DE2232932A1

DE2232932A1 - WEAR RESISTANT AND HEAT RESISTANT WORKPIECE MADE OF STEEL WITH HARDENED SURFACE FOR USE AS A MACHINE PART

Info

Publication number: DE2232932A1
Application number: DE2232932A
Authority: DE
Inventors: Karl Hehl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-07-05
Filing date: 1972-07-05
Publication date: 1974-01-24
Also published as: CA1019658A; FR2190926B1; IT989470B; CH598356A5; NL7309259A; ATA589373A; JPS4958849A; FR2190926A1; US3884730A; GB1441032A

Description

Verschleiß- und warmfestes Werkstück aus Stahl mit gehärteter Oberfläche zur Verwendung als MaschinenteilWear-resistant and heat-resistant workpiece made of steel with a hardened surface for use as a machine part

Die Erfindung bezieht sich auf ein verschleiß- und warmfestes Werkstück aus Stahl mit gehärteter Oberfläche und hoher Druckfestigkeit infolge hoher Festigkeit im Kern zur Verwendung als Maschinenteil, das dem Einfluß von heißen, abrasiven und korrodierenden Massen wie mineralischen Massen zum Beispiel in Maschinen zur Fertigung von Sinterpreßteilen oder in Maschinen zur Verarbeitung von Kunststoffen mit hohen mineralischen 3?üllstoffanteilen ausgesetzt ist.The invention relates to a wear-resistant and heat-resistant workpiece made of steel with a hardened surface and high compressive strength due to the high strength in the core for use as a machine part, the influence of hot, abrasive and corrosive Masses such as mineral masses, for example, in machines for the production of sintered pressed parts or in machines for processing plastics with high mineral content.

Maschinenteile dieser Art sind vielfach auch starken mechanischen Beanspruchungen durch Schlag, Stoß oder Torsion ausgesetzt. Solchen Beanspruchungen wären durchgehärtete Werkstücke mangels Zäh igkeit im Kern in aller Regel nicht gewachsen.Machine parts of this type are often exposed to severe mechanical stresses due to impact, impact or torsion. Through hardened workpieces would generally not be able to cope with such stresses due to a lack of toughness in the core.

Maschinenteile der i'n Betracht gezogenen Art sind daher in aller Regel oberflächengehärtet. Ihre Schlag-, Stoß- und Torsionsfestigkeit resultiert aus dem nicht gehärteten zähen Kern.Machine parts of the kind under consideration are therefore in all Usually surface hardened. Its impact, shock and torsion resistance results from the non-hardened tough core.

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In der industriellen Praxis wird der Stahl für das gewünschte Maschinenteil im Hinblick auf das beabsichtigte Härtungsverfahren ausgewählt, das seinerseits von den zu erwartenden Beanspruchungen des Maschinenteiles abhängig ist. So wird zum Beispiel die Innenwandung der Plastifizierungszylinder von Spritzgußmaschinen in aller Regel durch Nitrierung gehärtet. Für diese Nitrierung kommen als Werkstoffe in erster Linie chromhaltige Vergütungsstähle in Betracht, die Aluminium zur verstärkten Bildung von Sondernitriden enthalten. Aber auch andere legierte Baustähle, Schnellarbeitsstähle und hochlegierte Werkzeugstähle üblicher Zusammensetzung finden Verwendung.In industrial practice, the steel for the desired machine part is chosen with regard to the intended hardening process selected, which in turn depends on the expected stresses on the machine part. So becomes the For example, the inner wall of the plasticizing cylinder of injection molding machines is usually hardened by nitriding. For this nitriding, chromium-containing quenched and tempered steels are primarily considered as materials, the aluminum for contain increased formation of special nitrides. But also other alloyed structural steels, high-speed steels and high-alloyed steels Tool steels of the usual composition are used.

Eine Gasnitrierung hat jedoch den Nachteil, daß nur vergleichsweise niedrige Einhärtetiefen erreicht werden. Außerdem ist das Verfahren außerordentlich zeitaufwendig. So wird zum Beispiel bei einer Nitriertemperatur von 50O⁰G bei einer Nitrierdauer von 90 Stunden nur eine Eindringtiefe von 0,7 mm und bei einer Nitrierdauer von ca. 25 Stunden eine Eindringfciefe von ca. 0,25 mm erreicht. Abgesehen davon, daß durch die lange Zeitdauer die Wirtschaftlichkeit beeinträchtigt wird, vermögen die relativ geringen Härtetiefen bei Maschinenteilen nur eine vergleichs-However, gas nitriding has the disadvantage that only comparatively low hardening depths are achieved. In addition, the process is extremely time consuming. For example, at a nitriding temperature of 50O ⁰ G at a nitriding time of 90 hours, only a penetration depth of 0.7 mm is achieved and a Eindringfciefe at a nitriding time of about 25 hours from about 0.25 mm. Apart from the fact that the long period of time has a negative effect on economic efficiency, the relatively low hardening depths in machine parts are only a comparative

* weise geringe Standzeit zu gewährleisten, wenn die Verschleißbeanspruchung entsprechend hoch ist. Dies gilt₍auf Grund der ■geringen Zähigkeit der nitrierten Randzonen, insbesondere bei zusätzlicher Biege- oder Schlagbeanspruchung. Bei einer solchen Beanspruchung kann die gehärtete Randzone einbrechen, was zur Folge hat, daß im Einbruchsbereich eine starke Erosion einsetzt.* to ensure a short service life if the wear and tear is correspondingly high. This applies ₍ due to the ■ low toughness of the nitrided edge zones, especially in the case of additional bending or impact stress. With such stress, the hardened edge zone can collapse, with the result that severe erosion begins in the collapse area.

