DE2239211A1 - Verfahren zur herstellung eines metallgegenstandes mit abnutzungsfester oberflaeche - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines metallgegenstandes mit abnutzungsfester oberflaeche

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DE2239211A1
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Description

PATENTANWALTSBÜRO ThOMSEN - TltDTKE - DÜHLING
TEL (Οβίΐ) 53 0211 TELEX: 8-24 303 topal ^ΟΟΟΛ1 1
6302« ΔάΟνέ I I
PATENTANWÄLTE
München: Frankfurt/M.: Dipl.-Chem.Dr.D.Thomsen Dipl.-Ing. W. Welnkauff Dipl.-Ing. H. Tledtke (Fuchshohl 71)
Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Chem. Dr. U. Eggers
8000 München 2
Kalser-Ludwlg-Platz6 9. August 1972
Nissan Motor Company, Linited
Yokohama City (Japan)
Verfahren zur Herstellung eines Metallgegenstandes mit abnutzungsfester Oberfläche
Die Erfindung bezieht sich auf die Oberflächenbehandlung von Metallgegenständen, insbesondere auf ein Verfahren zur Bildung eines abnutzungsfesten Überzuges auf einem Metallgegenstand.
Gegenwärtig ist eine große Vielfalt an Methoden in Anwendung, durch welche Maschinenteile und bewegliche Teile, welche dem durch Anfressen und Festlaufen verursachten, abreibenden Verschleiß unterliegen, durch Flanmspritzverfahren nit Schichten abnutzungsfester Eigenschaften überzogen werden, welche den unterschiedlichen Arbeitsbereichen angepaßt sind und
9 8 12/0745
londere lurch ΤρΙι-Ιμπ, bt JiiHm Sfhriltlnher
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verschiedene Oberflächenwirkungen erzielen. Zu Materialien, welche für diesen Zweck geeignet sind, zählen zerstäubtes geschmolzenes Metall, selbstgehende Legierungen, keramische Substanzen und bestimmte Arten von Kunststoffen. Wo die abnutzungsfeste Eigenschaft allein eine wichtige Betrachtung ist, verwendet man gewöhnlich das geschmolzene Metall und selbstgehende Legierungen, obgleich letztere bisweisen bevorzugt sind.
Beim Metallspritzverfahren wird zerstäubtes geschmolzenes Metall auf eine vorher präparierte Oberfläche eines Metallwerkstückes aufgesprüht, so daß eine abriebbeständige Schicht flachgelegter und gegenseitig verankerter Partikel erzeugt wird, welche an die Oberfläche des VTerkstückes gebunden sind. Da so der Überzug einfach durch das Sprühen des zerstäubten Metalles, ohne folgende Nachbehandlung gebildet wird, entstehen Poren in Überzug, und darüber hinaus wird der überzug an die Oberfläche des Grundmetalles bloß mechanisch gebunden, also nicht durch Verschmelzung. Die Anwesenheit der Poren im überzug, führt zu einer Herabsetzung der Korrosionsbeständigkeit der Werkstücke, während die mechanische Bindung zwischen dem überzug und dem Grundmetall dazu neigt, eine Ursache dafür zu bilden, daß der überzug vom Grundmetall abgeschält wird.
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Diese Nachteile sind ausgeschaltet, wo die selbstgehenden Legierungen als Material für den abriebfesten überzug verwendet werden. Bei diesem Verfahren werden Partikel einer selbstgehenden Legierung, beispielsweise einer Legierung des Nickels, Chroms, Bors und Siliciuras, auf die Oberfläche eines metallenen Werkstückes aufgesprüht und den so auf dem Werkstück gebildeten überzug unterwirft man der Schmelzbehandlung zum Schmelzen der Legierungspartikel. Die Porosität im überzug wird durch diese Schmelzbehandlung überwunden und außerdem wird der überzug durch Verschmelzen an die Oberfläche des Grundmetalles gebunden. In diesem Falle wird ein Beschichtungsabschnitt zwischen dem Siliciumbestandteil im überzug und den im Grundmetall anwesenden Oxyden gebildet und dieser schwimmt auf der Oberfläche des Überzuges. Dies führt dazu, daß der überzug nicht nur mit dem Grundmetall, sondern in sich selbst dicht verschmolzen ist, so daß die Lücken ausgeschaltet sind, welche gewöhnlich in den überzügen gebildet werden, die sich nach der Sprühmethode bzw. der Spritzmethode bilden.
