Verfahren zur Tierstellung von Gegenständen, deren Oberfläche verschleissfest und deren Kern zähe ist. Zur Herstellung von Stahlgegenständen mit harter verschleissfester Oberfläche und zähem Kern bedient man sich bisher der bekannten Verfahren der Einsatz- und Ni- trierhärtung.
Bei der üblichen Einsatzhärtung müssen die Werkstücke lange Zeit auf Temperaturen von etwa 800 bis 900 o gehalten und nach Regenerieren des Kernes (kurzes Glühen bei 900 bis 920 o mit anschliessender Luftabküh lung) zur Erzielung maximaler Härte und Verschleissfestigkeit in der Randschicht von 750 bis 800 o C schroff abgeschreckt werden. Beim Abschrecken besteht naturgemäss die Gefahr der Entstehung von Härterissen, um- somehr, je komplizierter die Stücke sind. Daneben erleiden die Werkstücke mehr oder weniger starke Verziehungen, die ein Nach schleifen erforderlich machen, was bei der schwierigen Bearbeitbarkeit der martensiti- sehen Oberfläche mit grossen Kosten ver bunden ist.
Die Nitrierhärtung erfordert zwar kein Abschrecken der Werkstücke, die gehärteten Oberflächen sind jedoch spröde, so dass ein Nitrieren für Gegenstände, die Stössen und schlagenden Beanspruchungen ausgesetzt sind, nicht in Frage kommen kann.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, für Gegenstände, bei denen es auf hobe Verschleiss festigkeit ankommt, eutektoide Stähle zu ver wenden, welche bei einem Mn-Gehalt von 0,6 bis 0,8 % rein lamellar - perlitisches Gefüge besitzen. Derartige Gegenstände besitzen bei der durch die Zusammensetzung .bedingten Festigkeit gute Zähigkeit. In manchen Fällen ist jedoch eine höhere Zähigkeit erwünscht, die mit der Natur dieses verschleissfesten Stahles nicht zu vereinen ist.
Gegenstand der Erfindung ist ein Ver fahren zur Herstellung von Gegenständen, deren Oberfläche verschleissfest ist, und deren gern sich durch hohe Zähigkeit auszeichnet. Man geht dabei von einem Werkstück aus weichem Stahl aus, der mindestens einen Doppelkarbidbildner in einer Höhe von min destens 0,6 % enthält; und führt in dieses auf dem Wege der Einsatzhärtung so lange Kohlenstoff ein, bis sich an der Oberfläche eutektoide Zusammensetzung eingestellt hat. Hierauf wird das Stück zwecks Regenerierung des Kernes normalisiert, das heisst kurze Zeit dicht über dem obern Haltepunkt des Aus gangsmaterials geglüht und dann so abge kühlt, dass lamellar-perlitisches Gefüge ent steht.
Der Ausgangswerkstoff kann weicher Stahl mit einem Mangangehalt von 0,6 bis 0,8 % sein, der zur Ausbildung des lamellar- perlitischen Gefüges an ruhiger Luft abge kühlt wird.
Man kann aber auch einen schwach mit Chrom, Wolfram, Molybdän oder Vanadin legierten Stahl verwenden, der 0,5 bis 0,7 % Mn enthält und dessen Gehalt an sonstigen Doppelkarbidbildnern -bis zu 0,
5 % ausmacht. Es hat sich ferner als zweckmässig erwiesen, den Siliziumgehalt höher als 0,30 0% zu halten, so dass er 0,35 bis 0,80 % beträgt.. Die Eigenschaften des Werkstoffes können weiter verbessert werden, wenn man ihm Nickel bis zu 3 % oder Kupfer bis zu 1,5 % hinzulegiert.
Man wird also die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials so abstimmen, dass sich beim Zementieren ein Eutektoid ergibt, dessen Zementit bei lamellarer Ausbildung die für den hohen Verschleisswiderstand massgebende Zusammensetzung besitzt. Versuche haben ergeben, dass der Verschleisswiderstand der gemäss der Erfindung hergestellten abnutzungs beständigen Oberflächen mindestens ebenso hoch ist, wie der eines in Wasser abge schreckten verschleissfesten Stahles mit 160 kg/mm2 Festigkeit.
Nach dem den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahren lassen sich Werkstücke herstellen, bei denen es darauf ankommt, eine verschleissfeste Oberfläche zu schaffen, während in dem Kern des Werkstückes eine hohe Zähigkeit erhalten bleibt. Das Verfahren lässt sich daher mit besonderem Vorteil ver wenden bei Zahnrädern, hochbeanspruchten Maschinenteilen, wie Spindeln, Zapfen, Lauf flächen, Laufrädern für Winden und Krane, Teilen für den Automobil-, Motor- und Fahr radbau usw.
