DD249719A1 - PROCESS FOR INCREASING THE LIFE OF THERMALLY DESIGNED COMPONENTS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhoehung der Lebensdauer thermisch beanspruchter Bauteile, die in Waermebehandlungsprozessen eingesetzt, durch die sie umgebende Atmosphaere staendig belastet ihre Bauteiloberflaeche verzundert und der Werkstoff daselbst sich fortschreitend verbraucht. Dem entgegenwirkend wird auf die Oberflaeche dergleichen thermisch beanspruchter Bauteile eine metallische Schutzschicht aufgebracht und an den Grundwerkstoff gebunden. Hierzu wird ausser dem Waermebedarf zum Aufbringen der Schicht, insbesondere eine hohe Waermezufuhr zum Werkstoff- bzw. -schichtverbinden mit dem Grundwerkstoff benoetigt. Das Ziel der Erfindung ist es, den erforderlichen Waermebedarf bei der Diffusion bzw. dem Ausbilden einer intermetallischen Phase der Oberflaechenschichtverbindung energetisch sowie oekonomisch guenstiger zu gestalten. Gemaess der Erfindung wird die technische Aufgabe des Schichtaufbringens jeglicher, dem Beanspruchungsfall nach ausgewaehlt benoetigter Metallpulver-Mischungen in beliebigen Schichtstaerken durch Plasmaspritzen vorgegeben und die Schichtverbindung zum Grundwerkstoff mittels Sekundaerwaerme durchgefuehrt. Zweckmaessig ist die Erfindung anzuwenden, insofern die Bauteile zyklisch in Waermebehandlungsprozessen im Einsatz sind.The invention relates to a method for increasing the life of thermally stressed components used in heat treatment processes, by the surrounding atmosphere constantly pollutes their component surface scaling and the material itself consumes there progressively. The counteracting applied to the surface of the like thermally stressed components, a metallic protective layer and bonded to the base material. For this purpose, in addition to the heat requirement for applying the layer, in particular a high heat input to the material or -schichtverbinden with the base material is required. The object of the invention is to make the required heat demand in the diffusion or the formation of an intermetallic phase of the surface layer compound energetically and economically more favorable. According to the invention, the technical task of the layer application of any, the claim case selected by required metal powder mixtures in any Schichtstaerken predetermined by plasma spraying and carried out the layer connection to the base material by Sekundaerwaerme. Expediently, the invention is to be used insofar as the components are cyclically used in heat treatment processes.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Lebensdauer thermisch beanspruchter Bauteile, vorteilig anzuwenden für dergleichen Bauteile aus unlegierten resp. niedrig legiertem Stahl, die in Wärmebehandlungsprozessen eingesetzt sind, dabei die Bauteiloberfläche verzundert und der Werkstoff daselbst sich fortschreitend verbraucht. Zweckmäßig anzuwenden ist die Erfindung für thermisch beanspruchte Bauteile, insofern dieselben zyklisch oder in dergleichen Wärmebehandlungsprozessen im Einsatz sind; beispielsweise als Transportbehälter (Härterei-Drahtkörbe) für wärmeprozeßlich zu behandelnde Klein-Werkstücke oder als oberflächen-verschleißbeanspruchte Preßformen für Glasschmelzen in Formen aus unlegierten Stahl bzw. Grauguß.The invention relates to a method for increasing the life of thermally stressed components to apply advantageous for the same components of unalloyed resp. low-alloyed steel used in heat treatment processes, thereby scaling the surface of the component and causing the material itself to progressively wear out. Expedient to apply the invention for thermally stressed components, insofar as they are cyclic or in the same heat treatment processes in use; For example, as a transport container (hardening wire baskets) for heat treatment to be treated small workpieces or as surface wear-stressed molds for glass melts in molds made of carbon steel or gray cast iron.
Nach DD 131380, C 23 C 9/00, wird ein Verfahren zur Erhöhung der Lebensdauer von Aluminium-Diffusionsschichten ausgeführt. Dabei wird ein thermisch zu beanspruchendes Bauteil in Kohlenstoff abgebendes Alitiergemisch eingebettet und geglüht. Unter Nutzungsbedingungen bei Temperaturen 5000C bilden sich zusätzlich Fe-Al-C-Phasen aus.According to DD 131380, C 23 C 9/00, a method for increasing the lifetime of aluminum diffusion layers is carried out. In this case, a thermally stressed component is embedded in carbon emitting Alitiergemisch and annealed. Under conditions of use at temperatures of 500 ° C., Fe-Al-C phases additionally form.
