DE102013107100A1 - Verschleißfestes, zumindest teilweise unbeschichtetes Stahlteil - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein verschleißfestes, zumindest teilweise unbeschichtetes Stahlteil bestehend aus einer härtbaren Stahlgüte, welches durch Warmumformen und/oder Härten aus einem Halbzeug hergestellt worden ist. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten, zumindest teilweise unbeschichteten Bearbeitungs-, Förder- und/oder Brechmittels von Landmaschinen, Fördermaschinen, Bergbaumaschinen oder Baumaschinen aus einem Halbzeug, bei welchem das Halbzeug auf eine Temperatur von mehr als der Ac1-Umwandlungstemperatur erwärmt wird und anschließend warmumgeformt und/oder gehärtet wird. Die Aufgabe, zumindest teilweise unbeschichtete Stahlteile vorzuschlagen, deren Eignung für den Einsatz mit abrasiven Materialien verbessert ist, wird für ein Stahlteil dadurch gelöst, dass das Stahlteil zumindest teilweise einen Oberflächenbereich aufweist, welcher bis zu einer Tiefe von maximal 100 μm, bevorzugt bis zu einer Tiefe von bis zu 40 μm, durch eine Oberflächenhärtung vor dem Warmumformen und/oder Härten gehärtet worden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein verschleißfestes, zumindest teilweise unbeschichtetes Stahlteil bestehend aus einer härtbaren Stahlgüte, welches durch Warmumformen und/oder Härten aus einem Halbzeug hergestellt worden ist. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten, zumindest teilweise unbeschichteten Bearbeitungs-, Förder- und/oder Brechmittels von Landmaschinen, Fördermaschinen, Bergbaumaschinen oder Baumaschinen aus einem Halbzeug, bei welchem das Halbzeug auf eine Temperatur von mehr als der Ac1-Umwandlungstemperatur erwärmt wird und anschließend warmumgeformt und/oder gehärtet wird.
  • Verschleißfeste, zumindest teilweise unbeschichtete Stahlteile, welche hohe Festigkeiten aufweisen müssen und gleichzeitig abrasiven Kräften ausgesetzt sind, werden beispielsweise für die Bereitstellung von Landmaschinen, insbesondere Pflüge aber auch für Schaufeln eines Baggers oder Förderschnecken für abrasive Materialien, wie beispielsweise die Förderschnecke eines Betonmischers, benötigt. Um die notwendigen, hohen Festigkeiten bei den genannten Anwendungen zu realisieren, werden diese vorzugsweise einem Warmumformen unterzogen, bei welchem die Halbzeuge, aus welchen die Stahlteile hergestellt werden, zunächst auf eine Temperatur oberhalb des Ac1-Umwandlungstemperaturpunktes erwärmt werden, so dass durch Warmumformen und anschließendes Härten, d. h. schnelles Abkühlen eine Umwandlungshärtung des Gefüges erfolgt und im Werkstoff martensitisches Gefüge entsteht. Das martensitische Gefüge weist eine deutlich höhere Härte aber auch eine deutlich höhere mechanische Festigkeit, beispielsweise Zugfestigkeit auf. Entsprechende Stahlteile sind beispielsweise aus dem deutschen Patent DE 10 2010 050 499 B3 bekannt. Die deutsche Patentschrift beschreibt ein Herstellverfahren für Baggerschaufeln, Betonmischerförderschnecken, Förderschneckenschaufeln oder anderen Transportschaufeln von Förderanlagen, bei welchem die Bauteile warmumgeformt und pressgehärtet werden.
  • Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die so hergestellten Bauteile insbesondere bei Kontakt mit abrasiven Materialien Probleme in Bezug auf die Verschleißfestigkeit trotz des Härtungsprozesses während der Herstellung besitzen.
  • Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2010 017 354 A1 beschäftigt sich mit dem Problem der Warmumformung von verzinkten Stahlflachprodukten zu hoch- bzw. höchstfesten Stahlbauteilen. Bei Überschreiten der Schmelztemperatur des Metalls der Schutzbeschichtung besteht die Gefahr der so bezeichneten „Flüssigmetallversprödung”, welche aufgrund des Eindringens des schmelzflüssigen Metalls des Überzugs in die bei der Umformung des Stahlflachproduktes entstehenden Kerben oder Risse verursacht wird. Das in das Stahlsubstrat gelangende flüssige Metall lagert sich dort an Korngrenzen ab und reduziert dort die maximal aufnehmbare Zug- bzw. Druckspannung. Als Lösung bietet die Offenlegungsschrift eine Nitrierung der Randschichtbereiche an, so dass feinstrukturierte Randschichtbereiche erzeugt werden.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich dagegen mit dem Problem, dass warmumgeformte und/oder gehärtete Stahlteile in den unbeschichteten Bereichen nicht die gewünschte Verschleißfestigkeit aufweisen und damit nicht optimal für den Einsatz als Fördermittel beispielsweise bei Kontakt mit abrasiven Materialien geeignet sind. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, zumindest teilweise unbeschichtete Stahlteile vorzuschlagen, deren Eignung für den Einsatz mit abrasiven Materialien verbessert ist. Zudem soll ein kostengünstiges Herstellverfahren entsprechender Stahlteile vorgeschlagen werden.
  • Die aufgezeigte Aufgabe wird für ein Stahlteil dadurch gelöst, dass das Stahlteil zumindest teilweise einen Oberflächenbereich aufweist, welcher bis zu einer Tiefe von maximal 100 μm, bevorzugt bis zu einer Tiefe von bis zu 40 μm, durch eine Oberflächenhärtung vor dem Warmumformen und/oder Härten gehärtet worden ist.
  • Es hat sich herausgestellt, dass die Erwärmung der Halbzeuge zur Herstellung der Stahlteile auf eine Temperatur von mehr als der Ac1-Umwandlungstemperatur oder oberhalb der Ac3-Temperatur vor dem Warmumformen und/oder Härten zu einer Entkohlung oberflächennaher Bereiche führt, so dass der Kohlenstoffgehalt dieser Bereiche deutlich geringer ist als der Kohlenstoffgehalt des Grundwerkstoffs. In der Folge kann der oberflächennahe Bereich von bis zum 100 μm Tiefe, insbesondere der Bereich bis 40 μm Tiefe während des Warmumformens und/oder Härtens nicht im geforderten Maße gehärtet werden. Es zeigte sich jedoch, dass eine zumindest teilweise Oberflächenhärtung der unbeschichteten Bereiche des Halbzeugs vor dem Warmumformen und/oder Härten zum Stahlteil dazu führt, dass sowohl der Oberflächenbereich als auch der Grundwerkstoff trotz der Entkohlung der oberflächennahen Bereiche aufgrund der hohen Temperaturen beim Warmumformen bzw. Härten, sehr hohe Härten aufweisen. Als Ergebnis steht ein Stahlteil zur Verfügung, welches zumindest teilweise einen Oberflächenbereich aufweist, der vorzugsweise bis zu einer Tiefe von 100 μm bzw. im Bereich bis 40 μm Tiefe gehärtet ist und damit deutlich verschleißfester als die bisher bekannten, zumindest teilweise unbeschichteten Stahlteile ist.
  • Gemäß einer ersten Ausgestaltung ist der gehärtete Oberflächenbereich des Stahlteils durch eine Aufkohlung oder ein Nitrieren gehärtet. Beide Verfahren bieten die Möglichkeit, oberflächennahe Bereiche des Stahlteils vor der Warmumformung bzw. dem Härten gezielt zu härten. Das Nitrieren hat zudem den Vorteil, dass die Härte während des Warmumformens nicht verringert wird. Bei der Aufkohlung wird der Kohlenstoffgehalt in den Oberflächenbereichen erhöht, nimmt aber durch die Warmumformung erneut ab.
  • Bevorzugt weist gemäß einer weiteren Ausführungsform nach dem Warmumformen und/oder Härten der gehärtete Oberflächenbereich des Stahlteils mindestens die Härte des unter dem Oberflächenbereich liegende Grundwerkstoffs des Stahlteils auf.
  • Vorzugsweise kann die Verschleißfestigkeit des Stahlteils auch dadurch verbessert werden, dass die Härte des Oberflächenbereichs des Stahlteils größer ist als die Härte des Grundwerkstoffs. Es wurde festgestellt, dass insbesondere die Härte der Oberflächenbereiche verantwortlich sind für die Verschleißfestigkeit des Stahlteils bei Kontakt mit stark abrasiven Materialen, so dass auch mit einem etwas weicheren Grundwerkstoff ein sehr verschleißfestes Stahlteil hergestellt werden kann.