Ähnlich verhält es sich bei badnitrierten Maschinenteilen, die ebenfalls keine ausreichende Festigkeit aufweisen, wenn sie zum Beispiel zusätzlich einer hohen Flächenpressung ausgesetzt sind. Zwar ist die Behandlungsdauer wesentlich kürzer, die Vergütung reicht Jedoch auch bei badnitrierten Maschinenteilen, zum BeispielThe situation is similar with bath-nitrided machine parts, which also do not have sufficient strength if, for example, they are additionally exposed to high surface pressure. Although the duration of treatment is significantly shorter, the remuneration is also sufficient for machine parts that have been nitrided with bath, for example

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"bei Plastifizierungszylindern oder Förderschnecken von Spritzgußmaschinen vielfach nicht aus, wenn mit diesen Spritzgußmaschinen Kunststoffe verarbeitet werden, die mit mineralischen Füllstoffen versetzt sind. Die Erfahrungen haben gezeigt, daß in diesen Fällen die Lebensdauer bzw. Standzeit auch dann noch unbefriedigend ist, wenn Schnellarbeitsstähle oder hochlegierte Werkzeugstähle als Werkstoff für das Maschinenteil verwendet werden. Versuche haben gezeigt, daß auch bei wesentlicher Erhöhung der Eindringtiefe durch Verlängerung der Behandlungsdauer bei der Nitrierung keine grundsätzliche Abhilfe geschaffen werden kann."for plasticizing cylinders or screw conveyors of injection molding machines often not enough when using these injection molding machines Plastics are processed that are mixed with mineral fillers. Experience has shown that in these cases the service life or service life is still unsatisfactory when high-speed or high-alloy steels Tool steels are used as the material for the machine part. Tests have shown that even with a substantial increase the depth of penetration by extending the duration of the treatment no fundamental remedy can be found in the case of nitration.

Im Hinblick auf die oben aufgezeigten Nachteile des Nitrieren^ werden Werkstücke der eingangs genannten Art vielfach auch durch Abschreckung gehärtet. Die erforderliche Erwärmung auf den Umwandlungspunkt Ac, erfolgt in diesem Falle durch Induktion oder durch Beflammung. Das Induktionshärten mit Mittelfrequenz (o,5 bis 20 kHz) wird für Eindringtiefen über 1 mm und das Induktionshärten mit Hochfrequenz (40 bis 6000 kHz) für Einhärtetiefen unter 0,5 mm angewendet. So sind zum Beispiel in der industriellen Praxis bereits Förderschnecken von Spritzgußmaschinen wegen ihrer von der Zylinderform abweichenden Gestaltung durch Mittelfrequenzumwandlung induktiv gehärtet worden. Doch auch hier zeigen sich enorme Verschleißerscheinungen, wenn über längere Zeiträume hinweg von solchen Förderschnecken Kunststoffmassen mit mineralischen Zusätzen oder mit Glasfasern verarbeitet werden. Die mangelnde Standfestigkeit liegt darin begründet, daß nach dem derzeitigen Fachwissen die zum Flamm- und Induktionshärten geeigneten Stähle ausnahmslos niederlegierte Walz- und Schmiedestähle sind, mit denen die erforderliche Verschleißfestigkeit nicht zu erreichen ist. Bei den zum Induktionshärten verwendeten Stählen handelt es sich also um solche, deren Kohlenstoffgehalt unter 0,6 und deren Gehalt an karbid- und sonderkarbidbildenden Legierungsanteilen unter 2,5$ liegt (vgl. hierzu zum Beispiel Tabelle N 15-2 in "Ver-. ein Deutscher Eisenhüttenindustrie" Werkstoff-Handbuch"Stahl und Eisen«, 4. Auflage 1965).In view of the above-mentioned disadvantages of nitriding ^ Workpieces of the type mentioned are often hardened by quenching. The required warming to the point of transition Ac, takes place in this case by induction or by Flaming. Induction hardening with medium frequency (0.5 to 20 kHz) is used for penetration depths over 1 mm and induction hardening with high frequency (40 to 6000 kHz) used for hardening depths below 0.5 mm. So are for example in industrial practice already screw conveyors of injection molding machines because of their design deviating from the cylindrical shape through medium frequency conversion inductively hardened. But here, too, there are enormous signs of wear and tear, if over longer periods of time of such screw conveyors plastic masses with mineral Additives or processed with glass fibers. The lack of stability is due to the fact that according to the current Expertise the steels suitable for flame hardening and induction hardening are all low-alloy rolled and forged steels with which the required wear resistance cannot be achieved. The steels used for induction hardening are In other words, those whose carbon content is below 0.6 and their content of carbide and special carbide-forming alloy components below 2.5 $ (see, for example, Table N 15-2 in "Ver. a German iron and steel industry "material manual" steel and Eisen ", 4th edition 1965).

