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EP0601451B1 - Verfahren zum Aufhärten und ggf. Glätten von Maschinenbauteilen sowie nach diesem Verfahren hergestellten Maschinenbauteilen - Google Patents

Verfahren zum Aufhärten und ggf. Glätten von Maschinenbauteilen sowie nach diesem Verfahren hergestellten Maschinenbauteilen Download PDF

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Publication number
EP0601451B1
EP0601451B1 EP93119338A EP93119338A EP0601451B1 EP 0601451 B1 EP0601451 B1 EP 0601451B1 EP 93119338 A EP93119338 A EP 93119338A EP 93119338 A EP93119338 A EP 93119338A EP 0601451 B1 EP0601451 B1 EP 0601451B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
accordance
treatment
laser
cementite
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP93119338A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0601451A1 (de
Inventor
Georg Dr.-Ing. Barton
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Deutschland Holdings GmbH
Stellantis Espana SL
Original Assignee
Adam Opel GmbH
General Motors Espana SL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Adam Opel GmbH, General Motors Espana SL filed Critical Adam Opel GmbH
Publication of EP0601451A1 publication Critical patent/EP0601451A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0601451B1 publication Critical patent/EP0601451B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D5/00—Heat treatments of cast-iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/007—Ledeburite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/009—Pearlite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/30—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for crankshafts; for camshafts

Definitions

  • the present invention relates to a method for hardening and possibly smoothing machine components using a cause surface heating of the respective component Beam, e.g. a laser beam, an electron beam or the beam of an arc lamp.
  • Beam e.g. a laser beam, an electron beam or the beam of an arc lamp.
  • a laser is basically considered to be high energy Heat source used for martensite hardening without thereby melting the surface of the treated components.
  • induction hardening Operation performed examples of such processes are U.S. Patent Nos. 4,304,978, 4,093,842 and 4,686,349, and U.S. Pat German patent 33 43 783 and the Metal Science Heat Treatment 20, No. 7/8, 1978, Pages 544-546.
  • martensite hardening leads to a martensitic Structure that is very hard, but a needle-like one Has structure so that it is not necessarily the ideal hard Surface with regard to abrasive and adhesive wear represents.
  • the martensitic structure is therefore for Components such as camshafts and rocker arms are not the ideal Structure.
  • DD-A-204 106 does not expressly say that the method mentioned there is martensite hardness.
  • the specified hardness values (HV 0.05 ) are between 1500 and 1650.
  • the surface to be hardened is sanded beforehand.
  • the laser treatment converts both the steel (examples 1 and 2) and the cast iron (example 3) to the previously existing pearlite / ferrite structure without melting the surface. Graphite deposits in cast iron are not changed by laser treatment.
  • Another category of processes includes laser layer melting.
  • one on one The graphite layer applied to the substrate is melted into the layer Solidify or cool the substrate themselves carbides.
  • the graphite carbon introduced into the layer molten state dissolves, a mixed crystal forms and when cooling with atoms of the substrate Cr, W, V, Mn, Fe forms carbides in the form of granular or dendritic
  • excretions for example TiC (if the substrate is a Ti material) from the dissolved Graphite.
  • An example of this procedure is the DE-OS 35 45 128.
  • a high-power laser often a CO 2 laser, is used.
  • DE-OS 39 32 328 is a method for the rest Machining of surfaces subjected to friction in Internal combustion engines, especially the cylinder surfaces known from piston engines, the area honed and additional is subjected to a laser beam treatment.
  • This Laser beam treatment after honing is preferred by a pulsed excimer laser carried out, this treatment a surface evaporation of micro grooves while maintaining the macro grooves (oil-producing honing grooves) without unwanted remelting caused.
  • DE-OS 39 32 398 does not mention one targeted "skin" in the nanometer range ( ⁇ 1 ⁇ m), i.e. in the order of 0.001 ⁇ m. Due to the extreme quenching rates it is usually oversaturated or already already amorphous and therefore possibly hard.
  • the present one Invention based on the object, a method of provide the kind mentioned that the hardening and preferably also the simultaneous micro-smoothing of machine components, enables which either in the form of a Chilled cast part with ledeburitic structure or in the form of a Steel part with pearlitic structure are present, the Process is carried out so that a new structure is reached on the surface of the component, not only a hard and preferably also micro-smooth Surface offers, but also no post-processing requires, but a possible postprocessing for Special purposes is not excluded.
  • the structural component By treatment with the respective working beam (laser, electron beam or arc lamp) is a structural component locally dough or it melts while the other structural components remain in the solid state.
  • the structural component is which locally becomes dough or melts around the Areas between the large cementite slats and the Perlite. This is where the iron-carbon state diagram plays taking into account the imbalance ratios a crucial role.
  • the treatment should be carried out in this way, i.e. in front everything so short that there are none in the boundary layer Homogeneous, e.g. form austenitic mixed crystals can, always enough cementite germs in the surface layer and must be present in the substrate so that when quenching (self-deterrence or possibly with With the help of a cold jet) always cementite and not Austenite is formed.
  • Homogeneous e.g. form austenitic mixed crystals can, always enough cementite germs in the surface layer and must be present in the substrate so that when quenching (self-deterrence or possibly with With the help of a cold jet) always cementite and not Austenite is formed.
  • the treatment can be carried out in this way, for example with a pulsed radiation source of high energy density, such as. with an excimer laser that a pronounced Evaporation (sublimation) and melting a thin one Surface skin occurs, resulting in a pronounced Micro-smoothing the surface leads.
  • a pulsed radiation source of high energy density such as. with an excimer laser that a pronounced Evaporation (sublimation) and melting a thin one Surface skin occurs, resulting in a pronounced Micro-smoothing the surface leads.
  • the respective component to grind at least on the surface to be treated, but also hard shell cast surfaces can be treated with the method according to the invention can.