  • Hieraus folgt das gemäß einer weiteren Ausführungsform des Stahlteils das Stahlteil für die Verwendung als Bearbeitungs-, Förder- und/oder Brechmittel in Landmaschinen, Fördermaschinen, Bergbaumaschinen oder Baumaschinen ausgebildet ist, wobei zumindest die abrasiven Kräften ausgesetzten Bereiche des Stahlteils oberflächengehärtet sind.
  • Besonders vorteilhaft sind darüber hinaus auch Mangan-Bor-Stähle, Dualphasenstähle oder TRIP-Stähle, bei welchen eine besonders starke Ausprägung der Martensitbildung bzw. der Umwandlung von restaustenitischen Teilen in Martensit eine Steigerung der Härten ermöglicht.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Stahlteils weist der vor der Warmumformung und/oder dem Härten gehärtete Oberflächenbereich des Stahlteils zumindest bereichsweise eine Härte von 400 bis 700 HV auf. Diese Werte werden in der Regel nur von höchstfesten Stahlgüten nach der Warmumformung bzw. dem Härten im Grundwerkstoff erreicht. Die Oberflächenhärtung vor der Warmumformung bzw. dem Härten bietet insbesondere die Möglichkeit, das Ausgangsmaterial für die Erzeugung der Stahlbauteile auf einem Coil bereitzustellen.
  • Gemäß einer weiteren Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten, zumindest teilweise unbeschichteten Stahlteils für Bearbeitungs-, Förder- und/oder Brechmittel von Landmaschinen, Fördermaschinen, Bergbaumaschinen oder Baumaschinen aus einem Halbzeug, bei welchem das Halbzeug zumindest bereichsweise auf eine Temperatur von mehr als der Ac1-Umwandlungstemperatur erwärmt wird und anschließend warmumgeformt und/oder gehärtet wird, gelöst dadurch, dass das Halbzeug vor dem Warmumformen und/oder Härten zumindest teilweise einer Oberflächenhärtung unterzogen wird, bei welcher ein Oberflächenbereich bis zu einer Tiefe von maximal 100 μm gehärtet wird. Bevorzugt wird ein Oberflächenbereich von bis 40 μm Tiefe gehärtet, in welchem üblicherweise die Entkohlungsprozesse während der Warmumformung stattfinden. Die Tiefe des Oberflächenbereichs, welcher gehärtet werden soll, wird durch die Einwirkungsdauer der Härtungsbehandlung gesteuert. Es hat sich vor allem gezeigt, dass trotz der Erwärmung auf eine Temperatur oberhalb des Ac1-Umwandlungstemperaturpunktes die oberlächengehärteten Bereiche des Stahlteils in Bezug auf deren Oberflächenhärte stabil bleiben, so dass nach dem Warmumformen und/oder Härten hohe Oberflächenhärten erzielt werden. Dies führt dazu, dass die in Kontakt mit abrasiven Materialien stehenden Stahlteile für Bearbeitungs-, Förder- und/oder Brechmittel von Landmaschinen, Fördermaschinen, Bergbaumaschinen oder Baumaschinen einen verringerten Verschleiß aufweisen.
  • Die Härtung der Oberflächenbereiche vor der Warmumformung bzw. vor dem Härten ermöglicht es, die Oberflächenhärtung an coilfähige Materialen, also am Stahlband, durchzuführen, so dass eine besonders wirtschaftliche Herstellung von verschleißfesten, zumindest teilweise unbeschichteten Stahlteilen aus Halbzeugen ermöglicht wird. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Härten des Oberflächenbereichs durch Nitrieren oder durch eine Aufkohlung. Beide Verfahren ermöglichen es, eine höhere Härte im Oberflächenbereich zur Verfügung zu stellen, welche nach der Warmumformung und/oder nach dem Härten eine höhere Verschleißfestigkeit der Oberfläche des warmumgeformten bzw. gehärteten Stahlteils ermöglichen.