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Für. die Induktionshärtung kommen im allgemeinen keine mittel- und hochlegierten Stähle zur Anwendung; denn der Anwendung der Induktionserwärmung zum Härten von höherlegierten Stählen sind mehrere Grenzen gesetzt: Einmal verringert sich mit steigendem Legierungsgehalt die Wärmeleitfähigkeit im unteren und mittleren Temperaturbereich, so daß die Aufheizgeschwindigkeit stark verringert werden müßte, um Erwärmungsrisse zu vermeiden. Darüber hinaus erfordert die für eine hinreichende Austenitisierung notwendige Haltedauer zum Auflösen größerer Karbidmengen längere Zeiten, die auch durch eine erhöhte Austenitisierungstemperatur nicht so weit verringert werden können, daß für die Induktionserwärmung geeignete Erwärmungsbedingungen entstehen. Schließlich sind auch bei der Abschreckung Rißbildungen zu befürchten. Zwar wurden bereits im Jahre 1957 Untersuchungen der Struktur und der mechanischen Eigenschaften von HF-gehärteten Kugellagerstählen durchgeführt. Diese Versuche vermochten Jedoch die einschlägige Technik nicht zu befruchten und vor allem auch nicht die Vorurteile hinsichtlich der Unmöglichkeit der Induktionshärtung hochlegierter Stähle zu beseitigen. Soweit in den nachfolgenden Jahren,z.B. bei Förderschnecken von Spritzgußmaschinen, die Induktionshärtung Anwendung fand, so handelte es sich in allen Fällen um Förderschnecken, die aus niederlegierten WaIz- und Schmiedestählen gefertigt waren.For. induction hardening, there are generally no medium and high-alloy steels for use; because the use of induction heating for hardening high-alloy steels are several limits are set: once decreases with increasing Alloy content the thermal conductivity in the lower and middle temperature range, so that the heating rate is strong would have to be reduced in order to avoid heating cracks. In addition, this is necessary for adequate austenitization The holding time required to dissolve larger amounts of carbide is longer, which is also due to an increased austenitizing temperature cannot be reduced to such an extent that suitable heating conditions are created for induction heating. In the end cracks are also to be feared with the deterrent. It is true that investigations of the structure were carried out as early as 1957 and the mechanical properties of HF-hardened ball bearing steels. However, these attempts succeeded in the relevant one Not to fertilize technology and, above all, not to eliminate the prejudices regarding the impossibility of induction hardening of high-alloy steels. So much for the following Years, e.g. In the case of screw conveyors of injection molding machines that used induction hardening, it was in all cases of screw conveyors made of low-alloy rolled and forged steels.

Es ist bekannt, daß eine hohe Zähigkeit des Kerns bzw. eine hohe Kernfestigkeit stets die Belastbarkeit und damit die Bruchfestigkeit des Bauteils erhöht. Ausgehend von dieser Erkenntnis nimmt daher die Oberflächenvergütung in der industriellen Technik einen breiten Raum ein. In diesem Zusammenhang darf das Tauchhärtverfahren als Mittel zur Verbesserung der Verschleißeigenschaften der Randschicht nicht unerwähnt bleiben. Die Härtung erfolgt dabei nach Erwärmung der Randschicht durch kurzzeitiges Eintauchen in hocherhitzte Metall- oder Salzbäder (nach DIN 17014). Es werden z.B. BaOl _τΙ KCl - Bäder bei 1100⁰C, Gußeisenbäder bei 125O⁰C oder Zinnbronzebäder bei 110O⁰C verwendet. Das in Betracht gezogene Tauchverfahren wird trotz derIt is known that a high toughness of the core or a high core strength always increases the load-bearing capacity and thus the breaking strength of the component. Based on this knowledge, surface finishing therefore occupies a large area in industrial technology. In this context, the immersion hardening process should not go unmentioned as a means of improving the wear properties of the surface layer. The hardening takes place after the surface layer has been heated by brief immersion in highly heated metal or salt baths (according to DIN 17014). There are, for example Baol _τΙ KCl - used in 125O ⁰ C or Zinnbronzebäder at 110o C ⁰ bathrooms at 1100 ⁰ C, Gußeisenbäder. The immersion method under consideration is in spite of the

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einfachen Durchführung kaum und in der industriellen Technik insbesondere nur bei den üblichen Oberflächenhärtestählen angewendet. Es handelt sich dabei um Stähle für Flammen-, Induktionsund Tauchhärtung (s. Stahl-, Eisen- Werkstoffblatt 830 : z.B. Gk 35, C 35, Ck 45, C 45, Cf 56, Cf 7o, 40 Mn 4, 37 MnSi 5, 53 MnSi 4, 34 CrMo 4, 34 CrMo 4, 42 CrMo 4, 50 CrMo 4).simple implementation and hardly used in industrial technology, in particular only with the usual surface hardening steels. These are steels for flame, induction and immersion hardening (see steel, iron material sheet 830: e.g. Gk 35, C 35, Ck 45, C 45, Cf 56, Cf 7o, 40 Mn 4, 37 MnSi 5, 53 MnSi 4, 34 CrMo 4, 34 CrMo 4, 42 CrMo 4, 50 CrMo 4).