Der so unter Verwendung der selbstgehenden Legierungen bereitete Metallgegenstand, besitzt brauchbare praktische Anwendungen auf zahlreichen Gebieten der Industrie, wo das Erfordernis der Abriebsbeständigkeits- und Korrosionsfe-Stigkeitsoigenschaften nicht sehr strang ist. Baispielsweise in clor Industrie der Fohrzeugmotorherntellung, sind solche Materialien arfolgrelch zur Bildung von Tailan vorwendet worden,
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welche gleitenden und·reibenden Bewegungen unterworfen werden Bollen. Jedoch besteht in der Motorfahrzeugindustrie eine stetig steigende Nachfrage nach Materialien mit noch verbesserten Abriebs- und Korrosionsbeständigkeiten, um dem Erfordernis der Leistungsgute der Motorfahrzeuge gerecht zu werden, welche stets vielseitiger wird. Es ist sehr wahrscheinlich, daß ein solcher Trend sich künftig fortsetzen wird und die herkömmliche Oberflächenbehandlung unter Verwendung der selbstgehenden Legierung veraltet.
Erfindungsgemäß soll daher ein verbessertes Verfahren zur Bildung eines abnutzungsfesten Überzuges auf einem Metallgegenstand geschaffen werden, um den strengen Antiabrieberfordemissen gerecht zu werden. Ferner soll erfindungsgemäß ein Verfahren geschaffen werden, durch welches ein Metallgegenstand mit einer abmitzungsfesten Schicht überzogen wird, welch letztere durch Verschmelzung an die Oberfläche eines Metallgegenstandes gebunden ist und welche hinsichtlich Abriebbeständigkeitsfähigkeit denjenigen Überzügen überlegen ist, die bisher unter Verwendung der selbstgehenden Legierungen gebildet wurden.
Diese und andere Ziele werden durch ein Verfahren erreicht, welches grundlegend darin besteht, daß man einen überzug einer selbstgehenden Legierung auf die Oberfläche eines Grundmetalles aufbringt, und daß man den sich ergebenden
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überzug der Nitridierung oder.sowohl dem Nitridieren als auch Kohlen unterwirft. Das nach dieser Methode bearbeitbare Grundmetall kann Stahl, Gußeisen, Gußstahl, Kupfer, irgendeine der verschiedenen Legierungen auf Kupferbasis, oder eine bestimmte Art der Nickellegierung wie Monel-Metall" sein. Die selbstgehende Legierung andererseits, kann eine solche auf Basis Nickel-Chrom (Ni-Cr), Kobalt (Co), Wolfram-Monocarbid (WC) / oder Kobalt-Eisen-Chrom (Co-Fe-Cr) sein» Der überzug der selbstgehenden Legierung wird gewöhnlich auf die Oberfläche des Grundmetalles durch Flammspritzen der Legierung aufgebracht„ und der sich ergebende Überzug wird dann durch Anwendung eines Oxygas- oder Oxyacetylen-Schweifibrenners, durch Niederfrequenzoder Hochfrequenz-Induktionsheizung^ oder in einem elektrischen Heizofen, erhitzt und geschmolzene Ansonsten kann eine weitere Schicht der selbstgehenden Legierung auf den überzug mittels Schweißsprühens aufgebracht werden»
Der so auf der Oberfläche des Grundmetalles gebildete überzug wird dann der Nitridierungsbehandlung oder sowohl, dem Nitridleren als auch dem Kohlen in einem atmosphärischen Ofen oder in einem Flüssigkeits-Wärmebahandlungsofen unterworfen. Wo es gewünscht ist, daß der übersug im Flüssigkaits^Wärmebe= handlungsofen oder in einem Salzbad verarbeitet wirdp ist as vorzuziehen, das Werkstück in ein flüssiges Medium wie Kaliumcyanat (KOCM) einzutauchen, welches auf eine Temperatur im Bereich von 500 bis 650 C erhitzt ist.