  • Besonders bevorzugt wird die Oberflächenhärtung gemäß einer weiteren Ausgestaltung durch eine Glühbehandlung in einer Glühatmosphäre mit bis zu 25 Vol.-% H2, 0,1–10 Vol.-% NH3, H2O und Rest N2 sowie unvermeidbare Verunreinigungen bei einer Haltetemperatur von 600°C bis 900°C durchgeführt. Vorzugsweise liegt der Taupunkt der Glühatmosphäre zwischen –50°C und –5°C, so dass der Effekt der Luftfeuchtigkeit auf den Härtungsprozess reduziert wird. Bevorzugt werden darüber hinaus maximal 10 Vol.-% Hz, maximal 5 Vol.-% NH3 zugelassen und der Taupunkt auf eine Taupunkttemperatur von –40°C bis –15°C bei einer Temperatur von 680 bis 840°C eingestellt. Die zuletzt genannten Verfahrensparameter ergaben eine verbesserte und gleichmäßigere Oberflächenhärtung.
  • Die Tiefe der Oberflächenhärtung kann durch die Dauer der Einwirkung der Haltetemperatur eingestellt werden. Bevorzugt wird während der Oberflächenhärtung die Dauer, bei welchem das Halbzeug die Haltetemperatur besitzt, auf 5 s bis 600 s, vorzugsweise auf 30 s bis 120 s eingestellt.
  • Vorzugsweise wird die Oberflächenhärtung in einem Durchlaufofen durchgeführt, so dass beispielsweise auch ein bandförmiges Halbzeug, also ein coilfähiges Halbzeug oberflächengehärtet wird und den weiteren Warmumform- und/oder Presshärtschritten zugeführt werden kann. Denkbar ist aber auch eine Oberflächenhärtung in einem Kammerofen.
  • Wie bereites ausgeführt, zeigen Halbzeuge wie beispielsweise Mangan-Bor-Stähle, Dualphasenstähle sowie TRIP-Stähle einerseits eine besonders hohe Festigkeitssteigerung während der Warmumformung bzw. beim Härten und andererseits die Möglichkeit die oberflächennahen Bereiche durch Nitrieren auf identische Härten von im Bereich 400 bis 700 HV zu bringen. Im Ergebnis können Stahlteile auf kostengünstige Weise hergestellt werden, welche sehr verschleißfest sind und besonders hohe Festigkeiten aufweisen.
  • Im Weiteren soll die Erfindung nun anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in
  • 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines verschleißfesten, zumindest teilweise unbeschichteten Stahlteils,
  • 2 den Schichtaufbau des entsprechend dem Ausführungsbeispiel auf 1 behandelten Halbzeugs bzw. Stahlteils in schematischer Darstellung,
  • 3, 4 Ausführungsbeispiele eines Stahlteils für Landmaschinen und Fördermaschinen und
  • 5 in einem Diagramm den Härteverlauf in Abhängigkeit vom Abstand zur Oberfläche von zwei Ausführungsbeispielen und einem Vergleichsbeispiel.
  • In 1 ist zunächst sehr schematisch ein Ausführungsbeispiel zur Herstellung eines verschleißfesten, zumindest teilweise unbeschichteten Stahlteils in einer schematischen Darstellung gezeigt. Das Halbzeug 1, welches aus einem Stahl, beispielsweise aus einem Mangan-Bor-Stahl, Dualphasenstahl oder TRIP-Stahl besteht, wird zunächst einer Oberflächenhärtung 2 zugeführt. Wird ein bandförmiges Halbzeug von einem Coil 1a abgehaspelt und der Oberflächenhärtung 2 zugeführt, ist es beispielsweise von Vorteil, die Oberflächenhärtung, beispielsweise im Fall eines Nitrierens, in einem Banddurchlaufofen durchzuführen, an dessen Ende beispielsweise das bandförmige Halbzeug 1 mit einer Oberflächenhärtung nunmehr versehen, auf ein (nicht dargestelltes) Coil aufgewickelt werden kann. Das so oberflächengehärtete bandförmige Halbzeug wird abgelängt und einem Warmumformen und/oder Härten 3 zugeführt, so dass durch den Verfahrensschritt 3 ein umgeformtes, zumindest teilweise unbeschichtetes Stahlteil 4 hergestellt werden kann, welches für Bearbeitungs-, Förder- und/oder Brechmittel von Landmaschinen, Fördermaschinen, Bergbaumaschinen oder Baumaschinen geeignet ist. Einerseits zeichnet sich das entsprechend hergestellte Stahlteil 4 durch hohe Festigkeitswerte aufgrund des Warmumform- und/oder Härteschritts aus. Andererseits weist auch der Oberflächenbereich des Stahlteils aufgrund der vor der Warmumformung und/oder vor dem Härten stattfindenden Nitrierung der Oberfläche eine erhöhte Härte auf. Wie bereits zuvor ausgeführt, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Entkohlung der Oberflächenbereiche, welche bis zu einer Tiefe von 100 μm stattfindet, entgegengewirkt werden, in dem der Oberflächenbereich bis 100 μm Tiefe bzw. in einem Bereich bis 40 μm Tiefe oberflächengehärtet wird. Vorzugsweise wird die Oberflächenhärtung durch Nitrieren durchgeführt. Denkbar ist aber auch eine Aufkohlung des Oberflächenbereichs.
