DD211983A1

DD211983A1 - Verfahren zum schmelzbehandeln, insbesondere von motorkolben mittels elektronenstrahl

Info

Publication number: DD211983A1
Application number: DD82245736A
Authority: DD
Inventors: Goetz Sobisch; Siegfried Panzer
Original assignee: Zentralinstitut Schweiss
Priority date: 1982-12-09
Filing date: 1982-12-09
Publication date: 1984-08-01
Also published as: GB2131458A; GB8331334D0; DE3339906A1; FR2537484A1; FR2537484B1; SE8306760L; JPS59113122A; SE8306760D0

Abstract

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf das oertliche Schmelzbehandeln des Bereiches der Flanken einer nach der Schmelzbehandlung auszustechenden Nut, vorzugsweise einer Ringnut von Kolben fuer Verbrennungsmotore mittels Elektronenstrahl. Ziel ist,bekannte Maengel bei der Herstellung verschleissfester Schichten, vorzugsweise von Kolben von Verbrennungsmotoren, zu vermeiden.Es sind Massnahmen vorzuschlagen, welche im Schmelzbereich eine Porenbildung vermeiden, keine in die ausgearbeitete Nut hineinreichenden Risse entstehen lassen und das Auftreten von Lunkern im Nutflankenbereich weitgehend vermindern. Erfindungsgemaess werden die den Nutflanken zugeordneten Aufschmelzbereiche in wechselweise einander ueberlappenden Abschnitten erzeugt, wobei das sich ueber die Laenge eines Abschnittes erstreckende Schmelzbad jeweils von der Nutflankenebene ausgehend und parallel zu dieser in Richtung zur Nutmitte mit monoton abnehmender Aufschmelztiefe gefuehrt wird.

Description

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Verfahren zum Schmelzbehandeln, insbesondere von Motorkolben mittels Elektronenstrahl Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum örtlichen Schmelzbehandeln des Bereiches der Flanken einer nach der Schmelzbehandlung auszustechenden Nut, vorzugsweise einer Ringnut von Kolben fur Verbrennungsmotoren mittels tiektronenstrahlen im Sprmgstrahlverfahren, gegebenenfalls aucn zur Verbesserung der verschleißbestimmenden Werkstoffeigenschaften, wenn der herzustellende verschleißbeanspruchten Flache Bereiche geringer Beanspruchung unmittelbar benachbart sind oder die beanspruchte Flache durch der Schmelzbehandlung angeschlossene mechanische Bearbeitung aus dem Werkstoff herausgearbeitet wird

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Es ist bekannt, durch ortlich begrenztes Aufschmelzen eines Werkstuckes, ζ B. mit Laser- oder Elektronenstrahlen die verschleißbestimmenden Werkstoffeigenschaften, die Harte, Biegewechselbestandigkeit oder andere Werkstoffeigenschaften bei geeigneten Werkstoffen юкаі zu erhohen Die Schmelzbehandlung erfolgt dabei so, daß die nachträglich auszuarbeitende besonders beanspruchte Flache im aufgeschmolzenen Werkstoffbereich liegt. Der den Eigenschaftsverbesserungen zugrunde liegende Effekt beruht auf der warmeleitungsbedmgten extrem scnnellen Abkühlung des Schmelzbereiches, die zur Ausbildung vom Grundwerkstoff deutlich unterscmedlichen Gefugeformen fuhrt Zur Herstellung verschleißbeanspruchter Nuten, wie z.B. der ersten Ringnut von Verbrennungsmotoren kolben, ist es bekannt, zwei den Nutflanken zugeordnete, über die Nuttiefe reichende Schme!z2onen zu erzeugen Es ist auch bekannt, diese zwei zueinander parallel verlaufenden Schmelzzonen durch periodisch sprungartige Strahlablenkung in feste, den Nutflanken zugeordnete, Ablenkzustande quasi gleichzeitig herzustellen Ein entscheidender Mangel dieser bekannten Verfahren besteht dann, daß es abhangig vom Gehalt und der Art im Werkstoff enthaltener Verunreinigungen zur Porenbildung im Schmelzbereich kommen kann, die Störungen in den Nutflankenflachen zur ^Polge haben können Weiterhin können zwischen den beiden Schmelzzonen infolge auftretender Schrumpfspannungen in die ausgearbeitete Nut hineinreichende Risse entstehen, wenn die notwendige Aufschmelztiefe ein bestimmtes Maß übersteigt. Ein weiterer Mangel, der besonders bei der Schmelzbehandlung von Gußkorpern auftritt besteht darm, daß im Guß vorhandene Lunker Hohlräume im Schmelzbereich hinterlassen, die ebenfalls zu fehlerhaften Nutflachen fuhren können

