WO2006018348A1 - Verfahren zur herstellung eines temperatur- und korrosionsbeständigen kraftstoffinjektorkörpers - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines temperatur- und korrosionsbeständigen kraftstoffinjektorkörpers Download PDF

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Definitions

  • Fuel injector or nozzle body in fuel injection systems for self-igniting internal combustion engines are subjected to increasing thermal stress due to the ever-increasing power density.
  • the pressure level with which fuel injectors in particular are subjected to fuel injectors increases continuously; on the other hand, owing to the restricted installation space, it is desirable to design fuel injectors so that they are installed in the most space-saving manner possible. the fuel injectors are getting smaller and smaller.
  • the thermal stress is significant that the fuel injector are exposed to corrosion stress.
  • the high thermal stress and the stress caused by corrosion phenomena of the fuel injector body result in failures, especially in the shaft region of the fuel injector body due to stress corrosion cracking.
  • the enumerated case-hardened materials have the disadvantage that they either are not or only slightly resistant to corrosion.
  • the corrosion resistance which is present only to a small extent, is further enhanced by the heat treatment, carburized carbide or chromium nitrite precipitate are further reduced.
  • the heat treatment is essential for producing a sufficient hardness of the material.
  • an injector or nozzle body made of a corrosion-resistant steel, preferably a ferritic or martensitic, stainless steel having the composition C 0.06-0.4%, Cr 11-25% and Mo ⁇ 1.5 % to manufacture. Furthermore, nickel, silicon and manganese can be contained up to 1.5%.
  • a fuel injector or nozzle body is subjected to an embroidery treatment in a vacuum oven, the following treatment parameters being considerable:
  • the treatment temperature within the vacuum furnace is between 1000 ° C - 1150 ° C;
  • the atmosphere prevailing inside the vacuum furnace is a nitrogen atmosphere with a pressure of between 0.1 and 2 bar, whereby the duration of the nitrogenizing process within the vacuum furnace may be between 0.5 and 8 hours.
  • the treatment temperature is set at between 1000 ° C. and 1150 ° C. to room temperature. Quenching is preferably carried out with nitrogen at a pressure of 2-10 bar.
  • the quenching of the injector or nozzle body should be done directly from the make-up atmosphere to provide denitration, i. a decrease in the nitrogen content in the edge region of the workpiece or workpiece blank to avoid.
  • the temperatures, the atmosphere and the duration of the sticking process within the vacuum furnace depend on the nitrogen profile to be achieved.
  • marginal nitrogen contents are adjusted between 0.3 and 0.6%, the depths of injection varying between 0.3 and 1.5 mm, depending on the load and size of the nozzle body.
  • the Auf ⁇ embroidery depths depend to a considerable extent on the duration of the embroidery treatment within the vacuum furnace.
  • the workpiece After embroidering, the workpiece is deep-frozen within a temperature range of -60 ° C. to -196 ° C. in order to convert the retained austenite. Thereafter, one or possibly several tempering treatments of the parts takes place at temperatures between 400 ° C - 550 ° C to reduce further retained austenite while maintaining a high toughness.
  • the core hardness of the workpieces subjected to an embossing treatment, as proposed according to the invention depends on the carbon content of the base material. Since the core hardness is lower in comparison to the edge hardness after the pinch-off treatment and the subsequent Ab ⁇ , the workpieces treated as proposed according to the invention have better toughness properties than through-hardening stainless steels that are carbon and nitrogen-alloyed. A further advantage is that the workpieces proposed as proposed according to the invention are distinguished by high resistance to cavitation.
  • Figure 1 shows a hardness / depth profile of the material X6Cr17 at 1050 ° C, a treatment lungsdauer of 5 h, an N 2 pressure of 1 bar, a freezing at -196 ° C and after an eight-hour tempering at 420 ° C and
  • FIG. 2 shows a micrograph of the material whose hardness / depth profile is shown in FIG. 1, with the treatment parameters mentioned therein (without tempering). variants
  • an injector body or a nozzle body for a fuel injector or a nozzle holding body is produced from a ferritic or martensitic stainless steel of the following composition.