  • Typical application examples for the present Processes are the generation of hard and possibly micro-smooth surfaces on camshafts or cam followers of internal combustion engines.
  • Typical values for the energy density used are in the range from 2 x 10 3 to 5 x 10 5 W / cm 2 .
  • the invention deals with machine components that either in the form of a hard casting with ledeburitic Structure or in the form of a steel part with pearlitic Structures are present, with the special characteristic, that an almost closed cementite surface is present, the component having a surface hardness above 900 HV, preferably about 1100 HV and the cementite precipitation density in the interlamellar Areas from the surface towards Matrix is continuously decreasing.
  • the component can for example a camshaft or a rocker arm be, but there are of course many other conceivable Machine components which are treated according to the invention can be.
  • the treatment can basically be carried out in the air, at least with a laser beam or with an arc lamp, since there is little or no fear of oxidation processes. It may be useful to carry out the treatment with the selected jet type in a selected gas atmosphere in order to achieve special effects.
  • the treatment could be carried out in a nitrogen-containing or CO 2 -containing atmosphere if nitriding or carburizing the surface of the workpiece is additionally desired.
  • the invention is concerned with the surface treatment of machine components with heterogeneous (over-, under- or -eutectic) Casting structure, as shown in Fig. 1, or with over-, under- or -eutectoidal steel structure, such as shown in Fig. 3.
  • FIG. 1 shows a TIG remelted tread of a Cast iron camshaft with an hypoeutectic structure made of cementite flakes and fine pearlite.
  • the TIG remelting process represents a possible, but not mandatory pretreatment.
  • the cementite lamellas are the large islands, while the pearlite areas the filigree structure exhibit.
  • a qualitatively similar structure also delivers Chilled cast iron.
  • a surface structure according to FIG. 2 is formed. From the structural components as in FIG. 1, ie from the cementite lamellae and fine Perlite has formed an almost closed layer of non-stoichiometric cementite in the surface layer. It is characteristic of this treatment that the surface layer is briefly heated up to the vicinity of the melting temperature (continuously or by repeated pulses) so that the carbon diffuses in the boundary layer from the cementite lamellae of the ledeburite into the soft, interlamellar ferrite areas.
  • the holding time at this temperature is chosen so that there is no complete dissolution of existing phase components and formation of a homogeneous mixed crystal.
  • a regression to the original phase state cannot take place or can only take place incompletely.
  • the cementite substance "blends", as can clearly be seen in FIG. 2, at the expense of the stoichiometric structure, combined with the effect of hardening the surface layer up to 1100 HV.
  • FIG. 3 shows a scanning electron microscope Inclusion of a steel eutectoid structure about 0.8% C.
  • ferrite dark parts of the Matrix
  • cementite as light parts of the matrix in lamellar Arrangement.
  • Fig. 4 After treatment with the excimer laser, As for the cast iron sample of Fig. 1, a structure is created in the surface layer, as shown in Fig. 4.
  • the surface layer has briefly warmed up up to near the melting temperature (continuously or by repeated pulses of the laser) a diffusion of carbon in an edge layer from the cementite flakes of pearlite into the soft interlamellar ferrite areas.
  • the temperature reached near the melting temperature must be chosen so that it is not a complete Dissolution of existing phase components and A homogeneous mixed crystal is formed. Here too prevents self-quenching following heat treatment a regression in the surface layer the original phase state. Likewise, in this example an imbalance with a cementite higher volume than the original.
  • the ground ledeburitic cam surface of a camshaft is cut with a CO 2 laser in CW mode (continuous, non-pulsed laser beam) with a rectangular beam cross-section of size 2 x 10 or 1 x 20 mm 2 by rotating the camshaft under the laser beam treated.
  • the width of approx. 10 or 20 mm corresponds to the cam width of an NW with 4 or 2 valve technology.
  • the surface temperature in the area of liquidus solidus from 1150 to 1250 ° C (pasty state of the surface layer) is monitored with known "on line" temperature measuring systems.
  • the power density is 5 x 10 3 to 10 5 W / cm 2 .
  • a laser power of 5 to 8 kW is required.
  • the speed of rotation of the camshaft is determined from the dwell time of the laser beam on the cam surface.
  • a dwell time (exposure time) of 0.3 to 10 s is required for a carbide layer thickness of 3 to 10 ⁇ m. If the treatment in pulse mode is carried out with a CO 2 or Nd: YAG laser, at least 20% lower average power densities are required.
  • the ledeburitic cam tread of a hard cast or surface layer remelted (TIG; laser, electron beam) Rocker arm is used for training purposes thin, but almost dense carbide Wear layer treated with the electron beam.
  • the e-beam with 0.1 to 0.5 mm beam diameter grids the entire cam tread in a known manner one or more times. Repeated scanning of the Surface also becomes an almost constant, medium one Temperature of the surface above the liquidus does not rise, remain intact. For example becomes a deflection frequency of the e-beam from 100 to 500 Hz in the Y axis and a feed rate the rocker arm applied in the X-axis from 5 to 60 mm / s, depending on whether preheating the rocker arm has previously taken place or not.
  • the in Example required power of the electron beam gun was 3 kW (60 V, 50 A).
  • the advantage of the electron beam is in this case in the high level of guidance and distractibility as well as in the local repeatability of the treatment. This allows you to do so without any special effort as required different carbide layers on one surface Thickness can be generated (customized layer thicknesses).
  • a CO 2 laser in CW operation works with a laser power density in the range of 2 x 10 4 to 5 x 10 5 W / cm 2 and in pulse mode with an average power density that is at least 20% lower.
  • Characteristic of the carbide layer of the present Invention is that these are wear-resistant on existing Ledeburit or perlite is produced, the wear resistance is improved and that the cementite precipitation density in the interlamellar areas always from the surface towards the matrix decreases.