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Das Bearbeiten eines Metallgegenstandes im Salzbad ist an sich bekannt und ist zu dem Zweck angewandt worden, die Abriebbeständigkeit eines Gegenstandes aus Eisen oder Eisenlegierung zu steigern. Die Verbesserung der Abriebbeständigkeit, welche durch dieses Verfahren erzielt wird, betrachtet man als das Ergebnis eines Mechanismus, welcher nachstehend beschrieben sei. Wenn das Werkstück aus Eisen oder einer Eisenlegierung im Salzbad bearbeitet wird, so zersetzt sich das flüssige Medium im Bad in Stickstoff und Kohlenstoff. Der so erzeugte Stickstoff und Kohlenstoff diffundiert von der Oberfläche des Werkstücks in das Innere, wobei eine obere Schicht einer weißlichen Verbindung einer Tiefe von etwa 10 bis 20 Mikron an der Oberfläche des Werkstückes gebildet wird. Diese Schicht enthält Stickstoff und eine merkliche Menge an Kohlenstoff in Form von Triferro-Mononitrld (Fe3N), Tetraferro-Mononitrid (Fe4N) und Triferro-Carbid (Fe-X). Der Stickstoff, welcher unter dieser besonderen Schicht vorhanden ist, ist übersättigt und in festem Zustand Im Eisenbestandteil aufgelöst und entwickelt demzufolge eine diffundierte untere Schicht, welche in Form von Tetraferro-Nitrid in einer Dicke von 0,3 bis 0,5 mm vorhanden ist. Die so auf dem Werkstück gebildeten oberen und unteren Schichten ergeben eine Steigerung der Abriebfestigkeit des Grundmetalles aus Eisen oder Eisenlegierung.
Im Gegensatz zum herkömmlichen Nitridierungs- bzw.
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Kohlungsverfahren im Salzbad, wobei das Grundmetall als solches bearbeitet wird, zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, daß nicht das Grundmetall, sondern der überzug auf dem Grundmetall zum Nitridieren bzw. sowohl zum Nltridieren als auch zum Kohlen bearbeitet wird. Da so der Nitridierungs- bzw. Kohlungsprozeß sich im wesentlichen in Abwesenheit von Eisen abspielt, was eine wichtige Rolle beim Verfahren spielt, oder in einigen Fällen in Anwesenheit einer vernachlässigbaren Menge an Eisen, welche sich maximal auf etwa 35% beläuft, ist der Mechanismus des oben beschriebenen Verfahrens nicht anwendbar auf das Bearbeiten, welches am überzug der selbstgehenden Legierung ausgeführt wird. Wenn, spezieller, der überzug der selbstgehenden Legierung bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dem Nitridierprozeß im Salzbad oder in einem atmosphärischen Ofen unterworfen wird, so führt dies nicht zu der Bildung der Schicht solcher Verbindungen wie Triferro-Monocarbid, Tetraferro-Mononitrid und Triferro-Mononitrid, wie sie im Falle des Verfahrens des Nitridierens des Eisens oder der Eisenlegierung gebildet werden.
Zur Entwicklung der Erfindung wurden daher Versuche mit der Anstrengung durchgeführt, annehmbare Massen als überzug nitridierter selbstgehender Legierung zu bestimmen, welche eine Härte zeigen, die größer ist als die Härte eines
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Überzuges der ähnlichen Masse, die jedoch nicht dem Nitridierungsprozeß unterlegen hat. Die Versuche haben offenbart, daß eine Steigerung der Größenordnung von 200, ausgedrückt als Diamantpyramidenhärte, erzielt wird, wenn die nitridierte selbstgehende Legierung mindestens 8 Gew.% Chrom enthält.
Im Verlaufe des Nitridierens den Überzuges der selbstgehenden Legierung, wie dies nach der erfindungsgemäßen Methode durchgeführt wird, reagiert so das Chrom in der Legierung mit Stickstoff oder Kohlenstoff an der Oberfläche des Überzuges so, daß Monochrom-Mononitrid (CrN) und Dichrom-Mononitrid (Cr-H) gebildet werden. Diese Reaktionsprodukte fallen aus und verteilen sich in enger Nachbarschaft der Oberfläche des Überzuges der selbstgehenden Legierung mit dem Ergebnis, daß nicht nur Monochrom-Monoborid (CrB), Dichrom-Monocarbid (Cr-C), Monomolybdän-Monoborid (MoB), Trikobalt-Monoborid (Co3B) und Trinickel-Monoborid (Ni3B) welche vor dem Nitridierungsprozeß vorhanden waren, sondern auch Monochrom-Mononitrid und Dichrom-Mononitrid gebildet v/erden.