  • Bevorzugt wird die Oberflächenhärtung im Verfahrensschritt 2 durch eine Glühbehandlung in einer Glühatmosphäre mit bis zu 25 Vol.-% Hz, 0,1–10 Vol.-% NH3, H2O und Rest N2 sowie unvermeidbare Verunreinigungen bei einer Haltetemperatur von 600°C bis 900°C durchgeführt. Auch eine Reduktion der Wasserstoffkonzentration auf maximal 10 Vol.-% bzw. eine Begrenzung NH3-Konzentration auf maximal 5 Vol.-% führen zu einer weiteren Verbesserung des Nitrierergebnisses.
  • Über die Dauer der Oberflächenhärtung, beispielsweise bei einer Haltetemperatur von 5 s bis 600 s kann die Tiefe der Oberflächenhärtung eingestellt werden. Bevorzugt wird mit einer Haltetemperatur von 30 s bis 120 s die Oberfläche nitriert, wobei die Temperatur nach Möglichkeit 680°C bis 840°C beträgt. Die Durchführung der Oberflächenhärtung vor der Warmumformung bzw. dem Härten hat den Vorteil, dass ein Glühprozess mit einem beispielsweise bandförmigen Halbzeug in einem Banddurchlaufofen oder einer Platine in einem Durchlaufofen deutlich effizienter durchgeführt werden kann, als mit unterschiedlich geformten und unterschiedlichen Geometrien aufweisenden umgeformten Stahlteilen. Die Qualität der Oberflächenhärtung kann durch die Verwendung von bandförmigen bzw. als Platine ausgebildeten Halbzeugen ebenfalls leichter sichergestellt werden.
  • In 2 ist nun schematisch ein Querschnitt des Halbzeugs zu drei verschiedenen Zeitpunkten des Verfahrens dargestellt. Zunächst zeigt das Halbzeug 1 ein entsprechend des Herstellungsprozesses mehr oder weniger homogenes, beispielsweise ferritisches Gefüge 1a, welches durch die Kombination aus Herstellprozess und Stahlzusammensetzung bedingt ist. Durch die Oberflächenhärtung wird der Oberflächenbereich 1b durch Eindiffusion von Stickstoff beim Nitrieren oder Kohlenstoff bei der Aufkohlung gehärtet, wobei sich das Gefüge dort ändert. Die Dicke des Oberflächenbereichs 1b hängt dabei von der Dauer der Glühung ab. Üblicherweise beträgt der Oberflächenbereich bis maximal 100 μm, in welchen die Härte des Halbzeugs geändert wird. Ein bevorzugter Bereich, welcher ein Kompromiss aus ausreichender Oberflächenhärtung und Dauer der Glühbehandlung zum Oberflächenhärten ist, weist eine Dicke von 20 bis 40 μm auf. Die Dauer der Oberflächenhärtung, beispielsweise beim Nitrieren beträgt dann vorzugsweise 30 s bis 120 s. Das unterhalb des Oberflächenbereichs 1b verbliebene Gefüge des Werkstoffs 1a bleibt im Wesentlichen unverändert bei der Glühbehandlung.
  • Bei dem Warmumformschritt wird nun das Gefüge des Grundwerkstoffs 1a zunächst in Austenit und durch das Härten später teilweise in Martensit umgewandelt. Hierdurch werden große Härten sowie hohe mechanische Festigkeiten im Grundwerkstoff 1c erzielt. Der Oberflächenbereich 1b bleibt dabei abgesehen von der Abkohlung dieser Schichten unverändert. Durch Nitrieren, kann dabei der Oberflächenbereich weiterhin gehärtet bleiben. Bei einer gezielten Aufkohlung des Oberflächenbereichs 1b anstelle des Nitrierens kann der Entkohlung entgegengewirkt werden, so dass auch hier eine Steigerung der Härte erreichbar ist. Das umgeformte Stahlteil 4 weist damit einen gehärteten Bereich 1b sowie einen durch das Warmumformen und Härten gehärteten Bereich 1c auf.