  • the exposure times of 0.017 to 0.026 S mentioned in the US patent are also not comparable with the values of 0.1 to 10 s mentioned in the present application.
  • the average power density for example in the case of an Nd: YAG laser, with a beam cross section of 0.5 x 0.5 cm 2 and an average power of 500 W is of the order of 20,000 W / cm 2 and therefore in a completely different range as indicated in U.S. Patent No. 4,304,978.

Landscapes

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufhärten und ggf. Glätten von Maschinenbauteilen mittels eines eine Oberflächenaufwärmung des jeweiligen Bauteils bewirkenden Strahls, wie z.B. eines Laserstrahls, eines Elektronenstrahls oder des Strahles einer Lichtbogenlampe.
Es sind im Stand der Technik verschiedene Verfahren mit Maschinenbauteilen, die mit Laserstrahlen oder Elektronenstrahlen behandelt werden, bekannt, um bestimmte Eigenschaften an den Oberflächen der Bauteile zu erreichen.
Beispielsweise ist das sogenannte Laserumwandlungshärten bekannt. Hier wird im Grunde genommen ein Laser als energiereiche Wärmequelle zum Martensithärten verwendet, ohne dabei die Oberfläche der behandelten Bauteile zu schmelzen. Mit anderen Worten wird ein dem Induktionshärten ähnlicher Vorgang durchgeführt. Beispiele für solche Verfahren sind den US-PS'en 4 304 978, 4 093 842 und 4 686 349 sowie der deutschen Patentschrift 33 43 783 und der Zeitschrift Metal Science Heat Treatment 20, No. 7/8, 1978, Seiten 544-546 zu entnehmen.
Das Martensithärten führt bekanntlich zu einem martensitischen Gefüge, das zwar sehr hart ist, jedoch ein nadeliges Gefüge aufweist, so daß es nicht unbedingt die ideale harte Oberfläche im Hinblick auf abrasiven und adhäsiven Verschleiß darstellt. Das martensitische Gefüge ist daher für Bauteile wie Nockenwellen und Schlepphebel nicht das ideale Gefüge.
In der DD-A-204 106 wird nicht ausdrücklich gesagt, daß es sich bei dem dort angesprochenem Verfahren um Martensithärten handelt. Die angegebenen Härtewerte (HV0.05) liegen zwischen 1500 und 1650. Die zu härtende Oberfläche wird vorher geschliffen. Durch die Laserbehandlung wird sowohl bei Stahl (Beispiele 1 und 2) als auch bei Gußeisen (Beispiel 3) das zuvor existierende Perlit/Ferrit-Gefüge umgewandelt, ohne daß dabei die Oberfläche geschmolzen wird. Graphitausscheidungen im Gußeisen werden durch die Laserbehandlung nicht verändert.
Bei der zweiten Schrift "Metal Science and Heat Treatment Nr. 20" wird der Einfluß von Elektronenstrahlung auf Eigenschaften von verschiedenen Gußeisensorten untersucht. Die erzeugten Oberflächentemperaturen werden ausdrücklich so gesteuert, daß es zu einem Umwandlungshärten durch Martensitbildung kommt, wie aus dem dritten und zweiten Absatz von unten auf Seite 545 der entsprechenden Zeitschrift zum Ausdruck kommt. Auf Seite 544 ist allerdings erwähnt, daß durch Bestrahlung mit Elektronen Zementit einer Härte von HV1100 in Zementit einer Härte von HV1250 umgewandelt wurde.
Werkstatt und Betrieb 123 (1990) November, Nr.11, S.875-877, bezieht sich auf das Martensithärten mit Laserstrahlen unter Anwendung einer Kohlepulver-Beschichtung; bei zu hohen Schichtdicken wurden Kohlenstoff-Diffusion und eine Umschmelz-Umwandlung in Ledeburit beobachtet.
Weiterhin gibt es das Verfahren des sogenannten Laserumschmelzhärtens. Hier wird mittels des Laserstrahls eine geschmolzene Schicht an der Oberfläche des Bauteils erzeugt, welche durch rasche Erstarrung zu einem harten ledeburitischen Gefüge führt. Beispiele für diese Verfahrensweise sind aus den deutschen Patentschriften 34 18 555 und 36 26 799 bekannt.
Eine weitere Verfahrenskategorie umfaßt das Laserschichteinschmelzen. Bei diesem Verfahren wird eine auf einem Substrat aufgetragene Graphitschicht in die Schicht eingeschmolzen.Beim Erstarren bzw. Abkühlen des Substrats bilden sich Karbide. Mit anderen Worten wird durch Einschmelzen des Graphits Kohlenstoff in die Schicht eingebracht, der im schmelzflüssigen Zustand sich auflöst, ein Mischkristall bildet und beim Abkühlen mit Atomen des Substrats Cr, W, V, Mn, Fe Karbide bildet, die in Form von körniger bzw. dendritischer Ausscheidungen vorliegen, beispielsweise TiC (wenn das Substrat ein Ti-Werkstoff ist) aus dem gelösten Graphit. Ein Beispiel für diese Verfahrensweise ist der DE-OS 35 45 128 zu entnehmen.
In allen diesen Fällen wird ein Hochleistungslaser, häufig ein CO2-Laser benutzt.