Auch verschleißbeständige Stähle im engeren Sinne, die als wesentliche Eigenschaft einen durch chemische Zusammensetzung gefügebedingten hohen Verschleißwiderstand aufweisen, genügen in aller Regel nicht, wenn die in Betracht gezogenen Maschinenteile dem dauernden Einfluß, z.B. von Sinterpreßmassen oder Kunststoffen mit hohem mineralischem Püllstoffanteil ausgesetzt sind. Dies gilt auch besonders für austenitische Stähle. Im Falle der Plastifizierungszylinder für Spritzgußmaschinen ist man daher dazu übergegangen, eine durchgehärtete Büchse aus hochlegiertem Werkzeugstahl in den Zylinder einzusetzen. Diese Maßnahme bietet jedoch große fertigungstechnische Schwierigkeiten. Darüber hinaus ist der Längenabmessung der Büchse aus fertigungstechnischen Gründen eine Grenze gesetzt, und das Einpassen der Büchse in den Plastifizierungszylinder ist mit. einem hohen Arbeitsaufwand verknüpft.Also wear-resistant steels in the narrower sense, which are considered essential Property of high wear resistance due to the chemical composition are sufficient As a rule, not if the machine parts under consideration are subject to permanent influence, e.g. from sintered molding compounds or Exposed to plastics with a high mineral content are. This also applies in particular to austenitic steels. In the case of the plasticizing cylinder for injection molding machines one therefore switched to using a hardened sleeve made of high-alloy tool steel in the cylinder. These However, the measure offers great manufacturing difficulties. In addition, the length dimension of the sleeve is off There is a limit for manufacturing reasons, and the fitting of the bushing into the plasticizing cylinder is included. linked to a high level of work.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkstück der eingangs genannten Gattung unbeschadet einer ausreichenden Druckfestigkeit durch Zähigkeit im Kern mit einer extrem hohen Verschleiß- und Wärmefestigkeit bei einem relativ geringen Fertigungsaufwand zu schaffen.The invention is based on the object of providing a workpiece of the type mentioned at the beginning without prejudice to a sufficient Compressive strength through toughness in the core with an extremely high wear and heat resistance with a relatively low one To create manufacturing effort.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Werkstück aus einem hochlegierten Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von wenigstens 0,35 $> und einem Gesamtgehalt von karbidbildenden und sonderkarbidbildenden Iegierungskomponenten (Cr; W; V; Mo) von über 5$ besteht und seine über eine Einhärttiefe von wenigstens 2 mm gehärtete Oberflächenzone einen Gehalt an Karbiden und Sonderkarbiden aufweist, der sich ergibt, wenn diese Oberfläche über den Umwandlungspunkt Ac₅ erhitzt und danach abgeschreckt worden ist. ' This object is achieved according to the invention in that the workpiece consists of a high-alloy steel with a carbon content of at least $ 0.35 and a total content of carbide-forming and special carbide-forming alloy components (Cr; W; V; Mo) of over 5 $ and its over one Hardening depth of at least 2 mm hardened surface zone has a content of carbides and special carbides, which results when this surface has been _{heated above the transformation point Ac 5} and then quenched. '

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Zweckmäßigerweise weist der Stahl einen Gesamtgehalt an karbid-.. und sonderkarbidbildenden legierungskomponenten (Cr; W; V; Mo) von über 8% auf, wobei der Kohlenstoffgehalt über 1,59^ liegt.The steel expediently has a total content of carbide- .. and special carbide-forming alloy components (Cr; W; V; Mo) of over 8% , the carbon content being over 1.59 ^.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Werkstückes, z.B. des Plastifizierungszylinders oder der Förderschnecke einer Spritzgußmaschine weist der Stahl folgende Zusammensetzung auf'(in #): C 2,20; Si 0,25; Mn 0,30; Cr 12,00; Mo 0,90; V 2,20.In a preferred embodiment of a workpiece such as the plasticizing cylinder or the screw conveyor of a In the injection molding machine, the steel has the following composition (in #): C 2.20; Si 0.25; Mn 0.30; Cr 12.00; Mo 0.90; V 2.20.

Als sehr gut brauchbar hat sich auch ein Stahl mit folgenden Komponenten erwiesen (Angaben in #): C 1,65; Si 0,30; Mn 0,3o; Cr 12,00; Mo 0,60; V 0,10; W 0,50.A steel with the following components has also proven to be very useful (details in #): C 1.65; Si 0.30; Mn 0.3o; Cr 12.00; Mo 0.60; V 0.10; W 0.50.

Das erfindungsgemäßeVerfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die zu härtende Oberflächenzone über eine Tiefe von wenigstens 2 mm mittels Induktion stufenweise über den Umwandlungspunkt Ac^ erwärmt und dann abgeschreckt wird.The method according to the invention is characterized in that the The surface zone to be hardened is heated gradually over a depth of at least 2 mm by means of induction above the transformation point Ac ^ and then is deterred.

Zweckmäßigerweise wird im Vorschubverfahren durch Induktion erwärmt, wobei zwischen den Vorschüben erhitzungsfreie Pausen von wenigstens 10 Sekunden eingeschaltet sind und die Gesamterwärmungsdauer über den Umwandlungspunkt wenigstens 120 Sekunden beträgt.It is advisable to use induction heating in the feed process, heating-free pauses of at least 10 seconds and the total heating time are switched on between the feeds is at least 120 seconds above the transition point.

Die Abschreckung darf nicht so rasch und nicht mit Wasser erfolgen. Sie kann .beim Vorschub der letzten Stufe eingeleitet werden.The deterrent must not be done so quickly and not with water. It can be initiated when the last stage is advanced.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die seit langem in der Fachwelt herrschende Vorstellung ausgeräumt, die induktive Härtung sei auf die in den klassischen Tabellen für Induktions- und Flamm härtung angebenen Stahlsorten beschränkt und allenfalls noch bei einfachen Bauteilen aus legierten Stählen, z.B. Kugellagerstählen oder in Ausnahmefällen bei hochprozentigen Chromstählen anwendbar, komme aber in allgemeiner industrieller Praxis für hochlegierte, hochgekohlte Stähle nicht in Betracht, schon gar nicht bei Werkstücken, deren zu härtende Oberflächen von der zylindrischen Form abweichen, so z.B. bei Förderschnecken von Spritzgußmaschinen. 3 ₀ 9 ₈ 8 A / 0 7 4 2The method according to the invention dispels the idea that has long prevailed in the professional world that inductive hardening is limited to the types of steel specified in the classic tables for induction and flame hardening, and at most for simple components made of alloyed steels, e.g. ball bearing steels or in exceptional cases highly concentrated chromium steels applicable, but come in a general industrial practice for high-alloy, high carbon steels do not into account, certainly not for workpieces whose deviate to be hardened surface of the cylindrical form, eg conveyor screw of injection molding machines. 3 ₀ 9 ₈ 8 A / 0 7 4 2