  • 3 und 4 zeigen typische Anwendungsgebiete des verschleißfesten, zumindest teilweise unbeschichteten Stahlteils in Form einer Förderschnecke 5 in 3 sowie einer Pflugschar 6 für landwirtschaftliche Pflüge in 4. Beide Bauteile sind typische Vertreter von Bearbeitungs-, Förder- und/oder Brechmitteln, welche in Landmaschinen, Fördermaschinen, Bergbaumaschinen oder Baumaschinen, beispielsweise Betonmischer, eingesetzt werden und stark abrasiven Materialien ausgesetzt sind. Der Einsatz von warmumgeformten und/oder pressgehärteten Stahlteilen war bisher aufgrund deren erhöhten Verschleißanfälligkeit nicht sehr vorteilhaft. Durch die Oberflächenhärtung des beim Warmumformen und/oder Härten entkohlten Bereichs erreichen die Warmumformstähle einen vergrößerten Anwendungsbereich. Tabelle 1
    Messung HV 0,01 Tiefe μm Probe A (1% NH3) Probe B (4% NH3)
    5 460 546
    10 404 490
    15 436 447
    20 333 415
    25 409 394
    30 479 453
    35 453 479
    40 436 485
    45 492 466
  • Tabelle 1 zeigt nun Messungen der Härte von Proben A und B, welche aus einem Stahl der Güte 22MnB5 bestehen. Die Proben A und B wurden einer Oberflächennitrierung in einer Glühatmosphäre mit 1 Vol.-% NH3 bzw. 4 Vol.-% NH3 bei jeweils 760°C und 90 s zugeführt. Die Oberflächennitrierung wurde bei interkritischen Temperaturen (T > Ac1) durchgeführt, da der Austenit mehr Stickstoff lösen kann als der Ferrit.
  • Anschließend wurden die Probenwarm umgeformt und gehärtet. Von den warm umgeformten bzw. gehärteten Stahlteilen wurden Schnitte angefertigt und in einem Abstand von 5 μm von der Oberfläche an die Härte HV 0,01 (DIN EN ISO 6507-1) gemessen. Die Mikrohärtemessung zeigte bei den Proben abhängig von dem Gehalt an NH3 in der Glühatmosphäre bei gleichen Glühparametern, d. h. Haltzeit und Haltetemperatur, eine stärkere Härte bei höherem NH3-Gehalt der Glühatmosphäre.
  • Die Härte der Probe A sinkt zunächst von dem an der Oberfläche gemessenen Wert 460 HV auf einen Wert von 333 HV bei 20 μm Tiefe ab. Danach steigt die Härte wieder auf einen Wert um etwa 492 HV an, was anzeigt, dass hier die Entkohlung des Grundwerkstoffs aufhört. Durch die Oberflächenhärtung wurde insbesondere der oberste Bereich von 5 bis 15 μm deutlich gehärtet. Anhand der Probe B ist erkennbar, dass bei erhöhtem NH3-Gehalt die Oberflächenhärtung deutlicher ausfällt sowohl in der Amplitude als auch in der Tiefe der Härtung. Dies ist darauf zurückzuführen, dass aufgrund der höheren NH3-Konzentration der Glühatmosphäre eine stärkere Diffusion von Stickstoff in die Oberfläche des Stahlteils erfolgte. Die Werte der Probe B beginnen bei 546 in 5 μm Tiefe und sinken bis auf 25 μm Tiefe auf einen Wert von 394 ab. Anschließend steigen die Werte wieder auf etwa 466 in 45 μm Tiefe an. Deutlich erkennbar ist, dass die Oberfläche härter ausgestaltet ist als der Grundwerkstoff bei 45 μm Tiefe.