Diese und andere Materialeigenschaften des nach der Methode erhaltenen Produktes, verglichen mit den Eigenschaften bisheriger Produkte, ergeben sich sichtbar aus den anliegenden Zeichnungen bzw. photographinchon Aufnahmen, in denen die selbstgehende Legierung des Überzuges, welche in den Figuren 1 bis 5 gezeigt ist, auf der Basis von Chrom, Eisen und
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Kobalt ist.
Fig. 1 ist ein. Röntgenstrahlen-Beugungsdlagramm, welches die Existenz des Chromnitrids im Überzug der selbstgehenden Legierung s gebildef nach den erfindungsgemäßen Verfahren, anzeigt;
Fig. 2 ist eine Röntgenstrahlenaufnähme, beobachtet unter Verwendung eines Röntgenstrahlen-Analysiergerätes, welche die Anwesenheit von Chrom-Dikalium (CrK2) im Überzug der selbstgehenden Legierung zeigt;
Fig. 3 ist eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, welche
jedoch nunmehr die Anwesenheit von Stickstoff-Dikalium (NK2) im Überzug zeigt;
Fig. 4 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme, welche die Oberfläche des Überzuges der selbstgehenden Legierung, welche nitridiert werden soll, zeigt;
Fig. 5 ist eine der Fig. 4 ähriiche Ansicht, welche jedoch die Oberfläche des Überzuges der selbstgehenden Legierung zeigt, welche dem Nitridierungsprozeß in einem Salzbad unterworfen worden ist; und die
Fig. 6 bis 8 sind photographische Aufnahmen, welche den Grad des Verschleißes der Schwunghebelarme eines
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Fahrzeugmotors zeigen, wobei (a) jeder der Figuren 6 bis 0 den Schwunghebelarm zeigt, welcher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet wurde, und (b) den Schwunghebelarm der Abnutzungsfestigkeitseigenschaft zeigt, wie er iiblicherwelse verwendet worden ist.
Aus den Figuren 1 bis 3 ist ersichtlich, daß der Chrombestandteil im Überzug der selbstgehenden Legierung, darin in abgesonderter Form verteilt ist, und daß die Verteilung des Stickstoffes höher ist, wo das Chrom in einer höheren Verteilung vorliegt. Die Sichtung der Fig. 4 und 5 offenbart darüber hinaus, daß beim überzug aus selbstgehender Legierung, welcher dem Nitridierungsprozeß unterlegen hat, das Salzbad eine gesteigerte Wirkung zeigt. Wenn das Werkstück mit überzug aus nltridierter selbstgehender Legierung geschmiert wird, so kann das Schmiermittel auf der Oberfläche des Werkstückes festgehalten werden und demzufolge steigern sich die Antireibungseigenschaften der geschmierten Oberfläche des Werkstückes, welches gleitenden Bewegungen unterworfen werden soll. Die gesteigerte Wirkung des Überzuges verbessert ferner die anfängliche Einpassung des Werkstückes bedeutend, wodurch weiter gesteigerte Antireibungseigenschaften des Werkstückes geschaffen werden.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich»
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daß die Abriebfestigkeit des Metallgegenstandes* welcher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet wurde 0 stark gesteigert ist» insbesondere an der Oberfläche und in der Nachbarschaft der Oberfläche des Metallgegenstandes. Es ist daher für die Ausnutzung einer solchen gesteigerten Abriebfe.stigkeit vorzuziehen» daß der Metallgegenstand mit überzug aus selbstgehender Legierung dem Nitridierungsprozeft unterworfen wird, nachdem das Werkstück auf seine fertige 'Gestalt bearbeitet worden ist.
Die selbstgehende Legierung 0 welche beim erfindungsgemäßen Verfahren anwendbar ist? sollte unter denjenigen ausgewählt werden, welche nicht auf Eisenbasis sind und sie sollten vorzugsweise mindestens 8% Chrom als Bestandteil enthalten. Die Versuche haben offenbart? daß die obere Grense der Menge an Chrombestandteil etwa 35% betragen sollte und daß Silicium in gewissem Anteil enthalten sein sollte„ Bevorzugte Beispiele solcher selbstgehender Legierungen sinddie folgenden?
