DE69719851T2

DE69719851T2 - Verfahren zum Herstellen von Stahlwerkstücken

Info

Publication number: DE69719851T2
Application number: DE69719851T
Authority: DE
Inventors: Jan-Erik Andersson
Original assignee: Ovako Steel AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 1996-05-21
Filing date: 1997-05-14
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2017-05-15
Also published as: JPH1053811A; EP0808909A1; SE9601912L; EP0808909B1; SE509205C2; SE9601912D0; CN1077141C; JP3557327B2; US5935352A; CN1170764A; DE69719851D1

Description

Zum Herstellen von Bauteilen, die Wechselbelastungen ausgesetzt sind, wird oftmals das Einsatzhärten (Karburierung) eingesetzt. Dies Karburierung verleiht dem Bauteil eine harte, kohlenstoffangereicherte Oberfläche, während man gleichzeitig einen zähen Kern mit wenig Kohlenstoff nach dem Härten und Vergüten erhält. Ein solches Bauteil besitzt eine sehr gute Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß und Ermüdung. Das erhaltene Profil der Härte/Eigensparnung ist schematisch in der beigefügten 1 dargestellt, und die erhaltenen Oberflächeneigenspannungen sind sehr vorteilhaft aus der Sicht der Dauerhaltbarkeit.
Das Verfahren des Einsatzhärtens ist jedoch ein recht teurer und langsamer Vorgang und es sind daher viele Anstrengungen unternommen worden, ein Oberflächenhärten mit Induktionserwärmung zu verwenden. Dabei wird normalerweise ein niedrig legierter Stahl verwendet, der einen höheren Gehalt an Kohlenstoff aufweist, z. B. 0,5 bis 0,6%, und die Oberflächenzone des Bauteils wird schnell erwärmt, woraufhin das Bauteil einem Abschrecken unterzogen wird. Das dann erhaltene Profil der Härte/Eigenspannung ist in der beigefügten 2 schematisch dargestellt. Beispielsweise beschreibt die FR-A-1 441 317 ein Verfahren des Induktionshärtens, bei welchem nur die Oberfläche austenitisiert wird.
Dieses Profil der Härte/Eigenspannung, das man bei einem oberflächeninduktionsgehärteten Bauteil in Verbindung mit den verwendeten niedrig legierten Stählen erhält, ist in vielen Situationen ausreichend, führt jedoch oftmals zu einer be grenzten Kontaktdauerfestigkeit und führt auch zu Problemen unter anderen Alterungsbedingungen. Ein ursächlicher Faktor für die oftmals schlechteren Eigenschaften ist die Reduzierung der Härte, die man in einem Abstand unter der Oberfläche des Materials erfahren hat, und auch die Tatsache, daß die meisten der positiven Eigenspannungen in derselben Tiefe konzentriert sind. Dies tritt insbesondere dann auf, wenn man einen mittelharten Kern verwendet.
Das beim konventionellen Induktionshärten unter Verwendung eines niedrig legierten Stahles ausgebildete Martensit erreicht nahezu augenblicklich den vollen Kohlenstoffgehalt, d. h. 0,5 bis 0,6%. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun folglich darin, ein Verfahren zu schaffen, das das Induktionshärten einsetzt und dadurch ein günstigeres und schnelleres Ergebnis als beim Einsatzhärten erreicht, jedoch die früher gemachten Erfahrungen der Nachteile beim Einsatzhärten vermeidet und dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, wie es im beigefügten Anspruch 1 beschrieben ist.
Zum Erreichen eines solchen Ergebnisses wird nunmehr ein Verfahren vorgeschlagen, das so angepaßt ist, daß es ähnliche Ergebnisse erreicht, wie man sie beim Einsatzhärten erreicht hat, d. h. mit einem Kern mit einem festen gelösten Kohlenstoffgehalt von 0,1 bis 0,5% und einer Oberflächenschicht mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,5 bis 1,2% und zu diesem Zweck wird ein legierter Stahl verwendet, der zum Erreichen eines solchen Ergebnisses angepaßt ist, und diesen erreicht man durch Steigern des Gehalts an einem starken Karbidbilder, wie z. B. Chrom, wodurch der feste gelöste Kohlenstoffgehalt im Austenit reduziert werden kann, wie in der Kurve gemäß
3 dargestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch den Anspruch 1 wiedergegeben.
Durch Verwenden eines solchen legierten Chromstahls ist es möglich, den Kohlenstoffgehalt im Kern mit Hilfe eines ausreichend hohen Gehalts des karbidbildenden Legierungselements, wie z. B. Chrom, zu steuern und einzustellen und durch Verwenden dieses legierten Stahls mit einem besonderen Induktionsaufheizen, wodurch der Kern auf eine Temperatur gerade innerhalb des Austenitsbereichs, normalerweise 800 bis 1.000°C erwärmt wird, so daß ein vorbestimmter Gehalt an gelöstem Kohlenstoff erreicht wird, und ein schnelles Aufheizen der Oberflächenschicht auf eine hohe Temperatur im Austenitbereich, normalerweise 900 bis 1.200°C, erhält man nach dem Abschrecken ein Gehaltprofil an gelöstem Kohlenstoff durch das Bauteil, welches das gleiche ist, wie man es beim Einsatzhärten erhält, d. h. wie es in 1 gezeigt ist, jedoch ohne die Nachteile des Verfahrens des Einsatzhärtens, wie sie in der Einleitung dieser Beschreibung dargelegt worden sind.
Vorzugsweise erfolgt das Erhitzen des Kerns vor dem Erhitzen der Oberflächenschicht, es ist jedoch auch möglich, das gleiche Ergebnis durch Umkehren dieses Vorganges zu erreichen.
Folglich erreicht das erfindungsgemäße Verfahren, wie es in Anspruch 1 dargelegt ist, die gesetzten Ziele durch Verwendung eines bestimmten Materials, z. B. eines Chromstahls mit 0,3 bis 1,2% C und 1 bis 25% Cr zusammen mit einem bestimmten Verfahren der Wärmebehandlung, durch welches das Bauteil durchgängig austenitisiert wird, wobei jedoch der Kern und die Oberfläche des Bauteils unterschiedlichen Temperaturzyklen ausgesetzt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die in der Beschreibung dargelegte Ausführungsform beschränkt, sondern es sind Abwandlungen des solchermaßen beschriebenen Verfahrens und der Stahlzusammensetzung durch Verwendung anderer Karbidbilder als Chrom innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche möglich.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Stahlbauteilen mit einer harten, stark mit Kohlenstoff angereicherten Oberfläche und einem zähen, niedrig mit Kohlenstoff angereicherten Kern, wobei das Verfahren einen Legierungsstahl mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,3 bis 1,2% C und mit einem als starker Karbidbilder wirkenden Legierungselement verwendet und ein aus diesem Material gebildetes Bauteil einer Induktionserwärmung ausgesetzt wird, wobei der Kernbereich auf ein Niveau in der unteren Gegend des Austenitbereiches bei einer Temperatur zwischen 800 und 1.000°C erwärmt und dadurch ein bestimmtes Niveau an gelöstem Kohlenstoff in dem Bauteilkern von 0,1 bis 0,5% C erzeugt wird, und der Oberflächenbereich auf eine höhere Zone innerhalb des Austenitbereiches mit einer Temperatur von ungefähr 900 bis 1.200°C erwärmt und dadurch ein bestimmtes Niveau an gelöstem Kohlenstoff im Oberflächenbereich des Bauteils von 0,5 bis 1,2% C erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem als stark karbidbildendes Legierungselement Chrom in einer Menge von 1 bis 25% verwendet wird.