Ein relativ geringer apparativer Aufwand ergibt sich, wenn alle aufeinanderfolgenden Stufen (Vorschübe) induktiver Erwärmung bei identischer Leistungsdichte erfolgen.A relatively low expenditure on equipment results if all successive stages (feeds) of inductive heating take place with identical power density.

In manchen Fällen ist es jedoch zweckmäßig, in den einzelnen Stufen der induktiven Beeinflussung die von kurzen Pausen unterbrochen sind, eine steigende Leistungsdichte in der Oberfläche des zu härtenden Werkstückes anzuwenden.In some cases, however, it is advisable to interrupt the individual stages of inductive influencing by short pauses are to use an increasing power density in the surface of the workpiece to be hardened.

Nachfolgend werden konkrete Beispiele eines erfindungsgemäßen Werkstückes angegeben :Specific examples of a workpiece according to the invention are given below:

1. Aus einem Werkzeugstahl für Kaltarbeit nachstehender Zusammensetzung wurde in spanabhebender Formgebung eine Förderschnecke für eine Spritzgußmaschine mit maximalem Durchmesser von 22 mm gefertigt: C 2,20; Si 0,25; Mn 0,30; P & S 0,030; Cr 12,00;" Mo 0,90; V 2,20 (Bezeichnung DIN X 220 CrYMo .122).1. Made from a tool steel for cold work with the following composition a screw conveyor for an injection molding machine with a maximum diameter of 22 mm was machined made: C 2.20; Si 0.25; Mn 0.30; P&S 0.030; Cr 12.00; " Mo 0.90; V 2.20 (designation DIN X 220 CrYMo .122).

Die induktive Härtung würde mit Hilfe eines Mittelfrequenzumwandlers vorgenommen. Die Erwärmung erfolgte in drei Stufen über den Umwandlungspunkt auf ca. 125O⁰C. In jeder Stufe wurde die Förderschnecke gegen die stationäre zyiinderische Heizschleife durchgehend verschoben (Vorschubhärtung). Die Leistungsdichte in der Oberfläche war in allen Vorschüben gleich. Zwischen den Vorschüben wurden erhitzungsfreie Pausen von 40 bis 80 Sekunden eingelegt. Den Durchlaufstufen entsprachen Erwärmungsstufen in der etwa 4 bis 5 mm tiefen Erwärmungszone von 500⁰C (nach der ersten Stufe), 80O⁰C (nach der zweiten Stufe) und 1100⁰C (nach der dritten Stufe). Mit dem Vorschub in der dritten Stufe wurde gleichzeitig die Abschreckung mittels Brause eingeleitet. Die Gesamtabschreckungszeit betrug 1 Es wurde eine Einhärttiefe von ca. 4 mm erreicht.The inductive hardening would be done with the help of a medium frequency converter. The heating was carried out in three stages over the transition point at about 125O ⁰ C. In each stage, the screw against the stationary zyiinderische heating loop was moved continuously (progressive hardening). The power density in the surface was the same in all feeds. Heat-free breaks of 40 to 80 seconds were taken between the feeds. The passage levels corresponded heating stages in about 4 to 5 mm deep heating zone of 500 ⁰ C (after the first stage), 80O ⁰ C (after the second stage) and 1100 ⁰ C (after the third step). With the advance in the third stage, the deterrent by means of a shower was initiated at the same time. The total time was 1 deterrence was achieved hardening depth of about 4 mm.

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2. Aus einem Werkzeugstahl für Warm arbeit nachstehender Zusammensetzung wurde in spanabhebender Formgebung ein Plastifizierungszylinder für eine Spritzgußmaschine mit einer Zylinderbohrung von 22 mm gefertigt: C 1,65; Si 0,30; Mn 0,30; P & S 0,030; Cr 12,00; Mo 0,60; V 0,10; W 0,50 (Bezeichnung DIN X 165 CrMoV 12).2. Made from a tool steel for hot work with the following composition a plasticizing cylinder for an injection molding machine with a cylinder bore was machined made of 22 mm: C 1.65; Si 0.30; Mn 0.30; P&S 0.030; Cr 12.00; Mo 0.60; V 0.10; W 0.50 (designation DIN X 165 CrMoV 12).

Die induktive Härtung wurde mittels eines Hochfrequenzgenerators durchgeführt. Die zu härtenden Oberflächenzonen des Plastifizierungszylinders wurden in vier Stufen über den Umwandlungspunkt auf ca. 1'100⁰C erwärmt. Jede Stufe wurde in einem gesonderten Vorschub verwirklicht.The inductive hardening was carried out by means of a high frequency generator. The surface to be hardened zones of the plasticizing were heated in four stages over the transition point at about 1,100 ⁰ C. Each stage was implemented in a separate advance.