(a) Ni-Cr-Dasis, mit einem Gehalt an 17% Chrom,, 4,4% Silicium und 4,0% Eisen.
(b) Co-Fe-Cr-Basis, mit einem Gehalt an 27% Chrom und 1,8% Silicium.
(c) Co-Basis, mit einem Gehalt an 20% Chrom und 4,0% Silicium.
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(d) WC-Basis, mit einem Gehalt an 11% Chrom und 2,51 Silicium.
Die Erfindung sei durch die folgenden AusfUhrungs-
beispiele und Tests näher erläutert.
Beispiele
Vier identische Schwunghebelarme aus Stahl für eine Verbrennungskraftmaschine, werden hergestellt und tiberzogen, indem man feine geschmolzene Partikel selbstgehender Legierungen verschiedener Zusammensetzungen aufsprüht. Die Zusammensetzungen der selbstgehenden Legierungen sind die folgenden:
Ni-Cr-Basis (Probe A) mit einem Gehalt an 70% Ni, .17% Cr, 3,5% B, 4,4% Sl, 0,6% C, 2,0% Mo, 4,0% Fe und anderen Elementen.
Co-Fe-Cr-Basis (Probe B), mit einem Gehalt an 3,2% Co, 30% Fe, 27% Cr, 3,0% B, 1,8% Si, 3,3% C, 2,0% W, 7,0% Mo und anderen Elementen.
Co-Basis (Probe C), mit einem Gehalt an 40% Co, 26% Ni, 20% Cr, 3,0% B, 4,0% Si, 5,0% Mo und anderen Elementen.
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WC-Basis (Probe D), mit einem Gehalt an 35% WC, 46% Ni, 11% Cr, 2,5% B, 2,5% Si, 2,5% Fe, 0,5% C und anderen Elementen.
Der überzug der selbstgehenden Legierungen.der oben aufgeführten Zusammensetzungen, wird dann bei einer Temperatur von etwa 1050°C der Schmelzbehandlung unterworfen und danach dem Nitridierungsprozeß in einem Bad unterzogen, welches Kaliumcy.anid (KCN) enthält und auf eine Temperatur im Bereich von 520 bis 57O°C erhitzt ist. Zum Vergleich werden andere Schwunghebelarme der bisherigen Art bereitet, welche die überzüge der selbstgehenden Legierungen der oben angegebenen Zusammensetzungen aufweisen, welche jedoch nicht dem Nitridierungsprozeß unterworfen wurden.
Die so hergestellten Schwunghebelarme werden in 4-Zylinder-Verbrennungsmotore des gleichen Typs eingebaut und mit diesen Motoren werden Tests unter wirklichen Fahrbedingungen durchgeführt. Es sei hier bemerkt, daß der Schwunghebelarm des Verbrennungsmotors ein Gegenlagerglied für eine Nocke eines Eingangs- bzw. Ausgangsventils ist und daher während des Arbeitens der Maschine schwerwiegenden Reibungsbewegungen unterliegt. Die Ergebnisse dieser Tests sind nachstehend tabellarisch aufgeführt. Hierbei beziehen sich die Abkürzungen "IN" und "EX" auf die Stellungen der getesteten Schwunghebelarme, welche für die Eingangs- bzw. Ausgangsventile verwendet werden, und die Vorsatzzahlen 1 bis 4 geben die Reihenfolge des Arbeitensder Motorzylinder an, denen die
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besonderen Ventile zugehören· So bezieht sich "HN" auf die Stellung dea Schwunghebelarmes, welcher für das Eingangsventil des ersten MotorZylindersverwendet wird, während "2EX" anzeigt, daß der Schwunghebclärm mit dem Ausgangsventil des zweiten MotorZylinders in Verbindung steht. Die Verschleißbewertungen der Schwunghebelarme sind mit Index versehen, wobei "++" die Bedeutung "ausgezeichnet" hat, "4" die Bedeutung "annehmbar" hat und "-" die Bedeutung"unannehmbar" hat.
Test I
Es werden mit einem Verbrennungsmotor Tests unter Verwendung der Schwunghebelarme der Proben A und B durchgeführt.
