DD292158A5 - Verfahren zur oberflaechenveredlung von metallischen werkstoffen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflaechenveredlung von metallischen Werkstoffen. Objekte, auf die sich die Erfindung bezieht, sind Werkstoffe, deren Oberflaeche mittels Elektronenstrahl veredelt wird. Erfindungsgemaesz wird die Oberflaeche des metallischen Werkstoffes ueber das Einlegierungsverfahren veredelt, indem zum Einlegieren mindestens eine hochlegierte, amorphe Metallfolie, deren Hoehe des Legierungsgehaltes durch den Vermischungsgrad mit dem Grundwerkstoff bestimmt wird, verwendet wird.{Oberflaeche; Veredlung; Werkstoffe; Elektronenstrahl; Einlegierungsverfahren; amorphe Metallfolie; Legierungsgehalt; Vermischungsgrad; Grundwerkstoff}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Schweißtechnik. Besonders vorteilhaft ist ihre Anwendung zur Oberflächenveredlung von Werkstoffen mittels Elektronenstrahl.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bei einer Reihe von Bauteilen ist eine oberflächenbegrenzte, z.T. auch nur örtliche Werkstoffmodifikation notwendig. Zu der Vielzahl der technischen Lösungsvarianten zählt auch das Elektronenstrahlverfahren. Neben der oberflächenbegrenzten Wärmebehandlung in der festen oder flüssigen Phase warden zahlreiche Versuche zur Veränderung der chemischen Zusammensetzung im oberflächennahen Bereich unternommen. Dabei kommt unter anderem das Einlegierungsverfahren zur Anwendung. Nach DD 221880 A1 wird ein bandförmiger Schweißzusatzwerkstoff, dessen Legierungskomponenten in Schichten in der Reihenfolge abnehmender Schmelz- bzw. Verdampfungstemperaturen enthalten sind und der auf dem Werkstück aufliegt, einem Elektronenstrahl so zugeführt, daß zumindest der Dampfstrom der flüchtigeren Legierungskomponenten in die Aufschmelzzone gerichtet ist. Diese Verfahrensweise ist jedoch aufgrund der komplizierten Technologie sehr aufwendig. Weiterhin ist bekannt (Keitel, St. „Das Elektronenstrahl-(ELS)-Umschmelzlagieren von Eisonwerkstoffen" ZIS-Mitteilungen, Halle 30 (1988) Nr. 1, S. 56-62), pulverförmige Schweißzusatzwerkstoffe mit dem Einlegierungsverfahren in einem zweistufigen Prozeß zum Einsau zu bringen. Zuerst wird dabei über ein sogenanntes Deponierverfahren (z. B. Metallpulverspritzen, Widerstandsauftragsschweißen) der Zusatzwerkstoff auf die Werkstückoberfläche aufgebracht, und in einem zweiten Arbeitsschritt werden diese Schichten mittels Elektronenstrahl umgeschmolzen. Aufgrund der Zweistufigkeit der Herstellungstechnologio ist dieses Verfahren jedoch sehr aufwendig

Außerdem ist allgemein bekannt, für das Einlegierungsverfahren reine draht- bzw. bandförmige Schweißzusatzwerkstoffe einzusetzen. Diese Verfahrensweise setzt aber der Variationsmöglichkeit der chemischen Zusammensetzung der Oberflächenschicht enge Grenzen. Der maximal zu realisierende Legierungsgehalt im Schweißzusatzwerkstoff darf bei diesem Verfahren nur sehr niedrig sein, da ansonsten mit den konventionellen Verfahren kein mechanisch flexibler Schweißzusatzwerkstoff herstellbar ist. Da aber das Einlegieren mit einer Vermischung des Schweißzusatzwerkstoffes mit dem Grundwerkstoff verbunden ist, führt es nach diesem letztgenannten Stand der Technik zu einer weiteren Absenkung des realisierbaren Legierungsgehaltes in der Oberflächenschicht. Ein zu niedriger Legierungsgehalt in der Oberflächenschicht bewirkt aber, daß steigende Anforderungen an den Verschleißschutz nicht mehr realisiert werden können. Der Mangel dieses Verfahrens besteht also in der zu geringen Verschleißfestigkeit bei höheren Anforderungen, was im niedrigen Legierungsgehalt der Oberflächenschicht begründet ist.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erⁿ ndung besteht in der wenig aufwendigen Herstellung einer Oberflächenschicht mit höherer Verschleißfestigkeit auf metallischei ι Werkstoffen über das Einlegierungsverfahren.