Aus der DE-OS 39 32 328 ist im übrigen ein Verfahren zur Bearbeitung von durch Reibung beanspruchten Flächen in Brennkraftmaschinen, insbesondere der Zylinderlaufflächen von Kolbenmotoren bekannt, wobei die Fläche gehont und zusätzlich einer Laserstrahlbehandlung unterzogen wird. Diese Laserstrahlbehandlung nach vorherigem Honen wird vorzugsweise durch einen gepulsten sogenannten Excimer-Laser durchgeführt, wobei diese Behandlung eine Oberflächenabdampfung von Mikroriefen bei Erhaltung der Makroriefen (ölfördernde Honriefen) ohne ungewollte Umschmelzerscheinungen verursacht. Die DE-OS 39 32 398 erwähnt eine nicht gezielt erzeugte "Haut" im Nanometerbereich (< 1µm), d.h. in der Größenordnung von 0,001µm. Durch die extremen Abschreckraten ist sie meist übersättigt oder bereits schon amorph und deshalb eventuell hart.
Im Vergleich zu den bekannten Verfahren liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzusehen, das das Aufhärten und vorzugsweise auch das gleichzeitige Mikroglätten von Maschinenbauteilen, ermöglicht, welche entweder in Form eines Hartgußteils mit ledeburitischem Gefüge oder in Form eines Stahlteils mit perlitischem Gefüge vorliegen, wobei das Verfahren so durchgeführt wird, daß eine neuartige Gefügestruktur an der Oberfläche des Bauteiles erreicht wird, das nicht nur eine harte und vorzugsweise auch mikroglatte Oberfläche bietet, sondern auch keinerlei Nachbearbeitung erfordert, wobei aber eine eventuelle Nachbearbeitung für Sonderzwecke nicht ausgeschlossen ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß die Merkmale von Anspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2-16 definiert.
Im Gegensatz zu den bekannten Laserumwandlungshärten, das eine martensitische Struktur an der Oberfläche des Maschinenbauteils erzeugt, wird durch die Erfindung durch gezielte Wahl der Leistungsdichte sowie der Zeitdauer der lokalen Aufwärmung eine nahezu geschlossene Zementitoberfläche anstelle des Perlits in Stahl und Perlitbereiche im Hartguß erzeugt. Die Wahl der Leistungsdichte und Zeitdauer der Behandlung wird weiterhin so getroffen, daß nach der lokalen Aufwärmung der Oberfläche eine Selbstabschreckung der Oberflächenschicht durch die Umgebungstemperatur und die innerhalb des Bauteils herrschenden Temperaturen eintritt, wobei eine Rückbildung in den ursprünglichen Phasenzustand nicht oder nur unvollständig erfolgt. Dies bedeutet, daß es bei einem perlitischen oder ledeburitischem Gefüge an der Oberfläche bzw. an der Oberflächenschicht zu einem Vermengen der Zementitsubstanz auf Kosten des stöchiometrischen Gefügeaufbaus kommt. Durch die Behandlung mit dem jeweiligen Arbeitsstrahl (Laser, Elektronenstrahl bzw. Lichtbogenlampe) wird das eine Gefügebestandteil lokal teigig bzw. es schmilzt, während die anderen Gefügebestandteile im festen Zustand verbleiben. Üblicherweise handelt es sich bei dem Gefügebestandteil, der lokal teigig wird bzw. schmilzt, um die Bereiche zwischen den großen Zementitlamellen und dem Perlit. Hier spielt das Eisen-Kohlenstoffzustandsdiagramm unter Berücksichtigung der Ungleichgewichtsverhältnisse eine entscheidende Rolle.
Die Behandlung soll so durchgeführt werden, d.h. vor allem so kurz dauern, daß sich in der Randschicht keine Homogene, z.B. austenitische Mischkristalle ausbilden können, wobei stets genügend Zementitkeime in der Randschicht und im Substrat vorhanden sein müssen, so daß beim Abschrecken (Selbstabschreckung oder evtl. mit Hilfe eines Kältestrahls) stets Zementit und nicht Restaustenit gebildet wird.
Die Behandlung läßt sich so durchführen, beispielsweise mit einer gepulsten Strahlenquelle hoher Energiedichte, wie z.B. mit einem Excimer-Laser, daß ein ausgeprägtes Abdampfen (Sublimation) und Schmelzen einer dünnen Oberflächenhaut erfolgt, was zu einem ausgeprägten Mikroglätten der Oberfläche führt.
Im allgemeinen ist es sinnvoll, vor der Behandlung mit dem Strahl hoher Energiedichte, das jeweilige Bauteil wenigstens an der zu behandelnden Oberfläche zu schleifen, wobei aber auch schalenhart gegossene Oberflächen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden können. Typische Anwendungsbeispiele für das vorliegende Verfahren sind die Erzeugung von harten und ggf. mikroglatten Oberflächen an Nockenwellen oder Schlepphebel von Verbrennungsmotoren.
Typische Werte für die verwendete Energiedichte liegen im Bereich von 2 x 103 bis 5 x 105 W/cm2.
Angaben zu typischen Belichtungszeiten bzw. Behandlungszeiten für die einzelnen Stellen der Oberfläche sind den weiteren Unteransprüchen bzw. den Beispielen zu entnehmen. Die Erfindung schafft daher eine berührungslose, sehr schnelle Methode zum gleichzeitigen Glätten und Aufhärten von heterogenen Verschleißoberflächen metallischer Werkstoffe. Weiterhin ermöglicht es die Erfindung das Mikroglätten geschliffener Verschleißoberflächen mit dem Aufhärten durch Zementitvermengung an gegossenen Hartgußteilen mit ledeburitischem bzw. Stahl mit perlitischem Gefüge in einer Operation zu vereinigen. Durch die Bildung von nahezu kompakten geschlossenen Zementitoberflächen anstelle des Perlits im Stahl und Perlitbereichen im Hartguß, wird besonders die adhäsive Verschleißbeständigkeit stark verbessert. Die Erfindung weist auch folgende Vorteile auf:
  • sie ersetzt das mechanische Mikroglätten (Mikrofinishen) von Verschleißoberflächen auf Nockenwellen und Schlepphebeln,
  • sie verringert den Einlaufverschleiß,
  • die Behandlung dauert sehr kurz, typischerweise bis zu einer halben Minute pro Nockenwelle,
  • die Methode läßt sich sehr gut in die Produktionslinie einfügen.
