Claims (1)
Verfahren zur Oberflächenhärtung von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen mit vorzugsweise >0,4Ma.^% C-Gehalt durch Bestrahlen mit einem kontinuierlich strahlenden CO2-Leistungslaser, wobei das Gefüge vorwiegend aus Ferrit und Zementit besteht, die Oberfläche metallisch rein und definiert strahlenabsorbierend hergerichtet ist, die Bestrahlung in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt und dabei Strahlenbündel und Oberfläche relativ zueinander bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial ein Gefüge einer Kristallitgröße in mindestens einer Dimension < 10μίη und einer Versetzungsdichte > 1010/cm2 verwendet wird, die Bewegung zwischen Laserstrahlenbündel und Oberfläche mit einer Relativgeschwindigkeit zwischen 1 und 10 mm/s erfolgt, die Oberfläche einer Leistungsdichte zwischen 20 und 300kW/cm2 ausgesetzt und der Durchmesser des Laserstrahlenbündels auf der Oberfläche <0,8 mm eingestellt wird.A process for surface hardening of iron-carbon alloys with preferably> 0.4Ma. ^% C content by irradiation with a continuously radiating CO 2 power laser, wherein the structure consists mainly of ferrite and cementite, the surface metallically pure and defined radiation absorbing prepared is, the irradiation carried out in an inert gas atmosphere while the beam and surface are moved relative to each other, characterized in that the starting material is a structure of a crystallite size in at least one dimension <10μίη and a dislocation density> 10 10 / cm 2 is used, the movement between the laser beam and surface at a relative speed between 1 and 10 mm / s, the surface is exposed to a power density between 20 and 300kW / cm 2 and the diameter of the laser beam is set on the surface <0.8 mm.
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der metallverarbeitenden Industrie. Objekte, in denen ihre Anwendung möglich und zweckmäßig ist, sind Teile aus einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung, die vorzugsweise 0,4Ma-% oder mehr Kohlenstoff enthält, die eine harte und verschleißfeste Oberfläche haben müssen, wie beispielsweise Kurbelwellen, Lager, Gehäuseteile, Schneid- und Umformwerkzeuge.The invention relates to the field of the metalworking industry. Objects in which their application is possible and expedient are parts of an iron-carbon alloy, which preferably contains 0.4% by mass or more of carbon, which must have a hard and wear-resistant surface, such as crankshafts, bearings, housing parts, Cutting and forming tools.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Bekannt ist (L. F.Golowko,W.S.Kowalenko, W.S.Tschemenko, W. P.Garaschtschuk, P.A.Wasilez, A.A. Swirgin, Elektronnaja ohrahotkamaterialov 6 [1980] 26) ein Verfahren, bei dem Kohlenstoffstähle mit 0,2 bis 1,2 Ma.-% C, deren Oberfläche zur besseren Strahlungsankopplung Zn-phosphatiert ist, unter atmosphärischen Bedingungen mit einem kontinuierlichen strahlenden CO2-Leistungslaser bestrahlt werden. Die Leistungsdichte des Lasers beträgt dabei 5 bis 200 kW/cm2 und die Relativgeschwindigkeit zwischen Oberfläche und Laserstrahlbündel 10 bis 70mm/s. Die Oberflächenschicht erreicht dabei Härtewerte um 1000HV, im Ausnahmefall maximal 1200HV.It is known (LFGolovko, WSKowalenko, WSTschemenko, WPGarashchuk, PA Vasilez, AA Swirgin, Elektronnaja ohrahotkamaterialov 6 [1980] 26) a method in which carbon steels with 0.2 to 1.2 Ma .-% C, the surface for better coupling of the radiation Zn -phosphated, are irradiated under atmospheric conditions with a continuous radiant CO 2 power laser. The power density of the laser is 5 to 200 kW / cm 2 and the relative speed between the surface and the laser beam 10 to 70mm / s. The surface layer achieves hardness values around 1000HV, in exceptional cases a maximum of 1200HV.