  • the ferritic or martensitic stainless steel contains between 0.06 and 0.4% carbon, as well as chromium between 11 and 25%, and molybdenum with a content of ⁇ 1.5%.
  • nickel, silicon and manganese can contain up to 1.5% in the steel.
  • An injector body or a nozzle body is produced from a ferritic or martensitic stainless steel of this type, which in the soft pre-processed state is subjected to an embroidery treatment within a vacuum furnace with the following treatment parameters:
  • the treatment temperature to which the injector body or the nozzle body of the fuel injector or a nozzle holding body is exposed is between 1000 ° C. and 1150 ° C.
  • the atmosphere which prevails within the vacuum furnace and which is exposed to the nozzle body or the injector body for the duration of the treatment time contains nitrogen, at a pressure between 0.2 and 2 bar.
  • the achievable Aufsticktiefen in the edge regions of the nozzle body or Injektor stresses depend on the treatment time of the component, i. from the contact time of the prevailing in the vacuum furnace Stickstoffatmo ⁇ sphere on the component contained in the vacuum furnace.
  • the treatment periods can be between 0.5 h and 8 h.
  • the surface of the injector or the nozzle body is exposed to the nitrogen atmosphere prevailing inside the vacuum furnace.
  • the nitrogen thus diffuses into the surface of the nozzle body or injector body so that its edge region has an increased nitrogen concentration.
  • the component is quenched from the treatment temperature, which is between 1000 ° C. and 1150 ° C., to room temperature, for which purpose preferably nitrogen is used under a pressure of between 2 and 10 bar .
  • This quenching of the component contained in the vacuum furnace is preferably carried out directly in the supercharging atmosphere prevailing inside the vacuum furnace, ie in the presence of nitrogen, in order to avoid edge desorption of the edge areas of the injector body or the nozzle body previously subjected to an embossing treatment.
  • the temperatures, the atmosphere and the duration of the treatment of the Aufstick- process is selected It has proved to be advantageous if in Randbreich one Nozzle contents between 0.3% and 0.6% be set ein ⁇ nozzle body or an injector body.
  • the depth, ie the Aufsticktiefen in the edge regions of the injector body or nozzle body, depending on the stress and size of the injector body and the nozzle body can be between 0.3 mm and 1.5 mm.
  • the Aufsticktiefen until the depth of the workpiece relative to the nitrogen enrichment takes place depend essentially on the stress of the component, ie of its thermal stress, of its mechanical stress by Drackbeetzschung and of its size.
  • the workpiece After embroidering the injector or nozzle body within the vacuum furnace, the workpiece is frozen within a temperature range between -60 ° C to -196 ° C to convert the retained austenite. Thereafter, the workpieces at temperatures between 400 ° C to 550 ° C for several hours one or more ange ⁇ let.
  • FIG. 1 shows, as an exemplary embodiment, the hardness / depth profile of the materials X6Cr17, which has undergone an embroidery treatment at 1050 ° C. for a treatment time of 5 hours.
  • the nitrogen atmosphere inside the vacuum furnace was under a pressure of 1 bar.
  • deep-freezing took place at a temperature of -196 ° C. (curve 6), followed by tempering of the workpiece over a period of 8 hours at a tempering temperature of 420 ° C. (curve 7).
  • Curve 6 shows the resulting hardness in the surface region of the workpiece toward the core during a Aufstick aspect and a subsequent deep freezing, while the curve 7 the self-adjusting hardness from the surface of the materials to the core after an embroidery treatment the deep freezing and a tempering at a temperature of 420 ° C over 8 h.
  • the workpiece embroidered in accordance with this treatment parameter has an attachment depth 9 in an edge region 2, which can be divided into a first subregion 3 and into a second subregion 4.
  • a third subregion 5 represents the core of the workpiece.
  • the hardness measured in Vickers hardness is 0.30, in a range of about 600 at a constant level.
  • the holding of 600 HV falls to the core hardness.