Durch die Erfindung werden Maschinenbauteile behandelt, die entweder in Form eines Hartgußteils mit ledeburitischem Gefüge oder in Form eines Stahlteils mit perlitischem Gefüge vorliegen, mit dem besonderen Kennzeichen, daß eine nahezu geschlossene Zementitoberfläche vorliegt, wobei das Bauteil eine Oberflächenhärte oberhalb von 900 HV, vorzugsweise etwa 1100 HV aufweist und die Zementitausscheidungsdichte in den zwischenlamellaren Bereichen von der Oberfläche in Richtung Matrix kontinuierlich abnimmt. Das Bauteil kann beispielsweise eine Nockenwelle oder ein Schlepphebel sein, es sind aber natürlich auch viele andere denkbare Maschinenbauteile, welche erfindungsgemäß behandelt werden können.
Schließlich soll zum Ausdruck gebracht werden, daß die Behandlung grundsätzlich in der Luft durchführbar ist, wenigstens mit einem Laserstrahl oder mit einer Lichtbogenlampe, da Oxidationsvorgänge nicht oder nicht im ausgeprägten Maße zu befürchten sind. Es kann unter Umständen nützlich sein, die Behandlung mit der gewählten Strahlart in einer ausgewählten Gasatmosphäre durchzuführen, um spezielle Effekte zu erreichen. Beispielsweise könnte die Behandlung in einer stickstoffhaltigen oder CO2-haltigen Atmosphäre durchgeführt werden, wenn ein Nitrieren oder Aufkohlen der Oberfläche des Werkstücks zusätzlich erwünscht ist.
Die Erfindung wird nachfolgend näher erläutert, anhand von vier elektronenmikroskopischen Abbildungen und drei Ausführungsbeispielen.
Die rasterelektronenmikroskopischen Abbildungen zeigen:
Fig. 1
eine Draufsicht auf eine umgeschmolzene Lauffläche einer Gußeisennockenwelle vor Anwendung der erfindungsgemäßen Behandlung (2580 mal vergrößert),
Fig. 2
die Oberfläche nach Fig. 1, jedoch nach zusätzlicher erfindungsgemäßer Behandlung mit einem Excimer-Laser (2040 mal vergrößert),
Fig. 3
eine Draufsicht auf ein eutektoidales Gefüge eines unbehandelten Stahls mit 0,8%C (1010 mal vergrößert und geätzt),
Fig. 4
das Gefüge aus Fig. 3 nach erfindungsgemäßer Laserbehandlung mit Schliff senkrecht zur behandelten Oberfläche bei 40000-facher Vergrößerung und geätzt.
Wie bereits oben erläutert, befaßt sich die Erfindung mit der Oberflächenbehandlung von Maschinenbauteilen mit heterogenem (über-, unter- oder -eutektischem) Gußgefüge, so wie in Fig. 1 dargestellt, bzw. mit über-, unter- oder -eutektoidalem Stahlgefüge, so wie in Fig. 3 dargestellt.
Die rasterelektronenmikroskopische Draufsicht der Fig. 1 zeigt eine WIG-umgeschmolzene Lauffläche einer Gußeisennockenwelle mit einem untereutektischem Gefüge aus Zementitlamellen und feinem Perlit. Das WIG-Umschmelzverfahren stellt eine mögliche, jedoch nicht zwingend erforderliche Vorbehandlung dar. In Fig. 1 sind die Zementitlamellen die großflächigen Inseln, während die Perlitbereiche die filigrane Struktur aufweisen. Ein qualitativ ähnliches Gefüge liefert auch Schalenhartguß.
Nach zusätzlicher Behandlung der Oberfläche mit einem Excimer-Laser mit einer Pulsleistungsdichte von beispielsweise 40 mJ/mm2, 2 Pulse, Pulsdauer 40 ns entsteht eine Oberflächenstruktur nach Fig. 2. Aus den Gefügebestandteilen wie im Fig. 1, d.h. aus den Zementitlamellen und feinem Perlit hat sich eine nahezu geschlossene Schicht eines nichtstöchiometrischen Zementits in der Randschicht gebildet. Charakteristisch für diese Behandlung ist, daß die Oberflächenschicht bis in die Nähe der Schmelztemperatur kurzzeitig (kontinuierlich oder durch mehrmalige Pulse) erwärmt wird, so daß in der Randschicht eine Diffusion des Kohlenstoffs aus den Zementitlamellen des Ledeburits in die weichen zwischenlamellaren Ferritbereiche stattfindet. Die Haltezeit auf dieser Temperatur wird so gewählt, daß es nicht zu einer vollständigen Auflösung vorhandener Phasenbestandteile und Bildung eines homogenen Mischkristalls kommt. Durch die darauffolgende Selbstabschreckung der Oberflächenschicht kann eine Rückbildung in den ursprünglichen Phasenzustand nicht oder nur unvollständig erfolgen. Es entsteht daher ein Ungleichgewichtzementit mit einem höheren Volumen als das ursprüngliche. Bei einem perlitischen Gefüge kommt es zu einem "Vermengen" der Zementitsubstanz, wie aus Fig. 2 klar ersichtlich, auf Kosten des stöchiometrischen Gefügeaufbaus, verbunden mit dem Effekt einer Aufhärtung der Oberflächenschicht bis auf 1100 HV.
