DE2445684A1 - Verfahren zum haerten von maschinenbauteilen sowie nach diesem verfahren hergestelltes maschinenbauteil - Google Patents

Description

• Verfahren zum Härten von Maschinenbauteilen sowie nach diesem Verfahren hergestelltes Maschinenbauteil Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Härten von Maschinenbauteilen, vorzugsweise Futterplatten für Preßformen von Kalksandsteinpressen sowie auf die nach diesem Verfahren hergestellten Maschinenbauteile.
• In der Technik sind allgemein sogenannte Einsatzstähle bekannt, die auch vornehmlich für vorerwähnten Platten Verwendung finden, Es handelt sich bei diesen Einsatzstählen um eine Stahlsorte mit niedrigem Kohlenstoffgehalt bis etwa 0,2 %. Dieser Stahl ist zum Einsatzhärten geeignet. Die aufgekohlte, gut härtbare Einsatzschicht reicht dabei in Abhängigkeit von dem Einsatzmittel und der Einsatzdauer von der Oberfläche an bis zu einer Tiefe von etwa 1 mm, wobei in diesem Rand- bzwo Oberflächenbereich ein Kohlenstoffgehalt von etwa 1 % erreicht wird0 Beim nachfolgenden Härten aus einer Temperatur von etwa 8000C wird die Randschicht unter Bildung eines martensitischen Gefüges hat. Der Kern behå die der Legierung des Stahles entsprechende Festigkeit0 Man unterscheidet bei diesen Einsatzstählen zwischen Chrommangan-Stählen und Chromnickel-Stählen, wobei in der chemischen Zusammensetzung je nach Stahlsorte Mangangehalte von 0,25 bis 1,3 %, Chromgehalte von 0,4 bis 2,1 °% und Nickelgehalte von 0,4 bis 2,1 % gewählt werden können. Das Einsatzhärten erfolgt, wie gesagt, nach vorangegangenem Aufkohlen der Randschicht des betreffenden Werkstückes,mit dem Zweck, eine sehr harte, gegen Verschleiß widerstandsfähige Oberfläche bei einem zähen Kern zu erzielen, so daß das Werkstück auch einer hohen Biegebeanspruchung unterworfen werden kann. Das Einsetzen, auch Aufkohlen oder Zementieren genannt, erfolgt durch Glühen in Kohlenstoff abgebenden Kohlungsmitteln. Als solche kommen feste Kohlungsmittel, wie Holz-, Braunkohle oder Kokst mit kleinen Korngrößen oder flüssige Kohlungsmittel, wie Salzbäder mit Gehalten an Alkalizyaniden, oder gasförmige Kohlungsmittel, wie Leuchtgas, in Betracht. Bei der Einsatztemperatur entstehen kohlenstoffhaltige Gase, die in Berührung mit Eisen zunächst Eisenkarbid (Zementit) bilden. Dieses ist in Gammaeisen löslich, und so diffundiert Kohlenstoff vom Werkstoffrand in Richtung zum Kern. Die Eindringtiefe ist abhängig von der Temperatur und der Zeit, ferner vom gewählten Kohlungsmittel und der Stahl art. Einfluß auf den Randkohlenstoffgehalt nehmen auch die sonstigen Legierungsbestandteile des betreffenden Stahles.
• Einsatzstähle sind nach DIN 17210 genormt.
• In der Praxis bekannt sind weiterhin sogenannte Kaltarbeitsstähle, und zwar legierte oder unlegierte Werkzeugstähle, die für Kaltarbeitswerkzeuge aller Art verwendet werden und die nach DIN 17060 und 17006 bezeichnet sind. Es sei hier vor allem der Kaltarbeitsstahl mit der Bezeichnung X 210 CR 12 genannt. Derartige Kaltarbeitsstähle besitzen durchgehend einen verhältnismäßig hohen Kohlenstoffgehalt von etwa 2,0 bis 2,1 %. Dementsprechend besitzentie auch eine durchgehende große Härte und damit eine sehr hohe Verschleißfestigkeit, jedoch nur einen verhältnismäßig geringen Biegewiderstand, so daß sie keiner größeren Biegebelastung unterworfen werden können Bekannt sind schließlich rostfreie, besser gesagt, rostbeständige, bzw. korrosionsbeständige Stähle, z.B. unter der DIN-Bezeichnung X 15 CR 13. Man unterscheidet bei diesen nichtrostenden und säurebeständigen Stählen nach dem Gefüge zwei Hauptgruppen, nämlich Chromstähle mit mindestens 12 °h cr und austenitischei Chromnickelstähle mit mindestens 16 , Cr.
• Diese rostbeständigen Stähle weisen einen niedrigen Kohlenstoffgehalt von beispielsweise etwa 0,15 % auf. Rostbeständige Stähle sind verhältnismäßig kostenaufwendig und werden daher in der Praxis nur dann angewendet, wenn es wirklich auf Korrosionsschutz ankommt.