  • Ein ähnliches Bild zeigen auch die in 5 dargestellten Messungen an zwei weiteren Ausführungsbeispielen im Vergleich mit einem Vergleichsbeispiel. Das Vergleichsbeispiel dargestellt durch eine gepunktete Linie zeigt im Bereich von 5 bis 35 μm eine reduzierte Härte, welche unterhalb von 400 HV 1 (DIN EN ISO 6507-1) liegt. Die Reduzierung der Härte im Vergleich zum Grundwerkstoff, welche zwischen 450 HV 1 und 500 HV 1 liegt, wird durch die Endkohlung während der Warmumformung erklärt. Die beiden Vergleichsbeispiele mit zwei verschiedenen Nitrierungsvarianten wiederum 1%ige NH3-Glühatmosphäre oder auch 4%ige NH3-Glühatmosphäre unterscheiden sich vor allem in diesem oberflächennahen Bereich, da hier Härten von oberhalb 500 gemessen werden konnten. Damit kann für verschleißfeste, zumindest teilweise unbeschichtete Stahlteile nicht nur die besonders hohen Zugfestigkeitswerte und der warmumgeformten und/oder gehärteten Stahlteile bereitgestellt werden, sondern auch eine hohe Verschleißfestigkeit aufgrund hoher Oberflächenhärten im Bereich von beispielsweise 500 bis 700 HV.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN EN ISO 6507-1 [0032]
    • DIN EN ISO 6507-1 [0034]

Claims (12)

  1. Verschleißfestes, zumindest teilweise unbeschichtetes Stahlteil (4) bestehend aus einer härtbaren Stahlgüte, welches durch Warmumformen und/oder Härten aus einem Halbzeug (1) hergestellt worden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlteil (4) zumindest teilweise einen Oberflächenbereich (1b) aufweist, welcher bis zu einer Tiefe von maximal 100 μm durch eine Oberflächenhärtung vor dem Warmumformen und/oder Härten gehärtet worden ist.
  2. Stahlteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gehärtete Oberflächenbereich (1b) des Stahlteils durch eine Aufkohlung oder ein Nitrieren gehärtet ist.
  3. Stahlteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Warmumformen und/oder Presshärten der gehärtete Oberflächenbereich (1b) des Stahlteils mindestens die Härte des unter dem Oberflächenbereich liegende Grundwerkstoff des Stahlteils aufweist.
  4. Stahlteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlteil (4) für die Verwendung als Bearbeitungs-, Förder- und/oder Brechmittel (5, 6) in Landmaschinen, Fördermaschinen, Bergbaumaschinen oder Baumaschinen ausgebildet ist, wobei zumindest die abrasiven Kräften ausgesetzten Bereiche des Stahlteils oberflächengehärtet sind.
  5. Stahlteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlteil (4) aus einem Mangan-Bor-Stahl, einem Dualphasenstahl oder einem TRIP-Stahl besteht.
  6. Stahlteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vor der Warmumformung und/oder dem Härten gehärtete Oberflächenbereich (1b) des Stahlteils zumindest bereichsweise eine Härte von 400 bis 700 HV aufweist.
  7. Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten, zumindest teilweise unbeschichteten Bearbeitungs-, Förder- und/oder Brechmittel von Landmaschinen, Fördermaschinen, Bergbaumaschinen oder Baumaschinen aus einem Halbzeug bestehend aus einer härtbaren Stahlgüte, bei welchem das Halbzeug zumindest bereichsweise auf eine Temperatur von mehr als der Ac1-Umwandlungstemperatur erwärmt wird und anschließend warmumgeformt und/oder gehärtet wird, insbesondere zur Herstellung eines Stahlteils nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug vor dem Warmumformen und/oder Härten zumindest teilweise einer Oberflächenhärtung unterzogen wird, bei welcher ein Oberflächenbereich bis zu einer Tiefe von maximal 100 μm gehärtet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Härten des Oberflächenbereichs durch ein Nitrieren oder durch eine Aufkohlung erfolgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenhärtung durch eine Glühbehandlung in einer Glühatmosphäre mit bis zu 25 Vol.-% Hz, 0,1–10 Vol.-% NH3, H2O und Rest N2 sowie unvermeidbare Verunreinigungen bei einer Haltetemperatur von 600°C bis 900°C erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während der Oberflächenhärtung die Dauer, bei welchem das Halbzeug die Haltetemperatur besitzt, 5 s bis 600 s, vorzugsweise 30 s bis 120 s beträgt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenhärtung in einem Durchlaufofen durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Halbzeug bestehend aus einem Mangan-Bor-Stahl oder einem TRIP-Stahl oberflächengehärtet wird.
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