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung ist ein Verfahren zu schaffen, welches die aufgeführten Mangel bei der Schmelzbehandlung mit Elektronsnestrahiern vermeidet und die Hersteilung von verschleißfesten Flachen, insbesondere Dei Kolben von Verorennungsmotoren, ermöglicht

Das Wesen der Erfindung

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum örtlichen Schmelzbehandeln insbesondere des ersten Rngnutbersiches von Kolben fur Verbrennungsmotor zu entwickeln, wobei dieses so zu gestalten st, daß im Schmelzbereich eine Porenbildung vermieaen wird, keine in die ausgearbeitete Nut hineinreichenden R'sse entstehen können und das Auftreten von Lunkern im Nutflankenbereich weitgehend vermindern wird. Erfinaungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß die den Nutflanken zugeordneten Aufschmelzbereiche in wechselweise einander gegenüberliegenden, m Nutlangsnchtung ausgedehnten und einander überlappenden gleichungen Abschnitten erzeugt werden, wobei das sich uoer die Lange eines Abschnittes erstreckende Schmelzbad jeweils von der Nutflankenebene ausgehend und parallel zu dieser in Richtung zur Nutmitte mit monoton abnehmender Aufschmelztiefe gefuhrt wird

Das wird dadurch erreicht, daß der Elektronenstrahl quer zur Längsrichtung der Nut periodisch sprungartig und wechselweise in die einander gegenüberliegende Nutflankenebenen aogelenkt und von dort aus mit von Null monoton ansteigender Ablenkgeschwindigkeit in Richtung Nutmitte gefuhrt wird und daß dieser Strahlablenkung eine zweidimensional Strahlpendelung mit gegenüber der Frequenz der Spripgfunktion wesentlich höherer Frequenz additiv überlagert wi^d, .wobei die Amplitude der Strahlpendelung in Nutlangsnchtung der Lange der besagten Abschnitte entspricht und groß gegenüber dem Strahldurchmesser ist und die Amplitude der dazu senkrechten Komponente der Stranlpendeiung kleiner als die Komponente in Längsrichtung der Nut ist

Es ,st zweckmäßig, als Pendelungsfigur eine >n Nutlangsnchtung liegende „8" oder eine zur Nutmitte geöffnete Dcppelparabef zu verwenden Es ¹St ferner vorteilhaft, der in Nutlangsrichtung liegenden StrahiablenKung zusatz'ich eine Sagezahnfunktion additiv zu überlagern, so daß der Elektronenstrahl wahrend der Verweildauer 'n einem Abschnitt in Nutiangsnchtung eine relativ zur bewegten Werkstuckoberflache ruhende Osziilationsfigur durchlauft.

Ausfuhriingsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausfuhrungsbeispiel und der dazugehörigen Zeichnung naher erläutert werden, die einen Schnitt durch die Abwicklung eines Oberflachenbereiches eines Verorennungsmotorkolbens zeigt, der im Be^reich der Kolbenringnutflanken schmelzbehandelt wird Im dargestellten Werkstuckausschnitt 1 soll eine durch die punktierte Linie angedeutete Ringnut 2 hergestellt werden. Die Verschleißfestigkeit des Werkstoffs ist im Bereich der beiden Nutflanken 2 a und 2b durch lokales Aufschmelzen mit dem Elektronenstrahl 3 zu erhohen Nach ausgeführter Schmelzbehandlung ist die Nut 2 auszustechen, so daß die Nutflanken 2 a und 2 b im schmelzbehandelten Werkstoff liegen Die Schmelzbehandlung erfolgt derart, daß mit aem Elektronenstrahl 3 den Nutflanken 2a und 2 b zugeordnete Aufschmelzbereiche 4a und 4b erzeugt warden Zu diesem Zweck wird der Elektronenstrahl 3 wechselweise ir einander gegenuberiiegenaen, sich gegenseitig überlappenden gleichlangen Aöscnnitie 5 zur S.nwirkung gebracht. Dabei wird das sich über die Lange des Abschnitts 5 erstreckende Schmelzbad 6jeweiis von den Nutflanken 2 a bzw. 2 bausgehend ip Richtung zur Nutmitte mit monoton abnehmender Aufschmeiztiefe gefuhrt. Der Elektronenstrahl 3 ist iangs und quer zur vorgesehenen Ringnut 2 ablenkbar. Zur Durchführung der Scrmelzbenardiung wird der Elektronenstrahl 3 quer zur Längsrichtung der Ringnut 2 penodiscn sprungartig und wechselweise ir die einander gegenüberliegenden Ebenen der

