DD292159A5 - Verfahren zur oberflaechenveredlung von metallischen werkstoffen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflaechenveredlung von metallischen Werkstoffen. Objekte, auf die sich die Erfindung bezieht, sind Werkstoffe, deren Oberflaeche mittels Laserstrahl 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; Laserstrahl; 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 Laserstrahl.
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 Laserstrahlverfahren. Neben der oberflächenbegrenzten Wärmebehandlung in der festen oder flüssigen Phase werden zahlreiche Versuche zur Veränderung der chemischen Zusammensetzung im oberflächennahen Bereich unternommen. Dabei kommt unter anderem das Einlegierungsverfahren zur Anwendung. In der Literatur (Tamlinson, W. u.a.: .Cerritation wear of untreated and laser-processed hard faced coatings" wear 117 (1987) S. 103-107 und Sepold, C: ,Oberflächenveredlung durch Laserhärten und Laserlegieren" Stahl und Eisen 104 (1984) 5 S. 219-221) wird das Einlegieren von Deponierschichten beschrieben. Dabei wird in einem ersten Arbeitsgang der Schweißzusatzwerkstoff auf das Bauteil aufgebracht (z. B. durch Metallpulverspritzen, Widerstandsauftragsschweißen). In einem zweiten Arbeitsgang erfolgt durch den Laserstrahl ein Aufschmelzen des Schicht- und des oberflächennahen Grundwerktstoffs sowie deren Vermischung. Diese Verfahrensweise ist jedoch aufgrund der Zweistufigkeit der Gesamttechnologie sehr aufwendig.
Weiterhin ist das Einlegieren mittels kontinuierlicher Schweißzusatzwerkstoffzuführung, die sowohl über Pulver als auch über draht- oder bandförmige Schweißzusatzwerkstoffe erfolgen kann, bekannt (Snow; D. В.; Breinan, E. M.; Heaf, B. H.: .Rapid solidification processing of the superalloys using high power lasers". Proceedings of the Fourth Internat. Symposium on Superalloys, Am. Society for metals. Metals Park, Ohio, 1980, S. 189-203). Bei der Verwendung von draht- bzw. bandförmigen Schweißzusatzwerkstoffen sind der Variationsmöglichkeit der chemischen Zusammensetzung der Oberflächenschicht enge Grenzen gesetzt. 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 Nachteil der Verwendung von draht- bzw. bandförmigen Schweißzusatzwerkstoffen besteht also in der zu geringen Verschleißfestigkeit bei höheren Anforderungen an die Oberflächenschicht, was im niedrigen Legierungsgehalt der Oberflächenschicht begründet ist. Pulverförmige Schweißzusatzwerkstoffe sind dagegen aufgrund ihrer aufwendigen Herstellungstechnologie (z. B. Verdüsen der Schmelze, Fraktionieren der kugligen Kornform usw.) sehr teuer. Zudem birgt die Verwendung von Pulvergemischen als Schweißzusatzwerkstoff aufgrund von Entmischungen im Pulver die Gefahr von Inhomogenitäten der Legierungskomponenten im Schweißgut in sich.
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Ziel der Erfindung
Das Ziel der Erfindung besteht in der wenig aufwendigen Herstellung einer Oberflächenschicht mit höherer Verschleißfestigkeit auf metallischen Werkstoffen über das Einlegierungsverfahren, unter Verwendung billigerer Schweißzusatzwerkstoffe, die nicht die Gefahr von Inhomogenitäten der Legierungskomponenten im Schweißgut in sich bergen.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Herstellung von Oberflächenschichten auf metallischen Werkstoffen über das Einlegierungsverfahren eine einstufige Technologie vorzuschlagen, bei der Schweißzusatzwerkstoffe, deren Herstellungstechnologie wenig aufwendig ist und die sich nicht entmischen, zum Einsatz kommen und mit der ein höherer Legierungsgehatt in die Oberflächenschicht eingebracht wird. 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, verwendet 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 unterschiedlicherchemischer Zusammensetzung gleichzeitig verwendet werden. Diese Technologie ermöglicht, einfach und unkompliziert in einem einstufigen Prozeß in den Grundwerkstoff eine Oberflächenschicht einzulegieren, 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 eine Wärmebehandlung, die gegebenenfalls mit dem Laserstrahl selbst durchgeführt werden kann, anschließt.
Ausfuhrungsbeispiel
Der Stahl C4S 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 Leistungsdichte des Laserstrahls von 2 · 10* W/cm2 wurde eine 25цт starke Folie mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 10mm/s dem sich mit 200mm/min bewegenden Werkstück zugeführt und eingeschmolzen. Bei einer Folienbreite von 10mm und einer Umschmelztiefe von 0,4mm wurde eine gehärtete (1100HV0,os) sowie mit Carbiden und Boriden angereicherte Oberflächenschicht mit dementsprechend guten Verschleißeigenschaften erreicht.

Claims (7)

1. Verfahren zur OberflSchenveredung von metallischen Werkstoffen durch Erzeugung einer Oberflächenschicht bis 3mm Dicke mittels eines Laserstrahles Ober 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 Boridbildnem 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.
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