In der ersten Stufe wurde in der zu härtenden Oberflächenzone in einer Tiefe von ca. 4 mm eine Erwärmung auf ca. 400⁰C, in der zweiten Stufe auf ca. 600⁰C, in der dritten Stufe auf ca. 110O⁰C erreicht. Die Gesamterwärmungdauer betrug ca. 2,8 min.In the first stage has been reached in the surface to be hardened zone at a depth of about 4 mm, heating to about 400 ⁰ C, in the second stage at about 600 ⁰ C, in the third stage to about 110o C ^0. The total heating time was about 2.8 minutes.

Zwischen den einzelnen Erwärmungsstufen wurden erwärmungsfreie Pausen von ca. 40 Sekunden eingelegt. Die Leistungsdichte einer nachfolgenden Stufe war jeweils höher als die Leistungsdichte der vorhergehenden Stufe. Die Abschreckung wurde mittels Brause beim Vorschub der letzten Stufe eingeleitet. Die Gesamtdauer der Abschreckung betrug ca. 1,5 min.There were warming-free between the individual warming stages There were pauses of approx. 40 seconds. The power density of a subsequent stage was always higher than that Power density of the previous level. The deterrent was initiated by means of a shower at the advance of the last stage. The total duration of the quench was approx. 1.5 minutes.

3. Aus einem Werkzeugstahl für Kaltarbeit nachstehender Zusammensetzung wurde in spanabhebender Formgebung eine Förderschnecke für eine Spritzgußmaschine mit maximalem Durchmesser von 22 mm gefertigt: C 2,20; Si 0,25; Mn 0,30; P & S 0,030; Cr 12,00; Mo 0,90; V 2,20 (Bezeichnung des Werkzeugstahls DIN X 220 CrVMo 122). Die Erwärmung der Randschicht über den Umwandlungspunkt erfolgte wiederum in mehreren Stufen, jedoch durch Eintauchen in erhitzte Salzbäder. In einer ersten Stufe wurde mittels Luft auf 350 bis 40O⁰C erwärmt. Die genannte Temperatur wurde in etwa 1 Stunde erreicht. In einer zweiten Erwärmungsstufe wurde die Temperatur der Randschicht mit Hilfe eines Salzbades auf 650 bis 700⁰C erhöht. Die Erhöhung beanspruchte etwa 10 Minuten. In einer dritten Stufe eigentlichen Tauchhärtens wurde die Temperatur des Werkstückes in der Randzone auf eine Temperatur von ca. 125O⁰C gebracht. Diese dritte Stufe beanspruchte etwa 5 Sekunden.3. A screw conveyor for an injection molding machine with a maximum diameter of 22 mm was manufactured from a tool steel for cold work with the following composition: C 2.20; Si 0.25; Mn 0.30; P&S 0.030; Cr 12.00; Mo 0.90; V 2.20 (designation of the tool steel DIN X 220 CrVMo 122). The surface layer was again heated above the transition point in several stages, but by immersion in heated salt baths. In a first stage, the mixture was heated ^{to 350 to 40O 0 C by means of air.} The stated temperature was reached in about 1 hour. In a second heating step, the temperature of the surface layer was increased by means of a salt bath at 650 to 700 ⁰ C. The elevation took about 10 minutes. In a third stage the actual diving curing temperature of the workpiece was placed in the marginal zone to a temperature of about 125O ⁰ C. This third stage took about 5 seconds.

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Anschließend wurde im Salzbad während etwa 15 Minuten auf 50O⁰G abgeschreckt. Die weitere Abkühlung erfolgte mittels Luft. Als Salze für die Vorwärmbäder wurden Chloride der Alkali- und Erdalkalimetalle bevorzugt. Das Bad der dritte Stufe enthielt zum wesentlichen Teil Bariumchlorid. Die Einhärttiefe belief sich auf etwa 4 mm.Then was quenched in a salt bath for about 15 minutes at 50O ⁰ G. Further cooling was carried out by means of air. Chlorides of the alkali and alkaline earth metals were preferred as salts for the preheating baths. The bath of the third stage contained a substantial part of barium chloride. The hardening depth was about 4 mm.

In ähnlicher Weise,wie oben in den Ausführungsbeispielen 1-3 angegeben,lassen sich Werkstücke, z.B. Plastifizierungszylinder und Förderschnecken auch aus folgenden Werkzeugstählen für Warmarbeit anfertigen:In a similar way to the above in embodiments 1-3 specified, workpieces, e.g. plasticizing cylinders and screw conveyors from the following tool steels for hot work:

a) C 0,40;. Si 1,00; Mn 0,40; P & S 0,025; Cr 5,30; Mo 1,40;a) C 0.40 ;. Si 1.00; Mn 0.40; P&S 0.025; Cr 5.30; Mo 1.40;

V 1,00 (Angaben in #); Stoff-Fr. 1.2344; Bezeichnung DIN X 40 CrMoV 5 1V 1.00 (details in #); Fabric-Fr. 1.2344; Designation DIN X 40 CrMoV 5 1

b) C 0,40; Si 1,00; Mn 0,40; P & S 0,025; Cr 5,20; V 0,15; W 3,50 (Angaben in #); Stoff-Nr. 1.2565; Bezeichnung DIN X 40 CrWV 5 4b) C 0.40; Si 1.00; Mn 0.40; P&S 0.025; Cr 5.20; V 0.15; W 3.50 (information in #); Substance no. 1.2565; Designation DIN X 40 CrWV 5 4

c) C 0,60; Si 0,30; Mn 0,30; P & S 0,025; Cr 4,00; Mo 0,90;c) C 0.60; Si 0.30; Mn 0.30; P&S 0.025; Cr 4.00; Mo 0.90;

V 0,70; W 9,00 (Angaben in #); Stoff-Nr. 1.2622; Bezeichnung DIN X 60 WCrMoV 9 4. V 0.70; W 9.00 (details in #); Substance no. 1.2622; Designation DIN X 60 WCrMoV 9 4.

