DD247924A1

DD247924A1 - Verfahren zur nachbehandlung beschichteter gegenstaende

Info

Publication number: DD247924A1
Application number: DD28898886A
Authority: DD
Inventors: Andreas Gebert; Claus-Michael Weiss; Matthias Mueller
Original assignee: Schmalkalden Werkzeug
Priority date: 1986-04-10
Filing date: 1986-04-10
Publication date: 1987-07-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbehandlung beschichteter Gegenstaende, vorzugsweise beschichteter Werkzeugschneiden, deren beschichtete Oberflaechenbereiche einem oszillierenden Elektronenstrahl ausgesetzt werden. Das Ziel der Erfindung besteht in der Erhoehung der Rissbestaendigkeit der behandelten Oberflaechenschicht bei vorzugsweise schlagbeanspruchten Gegenstaenden. Aufgabe der Erfindung ist es, den Haerteunterschied zwischen der Oberflaechenschicht und dem Grundwerkstoff zu verringern und die Tragfaehigkeit des Grundwerkstoffes zu erhoehen. Diese Aufgabe wird dadurch geloest, dass die beschichteten Oberflaechenbereiche durch einen oszillierenden Elektronenstrahl soweit erwaermt werden, dass die verschleissfeste Oberflaechenschicht ueber ihre gesamte Schichtdicke umgeschmolzen und gleichzeitig die darunter liegende Randzone des Grundwerkstoffes in einem Bereich von etwa 0,3 mm auf Haertetemperatur erhitzt und durch Selbstabschreckung gehaertet wird. Die Erfindung ist bei der Herstellung verschleissbestaendiger Oberflaechenschichten an Gegenstaenden, insbesondere an schlagbeanspruchten Werkzeugschneiden, anwendbar.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbehandlung beschichteter Gegenstände, vorzugsweise von mit verschleißfesten Oberflächenschichten versehenen Werkzeugschneiden, bei dem durch Behandlung der beschichteten Oberflächenbereiche des Gegenstandes mit einem oszillierenden Elektronenstrahl die Verschleißbeständigkeit der Oberflächenschicht verbessert wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit von dem Verschleiß ausgesetzten Oberflächen an Gegenständen, beispielsweise von Werkzeugschneiden, ist es bekannt, die entsprechenden Oberflächenbereiche zu härten, um die Standzeit zu erhöhen und Legierungselemente einzusparen. Neben den schon seit vielen Jahren bekannten konventionellen Härteverfahren, wie beispielsweise Induktionshärten, kann das Härten von verschleißbeanspruchten Oberflächen auch mit Hilfe eines energiereichen Ladungsträgerstrahles, wie beispielsweise mit einem Elektronenstrahl, der über die zu härtende Oberfläche bewegt wird, erfolgen (DE-OS 2232124).

Der Vorteil dieses Härteverfahrens gegenüber den anderen konventionellen Härteverfahren besteht darin, daß in einer relativ kurzen Zeit ein hinsichtlich der Breite und Tiefe genau definierter Bereich der Oberfläche gehärtet werden kann und daß durch einen geringeren Wärmeeintrag in den zu härtenden Gegenstand eine verzugsfreie Härtung möglich ist.

Die Verschleißfestigkeit von Oberflächen kann auch dadurch erhöht werden, daß die auf Verschleiß beanspruchten Oberflächenbereiche mit einer Hartstoffschicht versehen werden, die durch verschiedene Verfahren, beispielsweise durch Aufspritzen, Aufwalzen usw. aufgebracht werden kann.

Hartstoffschichten haben aber den Nachteil, daß sie eine relativ hohe Porosität aufweisen und eine geringe Haftfestigkeit auf dem Grundwerkstoff besitzen. Solche Schichten neigen deshalb bei stärkerer Kantenbelastung zur Rißbildung und zum Ausbrechen.

Zur Beseitigung dieser Nachteile ist durch die DE-AS 2360547 ein Verfahren zur Verbesserung von aufgespritzten Schichten auf Lager- und Werkzeugteilen bekannt geworden, bei dem die aufgespritzte Schicht in einer Vakuumkammer mit Hilfe eines Elektronenstrahles umgeschmolzen wird, wobei die Leistung und die Intensität des Elektronenstrahles so eingestellt ist, daß nur die Schicht selbst umgeschmolzen wird.