  • the second portion 4 extends in the edge region 2 of the component 1 between 0.5 mm and 1 mm; to the second portion 4, the portion 5 connects, which extends approximately from 1 mm to 1.5 mm in Richtimg on the core of the workpiece to be treated.
  • FIG. 2 shows a microsection which corresponds to the heat treatment state of the workpiece shown in its hardness / capping profile in FIG.
  • the illustration according to FIG. 2 shows that a martensitic microstructure is present in the edge region 2 of the material 1, which leads to the high hardness shown in the edge region 10 of the component 1.
  • a martensitic microstructure is present in the edge region 2 of the material 1, which leads to the high hardness shown in the edge region 10 of the component 1.
  • ferritic areas which are shown in white in the illustration according to FIG.
  • the method proposed according to the invention represents a cost-effective alternative for the.
  • the resulting workpieces, which have undergone the inventively proposed Stitch treatment and quenching and subsequent tempering, are characterized by better machinability compared to through-hardening stainless steels, which can be carbon and nitrogen alloyed.
  • the materials obtained with the method proposed according to the invention have a higher mechanical resistance compared with the abovementioned steels, since due to the difference between the edge and the core hardness (compare curve according to FIG. 1) compressive stresses in the surface layer build up. Due to a lower core hardness in the range between 150 and 200 HV (hardness Vickers) lying and prevailing in the edge region hardness of about 600 to 700 HV (hardness Vickers), the workpieces we ⁇ considerably better toughness properties.
  • the workpieces obtained are further characterized by a high resistance to cavitation and are relatively insensitive to collapse. menstruating, formed in the fluid vapor bubbles, which claim the materials me ⁇ mechanically significant, as soon as the fluid pressure drops below its vapor pressure.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen für Krafstoffinjektoren aus einem ferritischen oder martensitischen, rostbeständigen, rostbeständigen werstoff. Es werden nachfolgende Verfahrenschritte durchlaufen: Zunächst wird das Bauteil im weich vorbearbeiteten Zustand einer Behandlung in N2-Atmosphähre bei einer Behandlungstemperatur zwischen 1000°C und 1150° unterzogen. Das Bauteil wird anschliessend von Behandlungstemperatur auf Raumtemperatur abgeschreckt und nach Abschrecken des Bauteils auf Raumtemperatur erfolgt ein Tiefkühlen des Bauteils. Nach dem Tiefkühlen des Bauteils wird dieses bei mittleren Anlasstemperaturen angelassen.

Description

Verfahren zur Herstellung eines temperatur- und korrosionsbeständigen Kraftstoffin- jektorkörpers
Technisches Gebiet
Kraftstoffinjektor bzw. Düsenkörper in Kraftstoffeinspritzanlagen für selbstzündende Ver- brennungskraftmaschinen werden aufgrund der stetig zunehmenden Leistungsdichte immer höher thermisch beansprucht. Einerseits steigt das Druckniveau, mit welchem insbesondere Kraftstoffinjektoren von Kraftstoffeinspritzanlagen beaufschlagt werden, kontinuierlich an, andererseits wird aufgrund des beengten Einbauraums angestrebt, Kraftstoffinjektoren so zu gestalten, dass sie möglichst Platz sparend eingebaut werden, d.h. die Kraftstoffinjektoren bauen immer kleiner. Neben der thermischen Beanspruchung ist erheblich, dass der KraftstofSnjektorkörper einer Korrosionsbeanspruchung ausgesetzt sind. Aus der hohen thermischen Beanspruchung sowie der Beanspruchung durch Korrosionserscheinungen der Kraftstoffinjektorkörper resultieren Ausfalle, vor allem im Schaftbereich des Kraftstoffinjek¬ torkörpers infolge Spannungsrisskorrosion.