Die Maschine wird mit relativ geringer Geschwindigkeit unter Verv/endung eines Schmiermittels mit relativ geringer Viskosität gefahren. Die Testbedingungen sind die folgendem
Arbeitsstunden» 48 Stunden
Maschinenumdrehungsgeschwindigkeit: 1100 U/Min. Schmiermitteltemperatur: 55 bis 65 C
2 Schmiermittel-Arbeitsdruck: 3,5 bis 4,0 kg/cm
Die Ergebnisse der Tests sind in Tabelle I angegeben:
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Tabelle I
Probe A Probe B Erfindung Stand der
Technik
Probe Erfindung Stand der
Technik .
3EX 3IN 4EX 4IN
+ t
Stellung IEX HN
Verechleiß-
bewertung ++ ++
2EX 2IN
t
Die Oberfläche der Probe A, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet wurde, und diejenige der Probe des Standes der Technik, sind in (a) bzw. (b). der Figur 6 veranschaulicht, während die Oberfläche der Probe B, erfindungsgemäß erhalten, und diejenige nach dem Stand der Technik (in (a) bzw. (b) von Fig. 7 gezeigt ist.
Test II
Der Motor Wird unter Verwendung der Schwunghebelarme der Proben C und D zum Testen unterden gleichen Bedingungen gefahren wie beim Test I. Die Ergebnisse der Tests sind in Tabelle II angegeben:
Probe C
Probe Erfindung
Stellung IEX HN
Verschleißbewer- ++ ++
tung
Stand"d. Technik
2EX 2IN
Probe D
Erfindung
3EX 3IN
•f+
Stand d. Technik
4EX 4IN
Teet III
Es werden mit Verbrennungsmotoren Hochgeschwindig-
keitsdauertests gefahren, wobei man die ,Schwunghebelärme der
» Proben A und B unter den folgenden Bedingungen verwendet:
Arbeitsstunden: · 100 Stunden
Maschinenumdrehungsgeschwindigkeit: 5000 U/Min.
Schmiermitteltemperatur: Schmiermittel-Arbeitsdruck:
83 bis 93 C 3,5 bis 4,5 kg/cm'
Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle III zusammengestellt t
Tabelle III
Probe A
Probe Erfindung!Stand der Technik
Probe D
Stand der Technik
Stellung IEX HN
Verschleißbewer
tung ++ ++
4EX
4IN
Die ObetflSchen der Schwunghebelarme der Probe B, welche nach dem erfindungsgemHRen Verfahren bearbeitet wurde, und die Oberflächen nach dem Stand der Technik sind in (a) und (b)
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von Fig. 8 veranschaulicht.
Dia gleichen Tests werden ferner durchgeführt mit den Proben, welche dem Nitridierungsprozeß in einem atmosphärischen Ofen unterworfen wurden, was zu im wesentlichen ähnlichen Ergebnissen führt. Der Nitridierungsprozeß wird unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:
Temperatur 480 bis 65O°C Verfahrensdauer: 5 bis 100 Stunden Art der Atmosphäre: Ammoniakgas
Durch diese Tests wird bestätigt, daß das Erhitzen der Teststücke auf eine Temperatur unterhalb 48O°C zu ungenügender Uitridierung der Teststücke führt, während befriedigende Oberflächenhärte nicht erreicht v/erden kann, wenn die Teststücke auf eine Temperatur oberhalb 650 C erhitzt werden.
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Claims (13)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Metallgegenstandes mit abnutzungsfester Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß man auf eine Oberfläche eines Grundmetalls einen überzug einer selbstgehenden Legierung aufbringt, und daß man diesen Überzug nitridiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den überzug zwecks dessen Schmelzens erhitzt, bevor man den überzug nitridiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man auf den anfangs gebildeten überzug einen weiteren überzug der selbstgehenden Legierung aufbringt, und zwar mittels Schweißsprtihenf und daß man den zweiten überzug, zusammen mit dem anfangs gebildeten überzug, nitridiert.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den nitridierten überzug kohlt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine selbstgehende Legierung verwendet, welche mindestens etwa 8 Gew.% Chrom enthält.