Die gemäss der Erfindung hergestellten Werkstücke mit verschleissfester Oberfläche haben gegenüber den bisherigen einsatzge härteten Gegenständen erhebliche Vorteile. Sie sind einmal wesentlich einfacher herzu stellen, weil sich das zur Erzielung verschleiss fester Oberflächen bisher für notwendig ei- achtete Abschrecken erübrigt, zu andern sind sie auch, eben weil nicht gehärtet und damit mit Härterissen nicht gerechnet zu werden braucht, im Betrieb erheblich sicherer. Über dies treten keine Verziehungen auf. Die Oberfläche ist nicht spröde und lässt sich gut bearbeiten. Die Werkstücke sind gegen Stoss- und Schlagbeanspruchung in hohem Masse sicher.
Ein besonderer Vorteil des-Verfahrens ist weiter darin zu erblicken, dass bei im Ver gleich zu den üblichen Einsatzstählen höheren Gehalten an Mangan beziehungsweise doppel- karbidbildenden Elementen die Kohlungsge- schwindigkeit erhöht werden kann. Infolge dessen kommt man dann mit geringerer Zementationsdauer aus als bei der normalen Einsatzhärtung. Ein hoher Gehalt an doppel- karbidbildenden Elementen begünstigt ausser dem die Entstehung eines für die Güte der zementierten Gegenstände wesentlichen all mählichen Überganges von den hohen Kohlen stoffgehalten des Randes zu den niedrigeren des Kerns.
Process for animal production of objects whose surface is wear-resistant and whose core is tough. For the manufacture of steel objects with a hard, wear-resistant surface and a tough core, the known processes of case hardening and nitriding have been used.
With the usual case hardening, the workpieces have to be kept at temperatures of around 800 to 900 o for a long time and after regeneration of the core (brief annealing at 900 to 920 o with subsequent air cooling) to achieve maximum hardness and wear resistance in the surface layer of 750 to 800 o C be abruptly deterred. When quenching, there is naturally the risk of hardening cracks occurring, the more complicated the pieces are. In addition, the workpieces suffer more or less severe distortions which make regrinding necessary, which is associated with high costs given the difficult machinability of the martensitic surface.
Nitriding does not require quenching of the workpieces, but the hardened surfaces are brittle, so that nitriding is out of the question for objects that are exposed to knocks and impacts.
It has already been proposed to use eutectoid steels with a Mn content of 0.6 to 0.8% purely lamellar - pearlitic structure for objects where high wear resistance is important. Such objects have good toughness with the strength due to the composition. In some cases, however, a higher toughness is desired, which cannot be combined with the nature of this wear-resistant steel.
The invention relates to a process for the production of objects whose surface is wear-resistant and whose like is characterized by high toughness. This is based on a workpiece made of soft steel which contains at least one double carbide former at a level of at least 0.6%; and introduces carbon into it by way of case hardening until a eutectoid composition has established itself on the surface. The piece is then normalized for the purpose of regenerating the core, i.e. it is annealed for a short time just above the upper stopping point of the starting material and then cooled so that a lamellar-pearlitic structure is created.
The starting material can be soft steel with a manganese content of 0.6 to 0.8%, which is cooled in calm air to form the lamellar-pearlitic structure.
But you can also use a steel slightly alloyed with chromium, tungsten, molybdenum or vanadium, which contains 0.5 to 0.7% Mn and its content of other double carbide formers - up to 0,
5%. It has also proven to be expedient to keep the silicon content higher than 0.30%, so that it is 0.35 to 0.80%. The properties of the material can be further improved by adding up to 3% nickel to it % or copper up to 1.5% added.
The composition of the starting material will therefore be coordinated in such a way that cementing results in a eutectoid whose cementite, with a lamellar formation, has the composition that is decisive for the high wear resistance. Tests have shown that the wear resistance of the wear-resistant surfaces produced according to the invention is at least as high as that of a wear-resistant steel with 160 kg / mm2 strength that has been quenched in water.
According to the method forming the subject of the invention, workpieces can be produced in which it is important to create a wear-resistant surface while maintaining a high level of toughness in the core of the workpiece. The method can therefore be used with particular advantage for gears, highly stressed machine parts such as spindles, pins, running surfaces, running wheels for winches and cranes, parts for automobile, motor and bicycle construction, etc.
The workpieces produced according to the invention with a wear-resistant surface have significant advantages over the previous einsatzge hardened objects. On the one hand, they are much easier to manufacture because the quenching previously necessary to achieve wear-resistant surfaces is unnecessary; on the other hand, they are also considerably safer in operation, precisely because they are not hardened and therefore hardening cracks need not be expected. No distortions occur over this. The surface is not brittle and can be easily processed. The workpieces are highly secure against shock and impact stress.
Another particular advantage of the process is that the carburization rate can be increased with higher contents of manganese or double carbide-forming elements compared to the usual case-hardening steels. As a result, you get by with less cementation time than with normal case hardening. A high content of double carbide-forming elements also favors the creation of a gradual transition from the high carbon contents of the edge to the lower ones of the core, which is essential for the quality of the cemented objects.