Stand der Technik
Bei derzeit ausgebildeten Kraftstoffinjektoren für Kraftstoffeinspritzsysteme für Verbren¬ nungskraftmaschinen, seien es Hochdruckspeichereinspritzsysteme (Common Rail), seien es Pumpe-Düse-Einheiten (PDE) oder seien es Pumpe-Leitungs-Düse-Einheiten (PLDE), wer¬ den die Injektor- bzw. Düsenkörper aus einsatzgehärtetem 18CrNi8 gefertigt. Dieser Werk¬ stoff ist bis zu einer Kuppentemperatur von 300°C einsetzbar. Bei einer sich einstellenden Kuppentemperatur von 360°C wird auf einsatzgehärtetem X40CrMoV5-1 zurückgegriffen und bei Kuppentemperaturen bis 450°C wird nitrierter X40CrMoV5-1 eingesetzt.
Bei den aufgezählten einsatzgehärteten Werkstoffen ist von Nachteil, dass diese entweder gar nicht oder nur geringfügig korrosionsbeständig sind. Die allenfalls nur in geringem Ma¬ ße vorhandene Korrosionsbeständigkeit wird zudem durch die mit der Wärmebehandlung, der einsatzgehärtete Werkstoffe unterzogen werden, verbundenen Chromcarbid - od er Chromnitrit-Ausscheidung nochmals herabgesetzt. Die Wärmebehandlung ist jedoch zur Herstellung einer ausreichenden Härte des Werkstoffs unumgänglich.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen Injektor- bzw. Düsenkörper aus einem korro¬ sionsbeständigen Stahl vorzugsweise einem ferritischen oder martensitischen, rostbeständi¬ gen Stahl mit der Zusammensetzung C 0,06 - 0,4 %, Cr 11 - 25 % sowie Mo <1,5 % zu fertigen. Des weiteren können Nickel, Silizium und Mangan bis zu 1,5 % enthalten sein.
Im weich vorbearbeiteten Zustand wird ein Kraftstoffinjektor- bzw. Düsenkörper einer Auf¬ stickbehandlung in einem Vakuumofen unterzogen, wobei folgende Behandlungsparameter erheblich sind:
Die Behandlungstempεratur innerhalb des Vakuumofens liegt zwischen 1000°C - 1150°C; die innerhalb des Vakuumofens herrschende Atmosphäre ist eine Stickstoffatmosphäre mit einem Druck zwischen 0,1 — 2 bar, wobei die Dauer der Aufstickbehandlung innerhalb des Vakuumofens zwischen 0,5 — 8 h liegen kann. Nach der Aufstickbehandlung des Rraft- stoffmjektorkörpers, welcher ein nahezu endmaßgenaues Bauteil darstellt, das zur Einstel¬ lung der exakten Maße an Toleranzen lediglich noch nachzuschleifen ist, erfolgt ein Ab¬ schrecken von der Behandlungstemperatur, die zwischen 1000°C und 1150°C liegt, auf Raumtemperatur. Das Abschrecken erfolgt vorzugsweise mit Stickstoff bei einem_Druck von 2 — 10 bar. Vorzugsweise sollte das Abschrecken des Injektor- bzw. des Düsenkörpers direkt von der Aufstickatmosphäre erfolgen, um eine Entstickung, d.h. eine Abnahme des Stickstoffgehalts im Randbereich des Werkstücks oder des Werkstückrohlings zu vermei¬ den.
Die Temperaturen, die Atmosphäre sowie die Dauer des Aufstickprozesses innerhalb des Vakuumofens hängt vom zu erreichenden Stickstoffprofil ab. Vorzugsweise werden Rand- stickstoffgehalte zwischen 0,3 und 0,6 % eingestellt, wobei die Aufsticktiefen, je nach Be¬ anspruchung und Größe des Düsenkörpers zwischen 0,3 und 1,5 mm variieren. Die Auf¬ sticktiefen hängen in erheblichem Maße von der Dauer der Aufstickbehandlung innerhalb des Vakuumofens ab.