Schließlich haben sich als brauchbar erwiesen z.B. Werkstähle für Kaltarbeit folgender Zusammensetzung;Finally, work steels for cold work of the following composition have proven to be useful;

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d) C 1,65; Si 0,30; Mn 0,30; P & S 0,030; Cr 12,00; Mo 0,50; Co 1,30 (Angaben in #); Stoff-Nr. 1.2880; Bezeichnung DIN X 165 CrCoMo 12 d) C 1.65; Si 0.30; Mn 0.30; P&S 0.030; Cr 12.00; Mo 0.50; Co 1.30 (numbers in #); Substance no. 1.2880; Designation DIN X 165 CrCoMo 12

e) C 2,10; Si 0,25; Mn 0,30; P & S 0,030; Cr 12,00; Mo 0,40;e) C 2.10; Si 0.25; Mn 0.30; P&S 0.030; Cr 12.00; Mo 0.40;

W 0,70; Co 1,00 (Angaben in #); Stoff-Nr. 1.2884; Bezeichnung DIN X 210 CrCoW 12W 0.70; Co 1.00 (details in #); Substance no. 1.2884; description DIN X 210 CrCoW 12

Bei den durchgeführten Versuchen traten in einzelnen 7Z1"· -λ zⁿ~ ringfügige Verbiegungen insbesondere dann auf, wenn die Erwärmung auf den Umwandlungspunkt zu rasch erfolgte. Es hat sich jedoch gezeigt, daß in allen Fällen ein nachträgliche Ausrichtung der Werkstücke möglich ist. Im übrigen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Werkstücke nach Fertigstellung auf 55O⁰C anzulassen. Die Werkstücke zeighnen sich durch einen extrem hohen Widerstand gegen Erosion aus und sind auch im Temperaturbereich zwischen 100 und 600⁰C ziemlich korrosionsfest.Die Verschleißfestigkeit wurde in Vergleichsversuchen getestet. Die Spritzeinheit einer Spritzgußmaschine mit einem herkömmlichen Plastifizierungszylinder und einer üblichen Förderschnecke wurde in Vergleich gesetzt mit einer Spritzeinheit, deren Spritzzylinder und deren Förderschnecke erfindungsgemäß gefertigt waren. Verarbeitet wurden in beiden Fällen Kunststoffe, denen Glasfaser zugesetzt war.In the tests carried out, slight deformations occurred in individual 7Z1 "· -λ z ⁿ ~, especially when the heating to the transition point was too rapid. However, it has been shown that in all cases subsequent alignment of the workpieces is possible Moreover, it has proved expedient to allow the workpieces after completion of 55O ⁰ C. the workpieces zeighnen by an extremely high resistance to erosion, and are also in the temperature range between 100 and 600 ⁰ C rather korrosionsfest.Die wear resistance was tested in comparative experiments The injection unit of an injection molding machine with a conventional plasticizing cylinder and a conventional screw conveyor was compared with an injection unit whose injection cylinder and screw conveyor were manufactured according to the invention. In both cases, plastics to which glass fiber was added were processed.

Nach 300 und 600 Bestriebsstunden konnte die Erosion durch Gewichtsverlust der Werkstücke festgestellt werden. In allen Fällen war der Gewichtsverlust an dem aus Nitrierstahl gefertigten durch Nitrierung gehärteten Plastifizierungszylinder um das Mehrfache größer als bei dem erfindungsgemäßen Plastifizierungszylinder. Das gleiche konnte an den Förderschnecken festgestellt werden. Die herkömmliche Förderschnecke bestand aus einem legierten Stahl, der nach den klassischen Tabellen für Induktionshärtung geeignet ist (Tabelle 4 in "Die Praxis der induktiven Warmbehandlung", 1961, S. 32).After 300 and 600 hours of operation, the erosion could be determined due to the weight loss of the workpieces. In all cases, the weight loss on the plasticizing cylinder made of nitriding steel hardened by nitriding was several times greater than that of the plasticizing cylinder according to the invention. The same could be seen on the screw conveyors. The conventional screw conveyor consisted of an alloyed steel which, according to the classic tables, is suitable for induction hardening (Table 4 in "The practice of inductive heat treatment", 1961, p. 32).

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Nach den vorliegenden Versuchsergebnissen kann die Standzeit bzw. die Lebensdauer von Plastifizierungszylindern und Förderschnecken auf G-rund der Erfindung um das Zwei- bis Zehnfache erhöht werden.According to the available test results, the service life or the service life of plasticizing cylinders and screw conveyors can be reduced on the basis of the invention can be increased by two to ten times.

Abschließend ist darauf hinzuweisen, daß für die Erwärmung
über den Umwandlungspunkt grundsätzlich auch Infrarotstrahlen in Betracht kommen.Finally, it should be noted that for warming
In principle, infrared rays can also be considered via the transition point.

