grenzlaufzeiten der gemäß den Beispielen 1 bis 4 herge stellten Nockenwellen und Schlepphebel mit den ledeburitischen Randzonen mit bainitischer Matrix liegen je nach Beanspruchsbedingungen bis zu 30 % über den Werten, die für die gleichen Bauteile mit der gleichen Gußstruktur, aber perlitischer Matrix in den ledeburitischen Randzonen erreichbar sind.The limit terms of the according to Examples 1 to 4 camshafts and cam followers with the ledeburitic marginal zones with bainitic matrix are, depending on the stress conditions, up to 30% above the values that can be achieved for the same components with the same casting structure but pearlitic matrix in the ledeburitic marginal zones.
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