Nach dem Aufsticken erfolgt ein Tiefkühlen des Werkstückes innerhalb eines Temperatur¬ bereiches von -60°C bis -196°C, um den Restaustenit umzuwandeln. Danach erfolgen eine oder gegebenenfalls mehrere Anlassbehandlungen der Teile bei Temperaturen zwischen 400°C - 550°C, um weiteren Restaustenit abzubauen und gleichzeitig eine hohe Zähigkeit einzustellen.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Behandlung des Injektor- bzw. des Düsenkör- pers eines Kraftstoffinjektors lässt sich eine wesentlich höhere Korrosionsbeständigkeit die- ses Bauteils erreichen. Verglichen mit der Herstellung temperaturbeständiger Düsenkörper durch Vergüten und Nitrieren, kann durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren infolge kürzerer Prozesszeiten und einer weniger aufwendigen Anlagentechnik eine kosten¬ günstige Alternative für die Herstellung temperaturbeständiger Düsenkörper liegen. Auf- grund der Werkstoffzusammensetzung lässt sich eine bessere Bearbeitbarkeit der erhaltenen Kraftstoffinjektorkörper bzw. Düsenkörper erzielen, im Vergleich zu durch-härtenden rost¬ freien Stählen, die durch hohe Kohlenstoff- bzw. hohe Stickstoffgehalte g ekennzeichnet sind. Des weiteren stellt sich im Vergleich zu diesen Stählen eine höhere mechanische Fes¬ tigkeit des wie erfindungsgemäß vorgeschlagen behandelten Werkstücks ein, da infolge ei- ner Differenz zwischen der Rand- und der Kernhärte der Kraftstoffinjektor- bzw. Düsen¬ körper sich Drackeigenspannungen in deren Randschicht aufbauen.
Die Kernhärte der, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, einer Aufstickbehandlung unterzo¬ genen Werkstücke hängt vom Kohlenstoffgehait des Basiswerkstoffes ab. Da die Kernhärte im Vergleich zur Randhärte nach der Aufstickbehandlung und den sich anschließenden Ab¬ schreckschritten niedriger ist, weisen die wie erfindungsgemäß vorgeschlagen behandelten Werkstücke bessere Zähigkeitseigenschaften als durchhärtende rostfreie Stähle auf, die koh- lenstoff- und stickstofflegiert sind. Als weiterer Vorteil sei genannt, dass die wie erfin¬ dungsgemäß vorgeschlagen behandelten Werkstücke sich durch hohe Kavitationsbeständig- keit auszeichnen.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher eingehender beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 einen Härte-/Tiefeverlauf des Werkstoffes X6Cr17 bei 1050°C, einer Behand¬ lungsdauer von 5 h, einem N2-Druck von 1 bar, einer Tiefkühlung bei -196°C und nach einem achtstündigen Anlassen bei 420°C und
Figur 2 ein Gefügebild des Werkstoffes, dessen Härte-/Tiefeverlauf in Figur 1 darge¬ stellt ist, bei den dort genannten Behandlungsparametern (ohne Anlassen). Ausführungsvarianten
Dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren folgend wird ein Injektorkörper bzw. ein Düsenkörper für einen Kraftstoffinjektor oder einen Düsenhaltekörper aus einem ferriti- schen oder martensitischen, rostbeständigen Stahl der nachfolgenden Zusammensetzung hergestellt. Der ferritische oder martensitische, rostbeständige Stahl enthält zwischen 0,06 und 0,4 % Kohlenstoff, sowie Chrom zwischen 11 und 25 %, ferner Molybdän mit einem Anteil von <1,5 %. Des weiteren kann im Stahl Nickel, Silizium und Mangan bis zu 1,5 % enthalten sein. Aus einem derartig beschaffenen ferritischen oder martensitischen, rostbe¬ ständigen Stahl wird ein Injektorkörper oder ein Düsenkörper hergestellt, der im weich vor¬ bearbeiteten Zustand einer Aufstickbehandlung innerhalb eines Vakuumofens mit folgenden Behandlungsparametern unterzogen wird:
Die Behandlungstemperatur, welcher der Injektorkörper bzw. der Düsenkörper des Kraft¬ stoffinjektors oder eines Düsenhaltekörpers ausgesetzt wird, liegt zwischen 1000°C und 1150°C. Die Atmosphäre, die innerhalb des Vakuumofens herrscht und der der Düsenkör¬ per bzw. der Injektorkörper für die Dauer der Behandlungszeit ausgesetzt ist, enthält Stick¬ stoff, bei einem Druck zwischen 0,2 und 2 bar. Die erreichbaren Aufsticktiefen in den Randbereichen des Düsenkörpers bzw. Injektorkörpers hängen von der Behandlungsdauer des Bauteils, d.h. von der Einwirkzeit der im Vakuumofen herrschenden Stickstoffatmo¬ sphäre auf das im Vakuumofen enthaltene Bauteil ab. Die Behandlungsdauern können zwi¬ schen 0,5 h und 8 h liegen.