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß infolge unzureichend angegebener und aufeinander abgestimmter Verfahrensparameter die Härte und die Verschleißfestigkeit im Oberflächenbereich zu gering ist.The disadvantage of this method is that due to insufficiently specified and coordinated process parameters, the hardness and wear resistance in the surface area is too low.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist es, Härte und Verschleißfestigkeit im Oberflächenbereich wesentlich zu erhöhen.The aim of the invention is to increase hardness and wear resistance in the surface area significantly.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausreichende und aufeinander abgestimmte Verfahrensparameter anzugeben. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Oberfläche einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung, vorzugsweise mit > 0,4 Ma-% C-Gehalt mit einem kontinuierlich strahlenden CO2-Leistungslaser bestrahlt wird, wobei die Oberfläche nahezu senkrecht zum Strahlenbündel bewegt wird. Das Ausgangsmaterial enthält vorwiegend Ferrit und Zementit einer Kristallitgröße in mindestens einer Dimension < 10/u.m und eine Versetzungsdichte > 10l0/cm2. Die Oberfläche wird metallisch rein und definiert strahlenabsorbierend hergerichtet. Die Bestrahlung wird in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt, und die Bewegung zwischen Laserstrahlenbündel und Oberfläche erfolgt mit einer Relativgeschwindigkeit zwischen 1 und 10 mm/s. Die Oberfläche wird dabei einer Leistungsdichte zwischen 20 und 300kW/cm2 ausgesetzt und der Durchmesser des Laserstrahlenbündels auf der Oberfläche <0,8mm eingestellt. Die metallisch reine und definiert strahlenabsorbierende Oberfläche wird durch Feinschleifen erzielt. Als Inertgasatmosphäre wird vorzugsweise Stickstoff verwendet.The invention has for its object to provide sufficient and coordinated process parameters. According to the invention the object is achieved in that the surface of an iron-carbon alloy, preferably with> 0.4 M% C content is irradiated with a continuously radiating CO2 power laser, the surface is moved almost perpendicular to the beam. The starting material contains mainly ferrite and cementite of a crystallite size in at least one dimension <10 / um and a dislocation density> 10 l0 / cm 2 . The surface is metallically pure and defines radiation-absorbing prepared. The irradiation is carried out in an inert gas atmosphere, and the movement between the laser beam and the surface takes place at a relative speed between 1 and 10 mm / s. The surface is exposed to a power density between 20 and 300kW / cm 2 and set the diameter of the laser beam on the surface <0.8 mm. The metallically pure and defined radiation-absorbing surface is achieved by fine grinding. Nitrogen is preferably used as the inert gas atmosphere.
Ausführungsbeispieleembodiments
Beispiel 1:Example 1:
Die Oberfläche einer Scheibe aus einer Fe-C-Legierung mitO,63Ma.-%Csoll gehärtet werden. Dazu wird die Oberfläche der Scheibe zuerst grob und dann mit Schmirgelpapier 220er Körnung feingeschliffen. Das Ausgangsmaterial besitzt ein Gefüge aus Ferritkörnern bzw. Ferrit- und Zementitlamellen in den Perlitkörnern, die mindestens in einer Dimension kleiner als 10/лт sind und hat eine Versetzungsdichte von 1 10l0/cm2. Zur Bestrahlung wird ein СОг-Laser mit einer Dauerleistung von 200W verwendet, dessen Strahlenbündel auf die Oberfläche fokussiert wird. Der Fokus hat einen Durchmesser von 0,5mm und eine mittlere effektive Leistungsdichte von 90 kW/cm2. Die Bestrahlung erfolgt in einer Atmosphäre aus technischem Stickstoff, und die Scheibe wird dabei mit einer konstanten Geschwindigkeit von 4,2 mm/s senkrecht zum Laserstrahl bewegt. Die Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit errechnet sich dabei zu 2 · 104K/s und die Haltedauer auf der Austenitisierungstemperatur zu 1 ms. Die Oberfläche der Scheibe zeigt nach dieser Behandlung Mikrohärten HVo,os von 1600.The surface of an Fe-C alloy disc with O, 63Ma% Csoll should be cured. For this purpose, the surface of the disc is first coarse and then sanded with emery paper 220 grit. The starting material has a structure of ferrite grains or ferrite and Zementitlamellen in the pearlite grains, which are at least in one dimension less than 10 / лт and has a dislocation density of 1 10 l0 / cm 2 . For irradiation, a continuous laser of 200W is used, whose beam is focused on the surface. The focus has a diameter of 0.5mm and an average effective power density of 90 kW / cm 2 . The irradiation takes place in an atmosphere of technical nitrogen, and the disk is thereby moved at a constant speed of 4.2 mm / s perpendicular to the laser beam. The heating and cooling rate is calculated as 2 × 10 4 K / s and the holding time at the austenitizing temperature at 1 ms. The surface of the disc after this treatment shows microhardness HV o , os of 1600.