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Nutflanken 2a und 2b abgelenkt und von dort mit von Null aus monoton ansteigender Geschwindigkeit in Richtung der Pfeile 7 zur Nutmitte gelenkt.

Dieser Ablenkung des Elektronenstrahls 3 ist eine zweidimensional Strahlpendelung mit gegenüber der Frequenz der Sprungfunktion wesentlich höherer Frequenz additiv überlagert. Die Amplitude der durch den Doppelpfeil 8 gekennzeichneten, in Nutlängsrichtung liegenden Komponente der Strahlpendelung ist groß gegenüber dem Durchmesser des Elektronenstrahls 3 und entspricht der Länge der Abschnitte 5, bestimmt also die Längsausdehnung des Schmelzbades 6.

Die durch den Doppelpfeil 9 gekennzeichnete Querkomponente der Strahlpendelung ist kleiner als die Längskomponente und klein gegenüber der Breite der Ringnut 2. Der Ablenkung in Längsrichtung der Ringnut 2 wird additiv eine zusätzlicne Sägefunktion doppelter Frequenz bezogen zur Sprungfunktion und phasentreu überlagert, so daß der Elektronenstrahl 3 während der Verweildauer in einem Abschnitt 5 in Längsrichtung der Nut 2 eine relativ zur in Richtung des Richtungspfeiles bewegten Werkstoffoberfläche ruhende Pendelfigur durchläuft. Damit wird der Elektronenstrahl 3 bei außeracht gelassener Pendelung stets entlang der Pfeile 7 über die Abschnitte 5 führt und springt entlang der gestrichelten Pfeile von einem Abschnitt 5 zu den nächstfolgenden.

Claims

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Erfindungsansprüche

1. Verfahren zum örtlichen Schmelzbehandeln des Bereiches der Flanken einer nach der Schmelzbehandlung auszustechenden Nut, vorzugsweise einer Ringnut von Kolben für Verbrennungsmotoren mittels Elektronenstrahlen im Springstrahiverfahren, gekennzeichnet dadurch, daß die den Nutflanken (2a, 2b) zugeordneten Aufschmeizbereiche (4a, 4b) in wechselweise einander gegenüberliegenden, in Nutlängsrichtung ausgedehnten und einander überlappenden gleichlangen Abschnitten (5) erzeugt werden, wobei das sich über die Länge eines Abschnittes (5) erstreckende Schmelzbad (6) jeweils von der Nutflankenebene ausgedehnt und parallel zu dieser in Richtung zu Nutmitte mit monoton abnehmender Aufschmeiztiefe geführt wird.
2. Verfahren zum örtlichen Schmelzbehandeln nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Pendelungsfigur eine in Nutlängsrichtung liegende „8" oder gegebenenfalls eine zur Nutmitte geöffnete Parabel verwendet wird.
3. Verfahren zum örtlichen Schmelzbehandeln nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß der in Nutlängsrichtung liegenden Strahlablenkung zusätzlich eine Sägezahnfunktion additiv so überlagert wird, daß der Elektronenstrahl (3) während der Verweildauer in einem Abschnitt (5) in Nutlängsrichtung eine relativ zur bewegten Werkstückoberfläche ruhende Oszillationsfigur durchläuft.

Hierzu ein Blatt Zeichnungen