Während der Aufstickbehandlung des Injektor- bzw. des Düsenkörpers innerhalb des Vaku¬ umofens ist die Oberfläche des Injektor- oder des Düsenkörpers der innerhalb des Vakuum¬ ofens herrschenden Stickstoffatmosphäre ausgesetzt. Der Stickstoff diffundiert demnach in die Oberfläche des Düsenkörpers bzw. Injektorkörpers, so dass dessen Randbereich eine erhöhte Stickstoffkonzentration aufweist.
Nach dem Aufsticken des Injektor- bzw. Düsenkörpers innerhalb des Vakuumofens erfolgt ein Abschrecken des Bauteils von der Behandlungstemperatur, die zwischen 1000°C und 1150°C liegt, auf Raumtemperatur, wozu vorzugsweise Stickstoff unter einem Druck zwi¬ schen 2 bis 10 bar eingesetzt wird. Dieses Abschrecken des im Vakuumofen enthaltenen Bauteils erfolgt vorzugsweise unmittelbar in der innerhalb des Vakuumofens herrschenden Aufstickatmosphäre, d.h. unter Präsenz von Stickstoff, um eine Randentstickung der zuvor eine Aufstickbehandlung unterzogenen Randbereiche des Injektorkörpers bzw. des Düsen¬ körpers zu vermeiden. Je nachdem, welches Stickstoffprofil in den Randbereichen des Injektorkörpers bzw. des Düsenkörpers eines Kraftstoffinjektors bzw. einer Düsenhaltekombination gewünscht ist, werden die Temperaturen, die Atmosphäre sowie die Dauer der Behandlung des Aufstick- prozesses gewählt Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn im Randbsreich eines Düsenkörpers bzw. eines Injektorkörpers Stickstoffgehalte zwischen 0,3 % und 0.6 % ein¬ gestellt werden. Die Tiefe, d.h. die Aufsticktiefen in den Randbereichen des Injektorkörpers bzw. Düsenkörpers, können je nach Beanspruchung und Größe des Injektorkörpers und des Düsenkörpers zwischen 0,3 mm und 1,5 mm liegen. Die Aufsticktiefen, bis deren Tiefe in Bezug auf das Werkstück eine Stickstoffanreicherung erfolgt, hängen im Wesentlichen von der Beanspruchung des Bauteils, d.h. von dessen thermischer Beanspruchung, von dessen mechanischer Beanspruchung durch Drackbeaufschlagung sowie von dessen Größe ab.
Nach dem Aufstickvorgang des Injektor- bzw. Düsenkörpers innerhalb des Vakuumofens erfolgt ein Tiefkühlen des Werkstücks innerhalb eines Temperaturbereichs zwischen -60°C bis -196°C, um den Restaustenit umzuwandeln. Danach werden die Werkstücke bei Tempe¬ raturen zwischen 400°C bis 550°C über mehrere Stunden lang ein- oder mehrfach ange¬ lassen.