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Claims

PatentansprücheClaims

1. Verschleiß- und warmfestes Werkstück aus Stahl mit gehärteter Oberfläche und hoher Bruchfestigkeit infolge hoher Zähigkeit im Kern zur Verwendung als Maschinenteil, das dem Einfluß von heißen, abrasiven und korrodierenden Massen wie mineralischen Massen, z.B. in Maschinen zur Fertigung von Sinterpreßteilen oder in Maschinen zur Verarbeitung von Kunststoffen mit hohem mineralischem Kunststoffanteil ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinenteil aus einem hochlegierten Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von wenigstens 0,35$ und einem Gesamtgehalt von karbid- und sonderkarbidbildenden Legierungskomponenten (Cr, W, V, Mo) von über 5$ besteht und seine über eine Einhärttiefe von wenigstens 2 mm gehärtete Oberflächenzone einen Gehalt an Karbiden und Sonderkarbiden aufweist, der sich ergibt, wenn diese Oberflächenzone über den Umwandlungspunkt Ac, erhitzt und danach abgeschreckt worden ist.1. Wear-resistant and heat-resistant workpiece made of steel with hardened Surface and high breaking strength due to high toughness in the core for use as a machine part, which is the influence of hot, abrasive and corrosive masses such as mineral masses, e.g. in machines for the production of sintered pressed parts or is exposed in machines for processing plastics with a high mineral plastic content, characterized in that that the machine part is made of a high-alloy steel with a carbon content of at least $ 0.35 and a total content of carbide- and special carbide-forming alloy components (Cr, W, V, Mo) of over $ 5 and its surface zone hardened over a hardening depth of at least 2 mm contains carbides and special carbides which results when this surface zone has been heated above the transition point Ac and then quenched is.

2. Werkstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl einen Gesamtgehalt an karbid- und sonderkarbidbildenden legierungskomponenten (Cr, W, V, Mo) von Über 8$ aufweist.2. Workpiece according to claim 1, characterized in that the steel has a total content of carbide and special carbide-forming Alloy components (Cr, W, V, Mo) in excess of $ 8.

3. Werkstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt des Stahls über 1,5$ liegt.3. Workpiece according to claim 1 or 2, characterized in that the carbon content of the steel is over $ 1.5.

4. Werkstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl einen Gehalt an Chrom von über 2,5% und einen Gehalt an Molybdän von über 0,2$ aufweist.4. Workpiece according to one of the preceding claims, characterized in that that the steel has a chromium content of over 2.5% and has a molybdenum content in excess of $ 0.2.

5. Werkstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl folgende legierungskomponenten5. Workpiece according to one of the preceding claims, characterized in that that the steel has the following alloy components

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aufweist (ungefährer Gehalt in #): C 2,20; Si 0,25; Mn 0,30; P & S 0,030; Cr 12,00; Mo 0,90; V 2,20; - Stoff-Nr. 1.2378 = DIN X 220 CrVMo 12 2.has (approximate content in #): C 2.20; Si 0.25; Mn 0.30; P&S 0.030; Cr 12.00; Mo 0.90; V 2.20; - substance no. 1.2378 = DIN X 220 CrVMo 12 2.

6. Werkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß'der Stahl folgende Legierungskomponenten aufweist (Angaben in %): 0 1,65; Si 0,30; Mn 0,30; P & S 0,030; Cr 12,00; Mo 0,60; V 0,10; W 0,50; - Stoff-Nr. 1.2601 = DIN X 165 CrMoY 12. . .6. Workpiece according to one of claims 1 to 4, characterized in that the steel has the following alloy components (data in %) : 0 1.65; Si 0.30; Mn 0.30; P&S 0.030; Cr 12.00; Mo 0.60; V 0.10; W 0.50; - substance no. 1.2601 = DIN X 165 CrMoY 12.. .

7. Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zu härtende Oberfläche in einer Tiefe von wenigstens 2 mm stufenweise über den Umwandlungspunkt Ac, erhitzt und dann abgeschreckt wird«7. A method for producing a workpiece according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the to be hardened Surface gradually over at a depth of at least 2 mm the transition point Ac, is heated and then quenched «

8. Verfahren nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung mittels Induktion durch Wechselströme erfolgt.8. The method according to claim 7> characterized in that the Heating takes place by means of induction by alternating currents.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Erwärmungsstufen, die den Vorschüben entsprechen, Pausen von wenigstens 10 Sekunden eingeschaltet sind.9. The method according to claim 8, characterized in that between the heating levels that correspond to the feeds, pauses of at least 10 seconds are switched on.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9.zur Herstellung von Maschinenteilen, z.B. von Förderschnecken für Spritzgußmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung der zu härtenden Flächen mit Hilfe eines Mittelfrequenzumwandlers erfolgt.10. The method according to any one of claims 8 or 9 for production of machine parts, e.g. of screw conveyors for injection molding machines, characterized in that the heating of the to hardening surfaces with the help of a medium frequency converter.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß alle Stufen der Erwärmung bei identischer Leistungsdichte erfolgen.11. The method according to any one of claims 8 to 10, characterized in that that all stages of heating take place with identical power density.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung in allen Stufen bei steigender Leistungsdichte erfolgt.12. The method according to any one of claims 8 to 10, characterized in that that the heating takes place in all stages with increasing power density.

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13. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung durch Flammeinwirkung erfolgt.13. The method according to claim 7, characterized in that the Heating takes place by exposure to flame.

14. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung durch Eintauchen in hocherhitzte Metall- oder Salzbäder (nach DIN 17014) erfolgt.14. The method according to claim 7, characterized in that the heating by immersion in highly heated metal or salt baths (according to DIN 17014).

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung über den Umwandlungspunkt in drei Stufen erfolgt, wobei mindestens die höheren Stufen bei abnehmenden Erwärmungszeiten mittels Salzbädern verwirklicht werden.15. The method according to claim 14, characterized in that the heating takes place above the transformation point in three stages, where at least the higher levels are realized with decreasing heating times by means of salt baths.

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