Durch das Umschmelzen der aufgespritzten Schicht, die vorzugsweise aus 50% Wolframcarbid in einer Nickel-Cobald-Matrix besteht, wird eine feinere und gleichmäßigere Verteilung der Karbide erreicht und gleichzeitig der Diffussionsgrad zwischen der Schicht und dem Grundwerkstoff erhöht, wodurch die Haftfestigkeit der Schicht auf dem Grundwerkstoff verbessert wird.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die nach diesem bekannten Verfahren behandelten Oberflächenschichten bei starken Flächenpressungen, insbesondere bei starken Schlagbeanspruchungen, zu Rissen und Ausplatzungen neigen. Die Ursache dafür liegt darin, daß zwischen der Oberflächenschicht und dem vergüteten Grundwerkstoff ein hoher Härteunterschied vorhanden ist und die Tragfähigkeit der an die Oberflächenschicht angrenzenden Randzone des Grundwerkstoffes relativ gering

Die Beseitigung dieses Nachteiles durch das Auftragen von dickeren Hartstoffschichten ist nicht möglich, weil der meist vergütete Grundwerkstoff durch die hohe Wärmeeinwirkung zu stark angelassen würde. Auch das prinzipiell mögliche Vergüten des Grundwerkstoffes auf höhere Festigkeitswerte ist nicht sinnvoll, da die Zähigkeit des Grundwerkstoffes zu gering wäre und damit eine erhöhte Bruchgefahr des beschichteten Gegenstandes bestehen würde.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Nachbehandlung beschichteter Gegenstände zu schaffen, das auch bei stärkerer Schlagbeanspruchung des Gegenstandes eine hohe Rißbeständigkeit der behandelten Oberflächenschicht gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zur Nachbehandlung beschichteter Gegenstände, bei dem ein oszillierender Elektronenstrahl auf die beschichteten Oberflächenbereiche einwirkt, derart weiter zu entwickeln, daß eine Verringerung des Härteunterschiedes zwischen der Oberflächenschicht und dem Grundwerkstoff sowie eine Erhöhung der Tragfähigkeit des Grundwerkstoffes bewirkt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beschichteten Oberflächenbereiche des Gegenstandes durch den oszillierenden Elektronenstrahl soweit erwärmt werden, daß die verschleißfeste Oberflächenschicht über ihre gesamte Schichtdicke umgeschmolzen und gleichzeitig die an die Oberflächenschicht angrenzende Randzone des Grundwerkstoffes in einem Bereich von vorzugsweise 0,3mm auf Härtetemperatur erhitzt und durch Selbstabschreckung gehärtet wird. Dabei wird der oszillierende Elektronenstrahl mit einem Vorschub von 1 bis 2,5cm/s und einer Flächenleistung von 1 000 bis 1 200Ws/cm² über die beschichteten Oberflächenbereiche des Gegenstandes bewegt.

Als Oberflächenschicht wird vorzugsweise eine flammgespritzte Hartstoffschicht, bestehend aus mindestens 50 Vol.-% Nickel-Chrom-Bor-Silizium und bis 50VoI.-% Wolframcarbid verwendet.

Durch die erfindungsgemäße Behandlung der beschichteten Oberflächenbereiche des Gegenstandes mit Hilfe des oszillierenden Elektronenstrahles wird erreicht, daß die Härte von der Oberflächenschicht zum Grundwerkstoff nicht sprungartig, sondern durch die sich an die Oberflächenschicht anschließende gehärtete Randzone des Grundwerkstoffes allmählich abnimmt und daß die Tragfähigkeit des Grundwerkstoffes erhöht wird.

Durch diesen günstigen Härtegradienten von der Oberflächenschicht zum Grundwerkstoff werden ungünstige Spannungszustände zwischen Schicht und Grundwerkstoff vermieden und dadurch die Gefahr der Rißbildung sowie des Abplatzens der Oberflächenschicht verringert.

Durch die Erhöhung der Tragfähigkeit des Grundwerkstoffes ist es möglich, auch mit relativ dünnen Hartstoffschichten bis ca. 0,3 mm eine hohe Verschleißfestigkeit zu erreichen und dadurch hochwertige Hartstoffe einzusparen.

Bei besonders schlagbeanspruchten Gegenständen ist es vorteilhaft, daß die Randzone des Grundwerkstoffes des beschichteten Gegenstandes nach dem Härten mit Hilfe einer Wärmequelle, vorzugsweise eines Elektronenstrahles mit einer Flächenleistung von 500 bis 960 Ws/cm², angelassen wird, so daß die Härte in der Härtezone des Grundwerkstoffes stärker abfällt als die Härte in der Oberflächenschicht. Durch diese Anlaßbehandlung wird der Härtegradient zwischen der Oberflächenschicht und dem Grundwerkstoff weiter verbessert.