Die Fig. 3 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines eutektoidalen Gefüges eines Stahls mit ungefähr 0,8%C. Man sieht Ferrit als dunkle Teile der Matrix und Zementit als helle Teile der Matrix in lamellarer Anordnung. Nach Behandlung mit dem Excimer-Laser, wie für die Gußeisenprobe der Fig. 1, entsteht ein Gefügeaufbau in der Randschicht, wie in Fig. 4 dargestellt. Die ursprünglichen Zementitlamellen, welche als hellere Kerne weiterhin sichtbar sind, haben sich in einer Randschicht von ungefähr 2 µm Tiefe "vermengt". Nahezu die ganze Randschicht besteht aus einem vermutlich nicht gleichgewichtigen, teils körnig ausgeschiedenem Zementit. Auch hier hat die kurzzeitige Erwärmung der Oberflächenschicht bis in die Nähe der Schmelztemperatur (kontinuierlich oder durch mehrmalige Pulse des Lasers) in einer Randschicht eine Diffusion des Kohlenstoffs aus den Zementitlamellen des Perlits in die weichen zwischenlamellaren Ferritbereiche bewirkt.
Die erreichte Temperatur in der Nähe der Schmelztemperatur muß so gewählt werden, daß es nicht zu einer vollständigen Auflösung vorhandener Phasenbestandteile und Bildung eines homogenen Mischkristalls kommt. Auch hier verhindert die der Wärmebehandlung folgende Selbstabschreckung der Oberflächenschicht eine Rückbildung in den ursprünglichen Phasenzustand. Ebenso entsteht in diesem Beispiel ein Ungleichgewicht Zementit mit einem höheren Volumen als das ursprüngliche.
Sowohl bei dem perlitischen als auch bei dem ledeburitischem Gefüge kommt es daher zu einem "Vermengen" der Zementitsubstanz auf Kosten des stöchiometrischen Gefügeaufbaus, verbunden mit dem Effekt einer Aufhärtung der Oberflächenschicht bis auf 1100 HV. Im günstigsten Fall wird es bei beiden Metallsorten auf der behandelten Oberfläche zur Ausbildung einer sogar geschlossenen nichtstöchiometrischen Zementitschicht kommen, die eine erhebliche Verbesserung der abrasiven und besonders der adhäsiven Verschleißbeständigkeit in der Einlaufphase und im weiteren Betrieb zur Folge hat.
Von Bedeutung bei beiden Metallsorten ist auch, daß das lokale Teigigwerden bzw. Schmelzen der einen, bei gleichzeitigem Verbleiben der anderen Gefügebestandteile im festen Zustand möglich ist, so daß die primären Werkstückoberflächen auch nach der Behandlung formtreu erhalten bleiben, wenn von geringer Oberflächenglättung infolge Abdampfen einer Oberflächenschicht abgesehen wird. Da die Behandlung nur so kurz dauert, daß sich in der Randschicht kein homogener, z.B. austenitischer Mischkristall ausbilden kann, sind stets genügend Zementitkeime in der Randschicht und im Substrat vorhanden, das beim Abschrecken abermals stets Zementit und nicht Restaustenit gebildet wird. Wird die Randschicht mit einer gepulsten Strahlenquelle, vorzugsweise mit einem Excimer-Laser behandelt, so wird zusätzlich ein starkes Abdampfen (Sublimation) und Schmelzen einer dünnen Oberflächenhaut stattfinden. Infolge des Verdampfens sowie der Oberflächenspannung der geschmolzenen Oberflächenhaut wird in diesem Fall ein zusätzliches Mikroglätten (Entfernen der Schleifriefen, Verschuppungen und des Blechmantels) stattfinden. Bei entsprechender Einstellung der Laserparameter wird ein gleichzeitiges Glätten der Oberfläche und "Vermengen" des Zementits bis zur Ausbildung einer geschlossenen Schicht stattfinden.
Die Erfindung beschreibt daher eine Methode der berührungslosen Erzeugung von dünnen Verschleißschichten, hauptsächlich durch "Vermengung" der Zementitoberfläche. Dabei wird auch eine Verbesserung der Pitting- und Ermündungsbeständigkeit erreicht. Die Erfindung beinhaltet gleichzeitig eine Glättung der Oberfläche. Diese Behandlung kann das mechanische Mikrofinishen erfolgreich ersetzen. Der Einlaufverschleiß wird durch das Glätten stark reduziert. Das Verfahren hat auch den besonderen Vorteil, daß es sich ohne weiteres in bestehenden Produktionslinien ohne großen Aufwand integrieren läßt.
Um die praktische Ausübung der Erfindung näher darzustellen, werden nun einige konkrete Ausführungsbeispiele beschrieben:
Beispiel 1
Die geschliffene ledeburitische Nockenoberfläche einer Nockenwelle (NW) wird mit einem CO2-Laser im CW-Betrieb (Kontinuierlicher, nicht gepulster Laserstrahl) mit einem rechteckigen Strahlquerschnitt der Größe 2 x 10 bzw. 1 x 20 mm2 durch Rotation der Nockenwelle unter dem Laserstrahl behandelt. Die Breite von ca. 10 bzw. 20 mm entspricht der Nockenbreite einer NW mit 4- bzw. 2-Ventiltechnik. Die Oberflächentemperatur im Bereich Liquidus-Solidus von 1150 bis 1250°C (teigiger Zustand der Oberflächenschicht) wird mit bekannten "on line" Temperaturmeßsystemen überwacht.
Die Leistungsdichte beträgt 5 x 103 bis 105 W/cm2. Bei genannter Strahlquerschnittgröße wird eine Laserleistung von 5 bis 8 kW benötigt. Die Rotationsgeschwindigkeit der Nockenwelle wird aus der Verweilzeit des Laserstrahls auf der Nockenoberfläche bestimmt. Für eine Karbidschichtdicke von 3 bis 10 µm wird eine Verweilzeit (Belichtungszeit) von 0,3 bis 10 s benötigt. Wird die Behandlung im Pulsbetrieb mit einem CO2- bzw. Nd: YAG-Laser durchgeführt, so werden mindestens um 20% geringere mittlere Leistungsdichten benötigt.