Nach DE 1521372, C 23 C7/00 steht ein Verfahren zur Verbesserung der Oberflächenschicht an Bauteilen an, wobei ein Aufspritzen schmelzbarer Teilchen und das Schmelzen der Spritzschicht durch momentanen Energiestoß größer der Erweichungstemperatur des Grundstoffes auf denselben ausgeführt wird. Nach DE 2327250, C 23 C 9/00, ist ein Verfahren bekannt zur Herstellung eines metallurgisch abgedichteten Überzuges, wonach ein derartiger Überzug verfahrensgemäß entsteht durch Aufspritzen von mindestens zwei werkstofflichen Schichten bzw. einer intermetallischen Phase im nichtreagiertem Zustand, dann Erwärmen des Überzuges unter Schutzgas bis sich eine korrosionsbeständige Schicht gebildet hat, letztlich durch Einwirken einer oxydierenden Atmosphäre eine Reaktion der Schicht mit dem Grundwerkstoff erfolgt. Nach DE 2700612, C 23 C 9/00 ist die Anwendung von Nickel (Ni-)-Diffussionsverfahren zum Verhindern von Korrosion bekannt, wobei im Auftragen von Ni z.B. durch Spritzen bei 1 350 K ein Ni-Diffundieren in die Oberfläche niedrig legierter Stahl-Bauteile. Jede der bekannten technischen Lösungen durch Aufbringen und Befestigen von Werkstoffschichten bzw. Werkstoffteilchen auf niedrig bzw. unlegierten Stählen an sich, wird außerdem Wärmebedarf beim Auf bringen, insbesondere eine hohe Wärmezufuhr beim Werkstoff- bzw. -schichtverbinden mit dem Grundwerkstoff benötigt.According to DE 1521372, C 23 C7 / 00 is a method for improving the surface layer of components, wherein a spraying of fusible particles and the melting of the sprayed layer by momentary energy surge greater than the softening temperature of the base material is carried out on the same. According to DE 2327250, C 23 C 9/00, a method is known for producing a metallurgically sealed coating, according to which such a coating is produced according to the method by spraying at least two material layers or an intermetallic phase in the unreacted state, then heating the coating under inert gas until a corrosion-resistant layer has formed, finally a reaction of the layer with the base material takes place by the action of an oxidizing atmosphere. According to DE 2700612, C 23 C 9/00, the use of nickel (Ni) diffusion methods for preventing corrosion is known, wherein in the application of Ni, e.g. by spraying at 1 350 K a Ni diffusion into the surface of low alloy steel components. Each of the known technical solutions by applying and attaching material layers or material particles on low or unalloyed steels per se, will also bring heat demand when on, especially a high heat input in the material or -schichtverbinden needed with the base material.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der Erfindung ist es, den erforderlichen Wärmebedarf bei der Durchführung der Diffusion bzw. dem Ausbilden der intermetallischen Phase der Oberflächenschichtverbindung zum Grundwerkstoff niedrig oder unlegierter Stahl-Bauteile, energetisch sowie ökonomisch günstiger zu gestalten.The object of the invention is to make the required heat demand in carrying out the diffusion or the formation of the intermetallic phase of the surface layer compound to the base material low or unalloyed steel components, energy and economically favorable.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erhöhung der Lebensdauer thermisch beanspruchter Bauteile, vorzugsweise niedrig oder nichtlegierter Stahl-Bauteile vorzuschlagen, die nach Werkstoffschicht- oder dergleichen Werkstoffteilchen-Auftrag auf die Oberfläche, mittels wärmeenergetischer Verfahrensweisen ein diffundierendes Eindringen oder ein Einbetten in den Grundwerkstoff und damit eine höhere mechanische sowie auch thermische Oberflächen-Belastbarkeit zur Folge haben. Der erforderliche Wärmebedarf zur Schichtverbindung zum Grundwerkstoff soll dabei aus sekundärem Wärmeaufkommen gedeckt werden.The invention has for its object to provide a method for increasing the life of thermally stressed components, preferably low or non-alloyed steel components, after material layer or the like material particle application to the surface, by means of heat energy methods, a diffusive penetration or embedding in the Base material and thus have a higher mechanical and thermal surface load capacity result. The required heat requirement for the layer connection to the base material is intended to be covered by secondary heat.