Der Darstellung gemäß Figur 1 ist als Ausfuhrungsbeispiel der Härte-/Tiefeverlauf des Werkstoffe X6Cr17 zu entnehmen, der eine Aufstickbehandlung bei 1050°C über eine Be¬ handlungsdauer von 5 h erfahren hat Die Stickstoffatmosphäre innerhalb des Vakuumofens stand unter einem Druck von 1 bar. Nach dem Abschrecken des zuvor aufgestickten Werk¬ stücks erfolgte das Tiefkühlen bei einer Temperatur von -196°C (Kurvenverlauf 6), woran sich ein Anlassen des Werkstücks über eine Zeitdauer von 8 h bei einer Anlasstemperatur von 420°C anschloss (Kurvenverlauf 7). Der Kurvenverlauf 6 zeigt die sich einstellende Härte im Oberflächenbereich des Werkstücks zum Kern hin bei einer Aufstickbehandlung und einem sich daran abschließenden Tiefkühlen, während der Kurvenverlauf 7 den sich einstellenden Härte verlauf von der Oberfläche des Werkstoffe zum Kern hin nach einer Auf- Stickbehandlung dem Tiefkühlen sowie einem Anlassen bei einer Temperatur von 420°C über 8 h wiedergibt. Das gemäß dieser Behandlungsparameter aufgestickte Werkstück weist in einem Randbereich 2 eine Aufsticktiefe 9 auf, die in einen ersten Teilbereich 3 und in ei¬ nen zweiten Teilbereich 4 aufteilbar ist Ein dritter Teilbereich 5 stellt den Kern des Werk¬ stücks dar.
Innerhalb des ersten Teilbereichs 3 des Randbereichs 2, welches eine Aufsticktiefe zwischen 0 und 0,5 mm, um ein Beispiel zu nennen, entsprechen kann, liegt die Härte gemessen in Vickers-Härte 0.30, in einem Bereich von etwa 600 auf einem konstanten Niveau. Am Ü- bergang des ersten Teilbereichs 3 zum zweiten Teilbereich 4 erfolgt ein starkes Absinken der Härte gemäß des Kurvenverlaufs 6. Innerhalb des zweiten Teilbereichs (vgl. Bezugszei¬ chen 4 der Äufsticktiefe 9) fällt die Halte von 600 HV auf die Kernhärte. Der zweite Teilbe¬ reich 4 erstreckt sich im Randbereich 2 des Bauteils 1 zwischen 0,5 mm und 1 mm; an den zweiten Teilbereich 4 schließt sich der Teilbereich 5 an, der sich etwa von 1 mm bis 1,5 mm in Richtimg auf den Kern des zu behandelnden Werkstücks erstreckt. Innerhalb des dritten Teilbereichs 5, liegt im Wesentlichen eine Vickers-Härte (HV) von etwa 200 vor, die über den dritten Teilbereich 5, der dem Kern des Bauteils 1 entspricht, gesehen, im Wesentlichen konstant bleibt.
Der Darstellung gemäß Figur 2 ist ein Schliffbild zu entnehmen, welches dem Wärmebe¬ handlungszustand des in seinem Härte-/Aufstickverlauf in Figur 1 dargestellten Werkstücks entspricht.
Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht hervor, dass im Randbereich 2 des Werkstoffs 1 eine martensitische Mikrostruktur vorliegt, die zur dargestellten hohen Härte im Randbs- reich 10 des Bauteils 1 führt. Im Bereich des Härteabfalls liegen neben martensitischen Kör¬ nern auch ferritische Bereiche vor, die in der Darstellung gemäß Figur 2 weiß dargestellt sind.
Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren lässt sich eine wesentlich höhere Korrosionsbeständigkeit von Injektorkörper- bzw. Düsenkörperbauteilen erreichen. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren stelle eine kostengünstige Alternative für die. Herstellung temperaturbeständiger Düsen- oder Injektorkörper dar im Vergleich zum Ver- guten und Nitrieren von durchhärtenden rostfreien Stählen. Es weist eine wesentlich kürzere Prozessdauer auf und zeichnet sich ferner durch eine weniger aufwendige Anlagentechnik aus. Die erhaltenen Werkstücke, die die erfindungsgemäß vorgeschlagene Aufstickbehand¬ lung sowie das Abschrecken und ein sich an dieses anschließendes Anlassen durchlaufen haben, zeichnen sich durch eine bessere Bearbeitbarkeit aus, verglichen mit durchhärtenden rostfreien Stählen, die kohlenstoff- und stickstofflegiert sein können. Die mit dem erfin¬ dungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren erhaltenen Werkstoffe weisen eine höhere mecha¬ nische Beanspruchbarkeit auf, verglichen mit den oben genannten Stählen, da infolge zwi¬ schen der Differenz der Rand und der Kernhärte (vergleiche Kurvenzug gemäß Figur 1) sich Druckeigenspannungen in der Randschicht aufbauen. Aufgrund einer niedrigeren Kernhärte im Bereich zwischen 150 und 200 HV (Härte Vickers) liegend und der im Randbereich herrschenden Härte von etwa 600 bis 700 HV (Härte Vickers) weisen die Werkstücke we¬ sentlich bessere Zähigkeitseigenschaften auf. Die erhaltenen Werkstücke sind ferner durch eine hohe Kavitationsbeständigkeit gekennzeichnet und relativ unempfindlich gegen zusam- menbrechende, sich im Fluid bildende Dampfblasen, welche die Werkstoffe erheblich me¬ chanisch beanspruchen, sobald der Fluiddruck unter dessen Dampfdruck sinkt.
Bezugszeichenliste
1 Kernwerkstoff lnjektor-/Düsenkörper
2 Randbereich 3 1. Teilbereich (außen liegend)
4 2. Teilbereich
5 3. Teilbereich (innen liegend)
6 Werkstückbehandlung Aufsticken und Tiefkühlen
7 Werkstückbehandlung Aufsticken, Tiefkühlen und Anlassen 8 Härteverlauf
9 Aufsticktiefe
10 Schliffbild

Claims

Patentansprüche
1. Verfehlen zur Herstellung von Bauteilen für Kraftstoffinjektoren aus einem ferriti¬ schen oder martensitischen, rostbeständigen Werkstoff mit nachfolgenden Verfahrens- schritten:
- das Bauteil wird im weich vorbearbeiteten Zustand einer Behandlung in N2- Atmosphäre bei einer Behandlungstemperatur zwischen 1000°C und 1150°C un¬ terzogen, - das Bauteil wird von Behandlungstemperatur auf Raumtemperatur abgeschreckt,
- nach dem Abschrecken des Bauteils auf Raumtemperatur erfolgt ein Tiefkühlen des Bauteils und
- das Bauteil wird ein- oder mehrmals bei mittleren Anlasstemperaturen angelassen.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ferritische oder mar- tensitische, rostbeständige Werkstoff einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,06 % und 0,4 %, einen Chromgehalt zwischen 11 % und 25 % und einen Molybdängehalt von <1,5 % aufweist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils NickeL Silizium und/oder Mangan bis zu einem Anteil von 1,5 % enthalten sind.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung des Bau¬ teils in N2-Atmosphäre bei einem N2-Druck zwischen 0,2 bar bis 2 bar durchgeführt wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschrecken des Bauteils von Behandlungstemperatur auf Raumtemperatur mit N2 bei Drücken zwi¬ schen 2 bar und 10 bar unmittelbar nach der Behandlung des Bauteils mit Behand- lungstemperatur in N2- Atmosphäre erfolgt.
6. Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Bauteilen im Randbereich (2) N2-Gehalte zwischen 0,3 % und 0,6 % und Aufsticktiefen (9) zwi¬ schen 0,3 mm und 1,5 mm erzeugt werden.
7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil nach dem Abschrecken auf eine Temperatur zwischen -60°C und -196°C abgekühlt wird.
8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung des Bau¬ teils in N2- Atmosphäre bei Behandlungstemperaturen zwischen 1000°C und 1150°C wahrend einer Dauer zwischen 0,5 h und 8 h durchgeführt wird.
9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlasstemperatur zwischen 400°C und 550°C gewählt wird.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein- oder mehrmals angelassen wird.
11. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Randbereich (2) des Bauteils innerhalb eines ersten Teilbereichs (3) eine Vickers-Härte (HV) zwischen 800 und 600 eingestellt wird, mit einer Differenz zur im dritten Teilbereich 5, die dem Kern des Bauteils entspricht,, von mindestens 100 HV.
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