-2- 292158 Dailegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für das Einlagerungsverfahren eine unkomplizierte, einstufige Herstellungstechnologie vorzuschlagen, mit der ein höherer Legierungsgehalt in die Oberflächenschicht eingebracht werden kann. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe über das Einlegierungsverfahren gelöst, indem zum Einlegieren mindestens eine hochlegierte, amorphe Metallfolie, deren Höhe des Legierungsgehaltes durch den Vermischungsgrad mit dem Grundwerkstoff bestimmt wird, verwandet wird. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die amorphen Metallfolien auf der Basis von Co und/oder Ni und/oder Fe bestehen. Günstigerweise sollten diese Metallfolien dann hohe Gehalte an Glasbildnern, wie z. B. C und/oder B und/oder Si, und/oder Carbid- und/oder Boridbildnern, wie z. B. Cr und/oder W und/oder Mo, aufweisen. Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn zum Einlegieren mehrere (günstigerweise 2) amorphe Metallfolien gleicher oder unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung gleichzeitig verwendet werden. Diese Technologie ermöglicht, einfach und unkompliziert in einem einstufigen Prozeß in den Grundwerkstoff eine Oberflächenschicht einzulogieren, deren Verschleißschutz den steigenden Anforderungen gerecht wird. Der hohe Legierungsgehalt der amorphen Metallfolie wird durch die beim Einlegieren auftretende Vermischung mit dem Grundwerkstoff auf den Optimalwert „verdünnt", so daß durch Variation des Legierungsgehaltes der amorphen Metallfolie eine Oberflächenschicht hergestellt werden kann, die den jeweiligen gewünschten Anforderungen an den Verschleißschutz gerecht wird. Eine zusätzliche Verbesserung der Eigenschaften kann erreicht werden, wenn sich an die

Schichtherstellung über das Einlegierungsverfahren eino Wärmebehandlung, die gegebenenfalls mit dem Elektronenstrahl

selbst durchgeführt werden kann, anschließt

Ausführungsbeispiel

Der Stahl C45 soll in der Oberflächenschicht in einen hochlegierten Stahl mit Gehalten an Cr, W, C und B umgewandelt werden. Als Schweißzusatzwerkstoff kommt eine durch Schnellabkühlung hergestellte, mechanisch flexible, amorphe Metallfolie auf Co-Basis mit 24% Cr, 4% W, C und B zum Einsatz. Bei einer Energiedichte des Elektronenstrahls von 210OW/cm² wurde eine 23 pm starke Folie mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 100 mm/s dem sich mit 10mm/s bewegenden Werkstück zugeführt und eingeschmolzen. Bei einer Folienbreite von 10mm und einer Umschmelztiefe von 1 mm wurde eine gehärtete (850HV₀₀₅) sowie mit Carbiden und Boriden angereicherte Oberflächenschicht mit dementsprechend guten Verschleißeigenschaften erreicht.

Claims (7)

1. Verfahren zur Oberflächenveredlung von metallischen Werkstoffen durch Erzeugung einer Oberflächenschicht bis 3mm Dicke mittels eines Elektronenstrahles über das Einlegierungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einlegieren mindestens eine hochlegierte, amorphe Metallfolie, deren Höhe des Legierungsgehaltes durch den Vermischungsgrad mit dem Grundwerkstoff bestimmt wird, verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Metallfolie auf der Basis

von Co und/oder Ni und/oder Fe besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphen Metallfolien auf der Basis von Co und/oder Ni und/oder Fe hohe Gehalte an Glas- und/oder Carbid- und/oder Boridbildnern aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Glasbildner C und/oder B und/oder Si verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet,'daß als Carbid- und/oder Boridbildner Cr und/oder W und/oder Mo eingesetzt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einlegieren mehrere amorphe Metallfolien gleicher oder unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung gleichzeitig verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einlegieren 2 amorphe Metallfolien gleicher oder unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung gleichzeitig verwendet werden.