Die vorliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß und unter besonderer Beachtung der Zielstellung derselben, in verfahrensentsprechender Art und Weise dadurch gelöst, daß in EinzelverrichtungenThe present object is achieved according to the invention and with particular attention to the objective of the same, in a manner appropriate to the process, that in Einzelverrichtungen
a) auf die Bauteil-Oberfläche resp. Teilbereiche derselben eine Werkstoffschicht in Metall-Legierungsbestandteilen aufgebracht wird, die für den jeweiligen Beanspruchungsfall die zum Schütze des Grundwerkstoffes benötigten Werkstoffelemente enthält,a) on the component surface resp. Subsections thereof a material layer is applied in metal alloy components, which contains the material required for the protection of the base material for each case of stress,
b) die Bauteiloberfläche resp. Teilbereiche derselben und die darauf aufgebrachte Werkstoffgemisch-Schicht entsprechend bis zum Ausbilden einer intermetallischen Phase irrt Übergang der Werkstoffgemisch-Schicht zum Grundwerkstoff und diffundieren von Metall-Legierungsbestandteilen in den Grundwerkstoff erwärmt wird,b) the component surface resp. Subregions of the same and the material mixture layer applied thereto, correspondingly until the formation of an intermetallic phase, erratic transition of the material mixture layer to the base material and diffusion of metal alloy constituents into the base material is heated,
c) auf die nach a) hergestellte Schicht bei vorauszusehender hoher Verschleißbeanspruchung der Bauteile, auf diese Schicht zusätzlich eine Hartstoffschicht aufgebracht wird:c) on the layer produced according to a) with anticipated high wear stress of the components, in addition a hard material layer is applied to this layer:
daß die Werkstoff-Schicht in Metall-Legierungsbestandteilen als Werkstoffgemisch-Schicht durch Plasmaspritzen der entsprechenden Werkstoffelemente erfolgt;that the material layer in metal alloy constituents takes place as a material mixture layer by plasma spraying of the corresponding material elements;
daß das Erwärmen der Bauteil- resp. -Teiloberfläche sowie der aufgebrachten Werkstoffgemisch-Schicht durch Prozeßwärme im Zuge der Wärmebehandlungsprozesse erfolgt, insofern die Prozeßwärme dabei der erforderlichen Temperatur, mindestens -jedochJQOlC entspricht;that the heating of the component resp. Partial surface and the applied material mixture layer is carried out by process heat in the course of the heat treatment processes, insofar as the process heat thereby the required temperature, at least -jochochJQOlC corresponds;
daß die Auftragsdicke der aufgebrachten Werkstoffgemisch-Schicht auf thermisch beanspruchte Bauteile beliebig bis zu 1 mm und mehr betragen kann, insofern diese Bauteile zyklisch oder in dgl. Wärmebehandlungsprozessen im Einsatz sind und dabei die intemetallische Phasenbildung sowie die Diffusion der verfügbaren Legierungsbestandteile fortgesetzt und über eine längere Zeitdauer erfolgt;that the application thickness of the applied material mixture layer on thermally stressed components can be arbitrarily up to 1 mm and more, insofar as these components cyclic or the like. Heat treatment processes are in use while the intermetallic phase formation and diffusion of the available alloying components continues and over a longer Duration takes place;
daß im Ausnahmefall eine die Verschleißbeanspruchung erhöhende Hartstoffschicht vorzugsweise als Keramikschicht zusätzlich plasmagespritzt aufgebracht ist.that in exceptional cases, the wear stress increasing hard material layer is preferably applied plasma sprayed as a ceramic layer additionally.