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6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine selbstgehende Legierung verwendet, welche 8 bis 35 Gew.% Chrom enthält.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die selbstgehende Legierung unter denjenigen auf Nickel-Chrom-Basis, Kobalt-Basis, Kobalt-Eisen-Chrom-Basis und Wolfram-Carbid-Basis auswählt, wobei diese Legierungen mindestens 8 Gew.% Chrom enthalten.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man als Grundmetall Stahl, Gußstahl, Gußeisen, Kupfer, eine Kupferlegierung oder eine Nickellegierung verwendet.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man den überzug in einem FlüssigkeitB-Hitzebehandlungsofen nitridiert.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man den überzug in dem Flüssigkeits-Hitzebehandlungsofen auf eine Temperatur im Bereich von 500 bis 65O°C erhitzt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man den überzug in einem atmosphärischen Ofen nitridiert.
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12* Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet! daß man den Überzug im atmosphärischen Ofen auf eine Temperatur im Bereich von 480 bis 65O°C erhitzt.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche t dadurch gekennzeichnet, daß man den überzug auf das drundmetall aufbringt, indem man geschmolzene Partikel der selbstgehenden Legierung auf das Grundmetall aufsprüht bzw. autspritzt.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018024763A1 (de) * 2016-08-05 2018-02-08 Flowserve Flow Control Gmbh EISENBASIERTE LEGIERUNG ZUR HERSTELLUNG THERMISCH AUFGEBRACHTER VERSCHLEIßSCHUTZSCHICHTEN

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH589220A5 (de) * 1973-06-29 1977-06-30 Bbc Brown Boveri & Cie
JPS51113951U (de) * 1975-03-11 1976-09-16
US4136230A (en) * 1976-07-29 1979-01-23 Eutectic Corporation Wear resistant alloy coating containing tungsten carbide
US4120613A (en) * 1977-01-25 1978-10-17 Accumulatorenfabrik Sonnenschein Gmbh Pump for molten lead, particularly injection pump used in the manufacture of storage battery plates
JPS589241B2 (ja) * 1977-06-10 1983-02-19 マツダ株式会社 ロ−タリピストンエンジン
US4568393A (en) * 1984-12-06 1986-02-04 Trw Inc. Carburized high chrome liner
JPS63153259A (ja) * 1986-12-17 1988-06-25 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 鉄または鉄合金材料の表面処理方法
JPH02147890U (de) * 1989-05-19 1990-12-14
DE3925865C1 (de) * 1989-08-04 1991-01-10 Goetze Ag, 5093 Burscheid, De
JPH07119420A (ja) * 1993-10-27 1995-05-09 Fuji Oozx Inc チタン又はチタン合金製エンジンバルブの表面処理方法
NL1003455C2 (nl) * 1996-06-28 1998-01-07 Univ Utrecht Werkwijze voor het behandelen van een in hoofdzaak metalen althans nabij een oppervlak ijzerhoudend voorwerp en dergelijk voorwerp.
RU2109843C1 (ru) * 1996-12-17 1998-04-27 Йелстаун Корпорейшн Н.В. Способ изготовления деталей с упрочненной рабочей поверхностью
US6595763B2 (en) * 2001-12-18 2003-07-22 Carrier Corporation Screw compressor with reduced leak path
US7208052B2 (en) * 2003-12-23 2007-04-24 Rolls-Royce Corporation Method for carburizing steel components
DE102005011438B3 (de) * 2005-03-12 2006-05-18 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Verfahren zur Erzeugung von Verschleißschutzschichten an Kolbenringen sowie mit einer Verschleißschutzschicht versehener Kolbenring
CN110747425B (zh) * 2019-11-14 2022-02-01 武汉科技大学 一种超耐磨耐腐蚀涂层及其制备方法
CN113088968B (zh) * 2021-03-17 2022-12-23 鞍山米得科技有限公司 一种多材质梯度复合高韧性耐磨钢及制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018024763A1 (de) * 2016-08-05 2018-02-08 Flowserve Flow Control Gmbh EISENBASIERTE LEGIERUNG ZUR HERSTELLUNG THERMISCH AUFGEBRACHTER VERSCHLEIßSCHUTZSCHICHTEN

Also Published As

Publication number Publication date
US3827920A (en) 1974-08-06
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JPS5117947B2 (de) 1976-06-05
FR2148543B1 (de) 1976-08-13

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