• Ger vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Härten von Maschinenbauteilen zu schaffen, welches außerordentlich günstige Eigenschaften der Maschinenbauteile in bezug auf Verschleißfestigkeit und Biegebean spruchbarkeit zur Folge hat.
• Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einem rostfreien Stahl bei einer Temperatur von etwa 10000C mittels eines Kohlenstoff abgebenden Mittels während einer mehrstündigen Verweilzeit Kohlenstoff in die Oberfläche eindiffundiert wird. Auf diese Weise ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß die Lebensdauer der so gehärteten Maschinenteile bei vergleichbarer Beanspruchung etwa fünf mal größer ist als die eines oben erläuterten Einsatzstahles. Bei diesem überraschenden nicht voraussehbaren Vorteil kann der nicht im Vegrhältnis stehende höhere Kostenaufwand für den rostbestätidigen Stahl als Grundmaterial im Vergleich zu Einsatzstahl in Kauf genommen werden, zumal praktisch kein höherer Bearbeitungsaufwand in Betracht kommt. Des weiteren kann in Kauf genommen werden, daß der erfindungsgemäß gehärtete rostbeständige Stahl gerade entgegen seiner eigentlichen Bestimmung im einsatzgehärteten Oberflächenbereich nicht mehr rostbeständig ist, was aber bei Maschinenbauteilen, die einer hohen Verschleißbeanspruchung unterworfen sind, keine Rolle spielt.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung unter dem Gesichtswinkel der Wirtschaftlichkeit wird dadurch erreicht, daß die Verweilzeit zu etwa 12 bis 24 Stunden gewählt wird.
• Des weiteren wird im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, daß als Kohlenstoff abgebendes Mittel Alkohol verwendet wird, welcher in den Behandlungsraum, z.B. Ofen, eingesprüht wird.
• Wenn der Alkohol in den Behandlungsraum, z.B. den Glühofen, eingesprüht wird, spaltet er sich bei der gegebenen Tempern tur auf und gibt Kohlenstoff frei, der sodann,wie weiter oben beschrieben, in die Oberfläche eindiffundiert.
• Ein Maschinenbauteil, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, ist gekennzeichnet durch einen rostfreien Stahl, welcher eine Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von etwa 0,5 mm und in dieser Schicht durch Eindiffundieren von Kohlenstoff einen Härtegrad von etwa 62 HRC (Rockwell) und einen Kohlenstoffgehalt von etwa 0,7 % bis 2 % aufweist, während der Härtegrad im Innern etwa 30 bis 40 HRC (Rockwell) und der Kohlenstoffgehalt etwa 0,15 bis 0,2 °% beträgt.
• Es sei hier noch ein Ausführungsbeispiel angeführt, und zwar bei Verwendung eines rostbeständigen Stahles nach der DIN-Bezeichnung X 20 CR 13. Der Grundgehalt an BI Kohlenstoff beträgt hierbei 0,2 Xo. Nach einer Verweilzeit von etwa 12 Stunden ergibt sich in einer Tiefe von 0,1 mm von der Oberfläche an gerechnet ein Kohlenstoffgehalt von 1,46 Xo, in einer Tiefe von 0,2 mm ein C-Gehalt von 1,27 %, ferner in einer Tiefe von 0,3 mm ein C-Gehalt von 1,02 % und schließlich in einer Tiefe von 0,4 mm ein C-Gehalt von 0,84 .

Claims (4)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Härten von Maschinenbauteilen, vorzugsweise Futterplatten für Preßformen von Kalksandsteinpressen, dadurch gekennzeichnet, daß einem rostfreien Stahl bei einer Temperatur von etwa 10000C mittels eines KohleXnstoff abgebenden Mittels während einer mehrstündigen Verweilzeit Kohlenstoff in die Oberfläche eindiffundiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit zu etwa 12 bis 24 Stunden gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenstoff abgebendes Mittel Alkohol verwendet wird, welcher in den Behandlungsraum, z.B. Ofen, eingesprüht wird.

4. Maschinenbauteil, hergestellt durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen rostfreien Stahl, welcher eine Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von etwa 0,5 mm und in dieser Schicht durch Eindiffundieren von Kohlenstoff einen Härtegrad von etwa 62 HRC (Rockwell) und einen Kohlenstoffgehalt von etwa 0,7 % bis 2 % aufweist, während der Härtegrad im Innern etwa 30 bis 40 HRC (Rockwell) und der Kohlenstoffgehalt etwa 0,15 bis 0,2 O/o beträgt.