EP0570421A1 - Verfahren zum herstellen eines oberflächengehärteten werkstückes aus sintereisen. - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines oberflächengehärteten werkstückes aus sintereisen.

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EP0570421A1
EP0570421A1 EP92903727A EP92903727A EP0570421A1 EP 0570421 A1 EP0570421 A1 EP 0570421A1 EP 92903727 A EP92903727 A EP 92903727A EP 92903727 A EP92903727 A EP 92903727A EP 0570421 A1 EP0570421 A1 EP 0570421A1
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treatment
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    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a
  • DE-OS 33 01 541 proposes the porous workpiece made of sintered iron to produce
  • liquid substances can penetrate into the porous workpiece. Reactions with corrosive agents or the like then occur, the property of the workpiece surface being changed. In order to prevent the penetration of such substances into the surface of a porous workpiece, it is known to coat it with synthetic resin, wax, oily substance or the like.
  • the porosity of sintered workpieces is also disadvantageous when it comes to hardening the surface layer. Through the pores, the gases used for hardening can enter the interior of the
  • Heat treatment is primarily used to achieve greater hardness.
  • As a heat treatment process carburizing,
  • Nitrocarburizing, nitriding and oxidizing are known. Through this
  • the steam treatment is carried out in accordance with the features of claim 1 in such a way that a sufficient pore closure with the least possible
  • Oxide layer density is reached. Surprisingly, these properties can be obtained even at relatively low water vapor temperatures. This results in an economic one
  • the modified water vapor treatment preferably produces an oxide layer of at most 5 ⁇ m, preferably of ⁇ 4 ⁇ m, on the surface of the workpiece. This is done by targeted steam treatment at the specified temperatures and pressures of the superheated steam. The goal is a sufficient pore closure with a minimal oxide layer thickness.
  • the workpiece is in front of the
  • the mechanical processing is preferably carried out by vibratory grinding or by lapping. Mechanical processing is particularly recommended when tight tolerances are specified for dimensional accuracy or when a well-defined layer with tight tolerances is required. Following the mechanical processing, the workpiece is subjected to surface hardening.
  • the above-mentioned method is mainly used in the production of ring gears, with a significantly improved one
  • a ring gear hardened by nitrocarburizing is produced in the following production stages:

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Description

Verfahren zum Herstellen eines oberflächengehärteten Werkstückes aus Sintereisen
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines
oberflächengehärteten Werkstückes aus Sintereisen, wobei nach dem Sintern durch eine Wasserdampfbehandlung die Poren an der Oberfläche weitgehend geschlossen werden und das Werkstück anschließend einer Randschichtenhärtung unterzogen wird.
Aus der DE-OS 33 01 541 ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt. Zum Zweck des Porenverschlusses als Vorbehandlung für eine
Oberflächenhärtung erfolgt dabei eine Wasserdampfbehandlung. Zur Verbesserung der Maßhaltigkeit schlägt die DE-OS 33 01 541 vor, das poröse Werkstück aus gesintertem Eisen zur Erzeugung von
Eisenoxidschichten auf den zugänglichen inneren und äußeren
Oberflächen in einer wasserdampfhaltigen Atmosphäre und in einer zweiten Stufe zur teilweisen Reduktion dieser Oxidschichten und zur Härtung einer schmalen, von der äußeren Oberfläche ausgehenden Zone in Gegenwart eines Kohlenstoff abgebenden Fluids erhitzt wird.
Allerdings ist die Steuerung dieses Verfahrens und damit auch die Steuerung der Bildung beziehungsweise Reduktion der Oxidschicht sehr beschränkt. Die aus einem Sintereisen, das heißt pulvermetallurgisch
hergestellten Werkstücke sind im allgemeinen porös, sofern sie nicht durch Schmieden oder andere Formungsverfahren verdichtet werden. Die Porosität hat jedoch Nachteile, zum Beispiel in Bezug auf die
Korrosionsbeständigkeit, welche beeinträchtigt ist, da
beispielsweise flüssige Stoffe in das poröse Werkstück eindringen. Hier kommt es dann zu Reaktionen mit korrodierenden Agenzien oder dergleichen, wobei die Eigenschaft der Werkstückoberfläche verändert wird. Zur Verhinderung des Eindringens derartiger Stoffe in die Oberfläche eines porösen Werkstückes ist es bekannt, dieses mit Kunstharz, Wachs, ölartiger Substanz oder dergleichen zu überziehen.
Die Porosität gesinterter Werkstücke ist außerdem nachteilig, wenn es darum geht, eine Randschichtenhärtung zu erzielen. Durch die Poren können die zur Härtung eingesetzten Gase ins Innere des
Werkstückes eindringen, wobei das Werkstück durchhärtet. Um
ausschließlich eine Randschichtenhärtung zu erreichen, ist daher ein weitgehender und im Härtungsprozeß stabiler Porenverschluß
notwendig. Die oben beschriebenen Überzüge sind allerdings
unbeständig, so daß eine entsprechende Imprägnierung nicht für gesinterte Werkstücke brauchbar ist, die nach dem Sintern einer Wärmebehandlung unterworfen sind.
Eine Wärmebehandlung erfolgt vor allem zur Erzielung einer größeren Härte. Als Wärmebehandlungsverfahren sind ein Aufkohlen,
Nitrocarburieren, Nitrieren und Oxidieren bekannt. Durch diese
Verfahren lassen sich Oberflächen von hoher Verschleißfestigkeit erzielen. Vorteile der Erfindung
Nach der vorliegenden Erfindung wird die Wasserdampfbehandlung entsprechend den Merkmalen von Anspruch 1 so geführt, daß ein ausreichender Porenverschluß bei geringst möglicher
Oxidschichtdichte erreicht wird. Überraschenderweise können diese Eigenschaften bereits bei relativ niedrigen Wasserdampftemperaturen erhalten werden. Daraus ergibt sich eine wirtschaftliche
Arbeitsweise bei zumindest gleichbleibend guten Ergebnissen.
Ein weiterer Vorteil der niedrigeren Wasserdampftemperaturen ergibt sich daraus, daß die Bildung von FeO vermieden wird, die ab etwa 560° C eintritt. FeO zerfällt bei Abkühlung in Fe3O4 und Fe;
dieser Zerfall führt zu einer schwammigen Oberflächenstruktur, die neben einer deutlich verminderten Korrosionsbeständigkeit auch zu einer voluminösen Verbindungsschicht bei der nachfolgenden
Wärmebehandlung, somit insbesondere zur Verschlechterung der
Maßhaltigkeit führt.
Bevorzugt wird durch die modifizierte Wasserdampfbehandlung eine Oxidschicht von maximal 5 μm, vorzugsweise von < 4 μm , auf der Oberfläche des Werkstücks hergestellt. Dies geschieht durch ein gezieltes Wasserdampfbehandeln bei den angegebenen Temperaturen und Drücken des überhitzten Wasserdampfes. Ziel ist ein auseichender Porenverschluß bei minimaler Oxidschichtdicke.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das Werkstück vor der
Wasserdampfbehandlung einer mechanischen Bearbeitung unterzogen. Die mechanische Bearbeitung erfolgt dabei bevorzugt durch Gleitschleifen oder durch Läppstrahlen. Die mechanische Bearbeitung empfiehlt sich vor allem, wenn enge Toleranzen bei der Maßhaltigkeit vorgegeben sind oder wenn eine gut ausgeprägte Schicht mit engen Toleranzen gefordert wird. Das Werkstück wird im Anschluß an die mechanische Bearbeitung einer Randschichthärtung unterzogen.
Das oben genannte Verfahren wird vor allem bei der Herstellung von Hohlrädern verwendet, wobei sich eine deutlich verbesserte
Maßhaltigkeit herausstellte. Durch das Verfahren läßt sich der Ausschuß erheblich reduzieren, ein Vermessen ist nicht mehr notwendig.
In einem Ausführungsbeispiel wird ein durch Nitrocarburieren gehärtetes Hohlrad in folgenden Fertigungsstufen hergestellt:
Basispulver Graphit Gleitmittel
↘ ↓ ↙
Mischen
↓
Pressen
↓
Sintern
↓
Gleitschleifen
↓
Kalibrieren
↓
Wass Ierdampfbehandlung
bei 430 - 480° C,
30 - 50 mbar und 2 h
↓
Nitrocarburieren

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Werkstückes aus Sintereisen, wobei nach dem Sintern zunächst die Poren an der Oberfläche des
Werkstückes durch eine Behandlung mit überhitztem Wasserdampf weitgehend geschlossen werden und das Werkstück anschließend einer Randschichtenhärtung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserdampfbehandlung bei einer Temperatur unterhalb 500° C, insbesondere bei 430 bis 480° C, und bei einem
Wasserdampfpartialdruck von 20 bis 80 mbar, insbesondere von 30 bis 50 mbar, erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wasserdampfbehandlung bis maximal 2 Stunden durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wasserdampfbehandlung eine Oxidschicht von maximal 5 μm, vorzugsweise von < 4 μm, auf der Oberfläche des Werkstückes hergestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke vor der Wasserdampfbehandlung einer mechanischen Bearbeitung unterzogen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Bearbeitung durch Schleifen oder Läppen erfolgt.
6. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung von Vorgelegeradern für Starter, insbesondere von innenverzahnten Hohlrädern.
7. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung von Grundplatte und/oder Stützplatte von
Elektrokraftstoffpumpen.
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