Beispiel 2
Die ledeburitische Nockenlauffläche eines schalenhartguß- bzw. randschichtumschmolzenen (WIG; Laser, Elektronenstrahl) Schlepphebels wird zwecks Ausbildung einer dünnen, jedoch nahezu dichten karbidischen Verschleißschicht mit dem Elektronenstrahl behandelt. Der E-Strahl mit 0,1 bis 0,5 mm Strahldurchmesser rastert die gesamte Nockenlauffläche auf bekannter Weise ein oder mehrmals ab. Bei mehrmaligen Abrastern der Oberfläche wird ebenfalls eine nahezu konstante, mittlere Temperatur der Oberfläche, die über den Liquidus nicht hinaussteigt, erhalten bleiben. Beispielsweise wird eine Ablenkungsfrequenz des E-Strahles von 100 bis 500 Hz in der Y-Achse und eine Vorschubgeschwindigkeit des Schlepphebels in X-Achse von 5 bis 60 mm/s angewandt, abhängig davon, ob eine Vorwärmung des Schlepphebels vorher stattgefunden hat oder nicht. Die im Beispiel benötigte Leistung der Elektronenstrahlkanone betrug 3 kW (60 V, 50 A).
Der Vorteil des Elektronenstrahls liegt in diesem Fall in der hohen Führungsgenauigkeit und Ablenkbarkeit sowie in der lokalen Wiederholbarkeit der Behandlung. Dadurch können ohne speziellen Aufwand je nach Bedarf auf einer Oberfläche Karbidschichten unterschiedlicher Dicke erzeugt werden (maßgeschneiderte Schichtdicken).
Beispiel 3
Zur Erzeugung einer dünnen Karbidschicht auf Stahloberflächen mit perlitisch bzw. perlitisch-ferritischem Gefüge werden Oberflächentemperaturen von 1250 bis 1450°C benötigt. Bei einem CO2-Laser im CW-Betrieb (Kontinuierlicher Strahl) wird mit einer Laserleistungsdichte im Bereich 2 x 104 bis 5 x 105 W/cm2 und im Pulsbetrieb mit einer mittleren Leistungsdichte die mindestens 20% geringer ist, gearbeitet.
Die Strahleinwirkungszeit ist vergleichbar mit der, die für ein ledeburitisches Gefüge benötigt wird (Beispiel 1). Zwar liegt hier die Liquidus-Solidus-Temperatur höher, jedoch ist auch die Diffusionsgeschwindigkeit entsprechend der Temperatur höher.
Charakteristisch für die Karbidschicht der vorliegenden Erfindung ist, daß diese auf vorhandenen verschleißfesten Ledeburit bzw. Perlit erzeugt wird, die Verschleißbeständigkeit verbessert wird und daß die Zementitausscheidungsdichte in den zwischenlamellaren Bereichen stets von der Oberfläche in Richtung Matrix abnimmt.
Durch die oben gemachten Beispiele und die dort genannten Parameterwerte werden die Unterschiede zu den in der US-PS 4 304 978 verwendeten Parameterwerten klar, d.h. es liegt nicht nur ein unterschiedliches Bestreben vor (wie eingangs genannt, befaßt sich die US-PS mit Umwandlungshärten, das durch Martensitbildung erreicht werden), sondern führen auch die in der US-PS 4 304 978 genannten Parameterwerte nicht zufällig zu der in der vorliegenden Anmeldung angestrebten Zementitvermengung.
Die in der US-PS 4 304 978 beschriebene Leistungsdichte von 1550 bis 2480 W/cm2 steht dem Wert von 5000 bis 500 000 W/cm2 nach der vorliegenden Erfindung gegenüber. Auch die in der US-PS genannten Belichtungszeiten von 0,017 bis 0,026 S sind mit den in der vorliegenden Anmeldung genannten Werten von 0,1 bis 10 s nicht vergleichbar.
Werden die Parameter des gepulsten Excimer-Lasers in Betracht gezogen, liegen bei der vorliegenden Erfindung wesentlich kürzere Belichtungszeiten von 4 Pulse x 40ns = 160 ns = 0,00000016 s vor. Auch die mittlere Leistungsdichte, beispielsweise bei einem Nd:YAG-Laser liegt bei einem Strahlquerschnitt von 0,5 x 0,5 cm2 und einer mittleren Leistung von 500 W in der Größenordnung von 20000 W/cm2 und daher in einem gänzlich anderen Bereich als in der US-PS 4 304 978 angegeben.