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren soll am Beispiel der Herstellung beschichteter Häckselmesser für Feldhäcksler beschrieben werden. Das Häckselmesser wird zunächst im Schneidenbereich in einer Breite von ca. 25 mm auf seiner gesamten Länge blankgeschliffen und in diesem Bereich auf 300 bis 350⁰C vorgewärmt.

Anschließend wird eine Hartstoffschicht mit einer Schichtdicke vom ca. 0,3 mm, die vorzugsweise aus einem Pulvergemisch von mindestens 50VoI.-% Nickel-Chrom-Bor-Silizium und bis zu 50VoI.-% Wolframcarbid besteht, mit Hilfe des bekannten Flammspritzverfahrens, das an dieser Stelle nicht näher beschrieben wird, aufgebracht.

Das beschichtete Häckselmesser wird danach im beschichteten Schneidenbereich einem oszillierenden Elektronenstrahl ausgesetzt, der mit einem Vorschub von 1 bis 2,5cm/s und einer Flächenleistung von 1 000 bis 1 200Ws/cm² über den beschichteten Schneidenbereich des Häckselmessers bewegt wird.

Dabei wird dieser Bereich soweit erwärmt, daß die Hartstoffschicht über ihre gesamte Schichtdicke umgeschmolzen und gleichzeitig die an die Hartstoffschicht angrenzende Randzone des Grundwerkstoffes in einem Bereich von ca. 0,3 mm auf Härtetemperatur erhitzt und durch Selbstabschreckung gehärtet wird.

Durch die Art und Weise der Nachbehandlung des beschichteten Schneidenbereiches des Häckselmessers wird erreicht, daß die Härte von der Hartstoffschicht zum Grundwerkstoff allmählich abnimmt und dadurch ein günstigerer Härtegradient zwischen Hartstoff schicht und Grundwerkstoff vorhanden ist. Dasführtzu dem Vorteil, daß ungünstige Spannungszustände zwischen der Hartstoffschicht und dem Grundwerkstoff vermieden und die Rißbildungsgefahr der Hartstoffschicht verringert wird, was mit einer höheren Standzeit des Häckselmessers verbunden ist.

Außerdem wird bei den angegebenen Verfahrensparametern eine gleichmäßigere porenfreie, gut haftende Hartstoffschicht mit einer guten Oberflächengüte erzeugt.

Da die Häckselmesser beim Häckselvorgang einer durch Fremdkörpereinwirkung hervorgerufenen besonders hohen Schlagbeanspruchung ausgesetzt sind, ist es vorteilhaft, die gehärtete Randzone des Grundwerkstoffes anzulassen, indem der beschichtete Schneidenbereich auf konventionelle Art und Weise oder mit Hilfe eines Elektronenstrahles, der eine Flächenleistung von 500 bis 960 Ws/cm² aufweist, behandelt wird. Durch diese Anlaßbehandlung wird erreicht, daß die Härtezone des Grundwerkstoffes stärker abfällt, als die Härte in der Oberflächenschicht, wodurch der Härtegradient von der Hartstoffschicht zum Grundwerkstoff weiter verbessert wird und damit die Riß-und Bruchgefahr der Hartstoffschicht auch bei einer hohen Schlagbeanspruchung gering ist.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Nachbehandlung beschichteter Gegenstände, vorzugsweise von mit verschleißfesten Oberflächenschichten versehenen Werkzeugschneiden, bei dem die beschichteten Oberflächenbereiche einem oszillierenden Elektronenstrahl ausgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichteten Oberflächenbereiche des Gegenstandes durch den oszillierenden Elektronenstrahl soweit erwärmt werden, daß die verschleißfeste Oberflächenschicht über ihre gesamte Schichtdicke umgeschmolzen und gleichzeitig die an die Oberflächenschicht angrenzende Randzone des Grundwerkstoffes in einem Bereich von vorzugsweise 0,3 mm auf Härtetemperatur erhitzt und durch Selbstabschreckung gehärtet wird.
2. Verfahren zur Nachbehandlung beschichteter Gegenstände nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oszillierende Elektronenstrahl eine Flächenleistung von 1 000 bis 1 200Ws/cm² aufweist und mit einem Vorschub von 1 bis 2,5cm/s über die beschichteten Oberflächenbereiche des Gegenstandes bewegt wird.
3. Verfahren zur Nachbehandlung beschichteter Gegenstände nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gehärtete Randzone des Grundwerkstoffes des beschichteten Gegenstandes mit Hilfe einer Wärmequelle, vorzugsweise eines Elektronenstrahles, der eine Flächenleistung von 500 bis 960Ws/cm² aufweist, angelassen wird.