Im Zuge der erfindungsgemäßen Verfahrensdurchführung erfolgt die Wärmezufuhr für die Diffusion bzw. das Ausbilden der intermetallischen Phase der Oberflächenschichtverbindung zum Grundwerkstoff eines thermisch belastbaren Bauteils aus niedrig bzw. unlegiertem Stahl strikt aus sekundärer Wärmequelle, nämlich der Prozeßwärme im Zuge eines Wärmebehandlungsprozesses an Werkstücken, denen die vorgenannten Bauteile dabei Transportmittel und/oder Fertigungsmittel sein können. Prädestiniert ist das erfindungsgemäße Verfahren anzuwenden im Einsatz von artgemäßen, thermisch belastbaren Bauteilen, die zyklisch in Wärmebehandlungsprozessen und/oder in zyklisch durchlaufender Folge in derartigen Wärmeprozessen funktionieren. Die Prozeßwärme muß dabei der Diffusionstemperatur entsprechen bzw. ausreichend sein zum Herausbilden einer intermetallischen Phase.In the course of carrying out the method according to the invention, the heat supply for the diffusion or the formation of the intermetallic phase of the surface layer compound to the base material of a thermally resilient component made of low or unalloyed steel strictly from secondary heat source, namely the process heat in the course of a heat treatment process on workpieces, where the aforementioned Components can be means of transport and / or manufacturing means. The method according to the invention is predestined to be used in the use of artificially, thermally loadable components which function cyclically in heat treatment processes and / or in a cyclically continuous sequence in such heat processes. The process heat must correspond to the diffusion temperature or be sufficient to form an intermetallic phase.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment:
Härte-Drahtkörbe aus niedrig bzw. unlegiertem Stahldraht gefertigt und vorgesehen als Transportbehältnisse für Klein-Werkstücke in einer Aufkohlungsanlage wurden zur Erhöhung ihrer Lebensdauer verfahrensentsprechend behandelt. Im Ergebnis der Nutzung dererfindungsgemäßvordem Einsatz beschichteten Drahtkörbe zeigt sich absolut eine mehr als dreifache Standzeiterhöhung (Gebrauchsdauer).Hardened wire baskets made of low or unalloyed steel wire and designed as transport containers for small workpieces in a carburizing plant were treated according to the method in order to increase their service life. As a result of using the wire baskets coated according to the invention, there is absolutely a threefold increase in service life (service life).
In Durchführung des Verfahrens zur Erhöhung der Lebensdauer thermisch zu beanspruchen der Bauteile wurden vordem Einsatz der Drahtkörbe auf die Oberfläche derselben eine 0,2mm Schicht eines Aluminiums (Al)/Nickel (Ni)-Metallpulver-Gemisches durch Plasmaspritzen aufgebracht. Das Metallpulvergemisch hatte dabei eine Zusammensetzung von beispielsweise 60% Al und 40% Ni. Angepaßt an den Grundwerkstoff der Härte-Drahtkörbe kann die Zusammensetzung der Metallpulvergemisch-Schicht auch variiert sein bis nahezu 50/90 Masseanteile Aluminium und dem Rest als Nickelanteil.In carrying out the method of thermal stressing of the components, before use of the wire baskets on the surface thereof, a 0.2 mm layer of an aluminum (Al) / nickel (Ni) metal powder mixture was applied by plasma spraying. The metal powder mixture had a composition of, for example, 60% Al and 40% Ni. Adapted to the base material of the hardness wire baskets, the composition of the metal powder mixture layer can also be varied to almost 50/90 parts by weight aluminum and the remainder as nickel content.
Die Drahtkörbe zum Einsatz gebracht, wirkte die Prozeßwärme der Wärmebehandlung, hier im Beispiel beim Aufkohlen von Klein-Werkstücken >800°C, auf die plasmagespritzte Schicht und den Grundwerkstoff ein, Legierungsbestandteile (Al; Ni) diffundierten in den Grundwerkstoff und es bildete sich eine intermetallische Phase aus. Die vorher durch das Spritzauftragen bedingte nur physikalische Schichtbindung an den Grundwerkstoff ist bzw. wird weiterhin in eine metallurgische Werkstoffbindung übergeführt.The wire baskets were used, the process heat of the heat treatment, here in the example when carburizing Klein workpieces> 800 ° C, on the plasma sprayed layer and the base material, alloying components (Al, Ni) diffused into the base material and it formed a intermetallic phase out. The only previously caused by the spray application only physical layer bonding to the base material is or will continue to be converted into a metallurgical material bond.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102015213555A1 (en) * | 2015-07-20 | 2017-03-09 | MTU Aero Engines AG | Sealing ridge armor and method of making the same |
-
1986
- 1986-06-03 DD DD29089086A patent/DD249719A1/en unknown
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