Claims (16)

  1. Verfahren zum Aufhärten und ggf. Glätten von Maschinenbauteilen mittels eines eine Oberflächenaufwärmung des jeweiligen Bauteils bewirkenden Strahls wie z.B. eines Laserstrahls, eines Elektronenstrahls oder eines Lichtbogens, wobei das jeweilige Bauteil, welches entweder in Form eines Hartgußteils mit ledeburitischem Gefüge oder in Form eines Stahlteils mit perlitischem Gefüge vorliegt mit einer hohen Energiedichte behandelt wird, und die Oberflächenschicht bis in die Nähe der Schmelztemperatur d.h. in der Bereich Liquidus-Solidus, kurzzeitig entweder kontinuierlich oder durch mehrmalige Pulse erwärmt wird, so daß in einer Randschicht eine Diffusion des Kohlenstoffs aus den Zementitlamellen des Ledeburits bzw. des Perlits in die weichen zwischenlamellaren Ferritbereiche stattfindet, wobei die Leistungsdichte und Zeitdauer der Behandlung so gewählt wird, daß es bei perlitischen und ledeburitischen Gefügen an der Oberfläche bzw. in der oberflächennahen Schicht zu einer Erhöhung des Zementitvolumens bei nicht-stöchiometrischem Gefügeaufbau kommt, wobei bei der Behandlung das eine Gefügebestandteil lokal teigig wird bzw. schmilzt, während die anderen Gefügebestandteile im festen Zustand verbleiben, wobei die Haltezeit auf der Temperatur in der Nähe der Schmelztemperatur so gewählt wird, daß es nicht zu einer vollständigen Auflösung vorhandener Phasenbestandteile kommt und kein Austenit ausgebildet wird und stets genügend Zementitkeime in der Randschicht und im Substrat vorhanden sind, so daß beim Abschrecken abermals stets Zementit und nicht Restaustenit gebildet wird, wobei die Leistungsdichte sowie die Zeitdauer der lokalen Aufwärmung so gewählt werden, daß eine Zementitoberfläche anstelle des Perlits im Stahl entsteht bzw. der Perlitbereiche im Hartguß entstehen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit einer gepulsten Strahlenquelle hoher Energiedichte wie z.B. mit einem Excimerlaser erfolgt, um zusätzlich ein ausgeprägtes Abdampfen (Sublimation) und Schmelzen einer dünnen Oberflächenhaut zu verursachen.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Behandlung mit dem Strahl hoher Leistungsdichte das jeweilige Bauteil wenigstens an der zu behandelnden Oberfläche geschliffen oder schalenhart gegossen wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es an Nockenwellen oder Schlepphebeln durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungadichte vorzugsweise im Bereich 5 x 103 bis 5 x 105 W/cm2 liegt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Behandlung einer Nockenwelle mit einer ledeburitischen Nockenoberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit einem CO2-Laser im CW-Betrieb (kontinuierlicher, nicht gepulster Laserstrahl) mit einem rechteckigen Strahlquerschnitt mit einer Größe im Bereich 3 mm x 5 mm bis 25 mm x 10 mm, vorzugsweise 2 mm x 10 mm bis 1 mm x 20 mm durchgeführt wird, wobei die Nockenwelle während der Behandlung gedreht wird, wobei die Verweilzeit (Belichtungszeit) an jeder Stelle der behandelten Oberfläche im Bereich zwischen 0,3 bis 10 Sek. liegt, um eine Karbidschichtdicke von 3 bis 10 µm zu erreichen.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserleistung im Bereich von 4 bis 12 kW liegt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächentemperatur im Bereich des Liquidus-Solidus von 1150 bis 1250°C (teilweise teigiger Zustand der Oberflachenstruktur) gehalten und vorzugsweise mittels eines Temperaturmeßsystems überwacht wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 bzw. nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung anstatt im CW-Betrieb im Pulsbetrieb durchgeführt wird, wobei entweder ein CO2-Laser oder ein Nd:YAG-Laser verwendet wird, wobei die mittlere Leistungsdichte um mindestens 20% niedriger liegt als beim CW-Betrieb.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5 zur Behandlung einer ledeburitischen Nockenlauffläche eines schalenhartguß- bzw. randschichtumschmolzenen Schlepphebels mittels eines Elektronenstrahls, wobei der Elektronenstrahl einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von 0,1 bis 0,8 mm aufweist, der die gesamte Nockenlauffläche rasterförmig einmal oder mehrmals abtastet und eine nahezu konstante mittlere Temperatur der Oberfläche erzeugt, die nicht über den Liquidus hinaussteigt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Behandlung einer ledeburitischen Nockenlauffläche eines schalenhartguß- bzw. eines randschichtumschmolzenen Schlepphebels mittels eines Elektronenstrahls, wobei der Elektronenstrahl einen nahezu rechteckigen Querschnitt aufweist, der die gesamte Nockenlaufflächenbreite bzw. Gleitlagerflächenbreite umfaßt und in Umfangsrichtung die Oberfläche kontinuierlich bzw. mehrfach schwenkend belichtet und so eine nahezu konstante mittlere Temperatur der Oberfläche erzeugt, die nicht über den Liquidus hinausgeht bzw. ihn nur in Teilbereichen örtlich begrenzt oder unwesentlich übersteigt.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlkanone eine Leistung von etwa 3 kW aufweist, beispielsweise 50 A bei 60 V.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausrichtung des Elektronenstrahls in der Z-Achse der Strahl in einer hierzu im wesentlichen senkrechten Richtung, bspw. in Richtung der Y- oder X-Achse mit einer Ablenkungsfrequenz von 100 bis 500 Hz über die Breite oder Länge der Nockenlauffläche des Schlepphebels abgelenkt wird, wobei die Nockenlaufrichtung in der jeweils anderen X- oder Y-Achsrichtung oder schräg hierzu mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 5 bis 60 mm/sec vorgeschoben wird, je nachdem, ob eine Vorwärmung des Schlepphebels vorher stattgefunden hat.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von dünnen Karbidschichten auf Stahloberflächen mit perlitisch bzw. perlitisch-ferritischem Gefüge die Oberfläche zu einer Temperatur im Bereich von 1250° bis 1450°C erwärmt wird, welche bei einem Co2-Laser im CW-Betrieb (kontinuierlicher Strahl) eine Laserleistungsdichte im Bereich von 5 x 103 bis 5 x 105 W/cm2 und im Pulsbetrieb eine mittlere Leistungsdichte, die um etwa 20% geringer ist, erzeugt wird, wobei die Strahleinwirkungszeit, d.h. Verweilzeit jeder Stelle der behandelten Oberfläche 0,1 bis 10 s beträgt.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zementitausscheidungsdichte in den zwischenlamellaren Bereichen kontinuierlich von der Oberfläche in Richtung Matrix abnimmt.
  16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit dem Strahl in einer Gasatmosphäre durchgeführt wird, bspw. in einer Gasatmosphäre, welche Stickstoff oder CO2 enthält.
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