Verfahren zur Herstellung verschleissfester Gussteile

Abstract

 Um bei einem Verfahren zur Herstellung verschleißfester Gußtei­le aus einer Gußeisenlegierung, wobei die Gußteile, die Ledebu­ritanteile in Randzonen und Graphitausscheidungen umfassen, bei einer Austenitisierungstemperatur geglüht und nachfolgend abge­schreckt werden, Gußteile mit einer verbesserten Verschleißfe­stigkeit und gleichzeitig einer verbesserten Zugfestigkeit und Dehnungscharakteristik zu erhalten, wird vorgeschlagen, daß das Abschrecken zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei dem die Gußmatrix durch das Glühen im wesentlichen in Austenit umgewandelt ist, wobei jedoch die Karbide der Legierung noch im wesentlichen unzersetzt vorliegen.

Beschreibung

[0001] Verfahren zur Herstellung verschleißfester Gußteile aus einer Gußeisenlegierung unter Verwendung von Gußteilen mit ledeburi­tischen Randzonen oder Oberflächenbereichen und Graphitaus­scheidungen in weiteren Bauteilbereichen, wobei die Gußteile zur Umwandlung der Matrix der ledeburitischen Randzonen oder Oberflächenbereiche in Bainit einer Wärmebehandlung unterzogen werden.

[0002] Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus dem Übersichtsar­tikel von P. Peppler "Schalenhartguß - Eigenschaften und Anwen­dung" in "Konstruieren + Gießen" (1979, Seite 12 ff.) bekannt. Bei der Herstellung von verschleißbeanspruchten Gußteilen wird häufig das Schalenhartgußverfahren oder auch das WIG-Umschmelz­verfahren (WIG = Wolfram-Inertgas-Brenner) eingesetzt, wobei in der Regel in bestimmten Randzonen bzw. Oberflächenbereichen ein ledeburitisches Gefüge erzeugt wird, bei dem die Karbide in ei­ner perlitischen Matrix eingebettet sind.

[0003] Die heutigen Anforderungen an die Festigkeit der Matrix des Le­deburits übersteigen jedoch häufig die gegebenen Eigenschaften des Perlits. Andererseits ist aus der Literatur bekannt, daß ein karbidfreies, graphitisches Gußeisenbauteil mit überwiegend bainitischem Gefüge im Vergleich zu einem Bauteil mit perli­tischem Gefüge eine deutlich höhere Festigkeit besitzt. Diesen graphitischen Gußeisenbauteilen fehlt jedoch die notwendige Verschleißfestigkeit.

[0004] Hiervon ausgehend, stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem Gußteile mit einer verbesser­ten Verschleißfestigkeit und gleichzeitig einer verbesserten Zugfestigkeit und Dehnungscharakteristik erhalten werden können.

[0005] Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Verfahren er­findungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gußteile bei einer Auste­nitisierungstemperatur geglüht und zu einem Zeitpunkt auf eine Zwischenstufentemperatur abgeschreckt werden, zu dem einerseits die Gußmatrix im wesentlichen in Austenit umgewandelt ist und andererseits jedoch die Karbide der Legierung noch im wesentli­chen unzersetzt vorliegen.

[0006] Überraschenderweise wurde gefunden, daß die erfindungsgemäß be­handelten Gußbauteile in den ledeburitischen Randzonen mit bai­nitischer Matrix eine wesentlich verbesserte Verschleißbe­ständigkeit, insbesondere bezüglich der Wälzermüdung, aufwei­sen, da die verschleißhemmende Wirkung der Karbide in Kombina­tion mit der bainitischen Matrix eine höhere Ermüdungsfestig­keit ergibt.

[0007] Ganz entscheidend kommt es bei der Wärmebehandlung darauf an, die Karbide der ledeburitischen Bereiche zu erhalten und diese keinesfalls bei der Wärmebehandlung zu zersetzen. Eine Zerset­zung der Karbide hätte Graphitausscheidungen in den Ledeburit-­Bereichen zur Folge, die die verschleißhemmende Wirkung der Karbide zumindest teilweise zunichte machen würden.

[0008] Durch diese Verfahrensführung wird erreicht, daß zumindest Oberflächenbereiche, wenn nicht gar Randzonen der Gußteile ein ledeburitisches Gefüge aufweisen, bei dem Eisenkarbid und/oder Mischkarbide wesentlich zu der Verschleißfestigkeit der Oberfläche beitragen, während gleichzeitig durch die Einbettung der Karbide in eine nun bainitische Matrix eine sehr gute Fe­stigkeit des Bauteiles und eine hohe Verschleißbeständigkeit, insbesondere Wälzermüdungsfestigkeit, gewährleistet ist.

[0009] Zwar sind eine ganze Reihe von Verfahren zur Behandlung von Graugußteilen bekannt (siehe z.B. die DE-OS 28 53 870), bei de­nen die Bauteile bei einer Austenitisierungstemperatur geglüht werden, jedoch lassen sich diese Verfahren aufgrund der grund­sätzlich verschiedenen Gußmatrixausbildungen nicht auf die Wär­mebehandlung von Gußteilen mit ledeburitischen Randzonen über­tragen, wenn die Vorteile der ledeburitischen Randzone erhalten bleiben sollen.

[0010] Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Be­handeln von Gußteilen, die im Schalenhartgußverfahren gegossen sind und hierdurch ledeburitische Randzonen oder Oberflächenbe­reiche aufweisen, wobei jedoch die Matrix in diesen Bereichen vorwiegend aus Perlit gebildet wird.

[0011] In gleicher Weise eignen sich für das erfindungsgemäße Verfah­ren solche Gußteile, die konventionell gegossen sind, d.h. gra­phitisch erstarrte Bauteile oder sogenannte Graugußteile, bei denen jedoch Oberflächenbereiche oder Randzonen mittels ener­giereicher Strahlung, wie beispielsweise der eines Wolfram-­Inertgas-Brenners, eines Lasers oder eines Elektronenstrahls zu einem ledeburitischen Gefüge umgeschmolzen wurden.

[0012] Die optimale Haltezeit für die Austenitisierungstemperatur ist zum einen in gewisser Weise von den Legierungsbestandteilen der Gußeisenlegierung abhängig, wobei beispielsweise mit bestimmten Elementzusätzen die Zerfallsgeschwindigkeit der Karbidkristalle verringert werden kann, und andererseits von der vorgewählten Austenitisierungstemperatur selbst. Wünschenswert ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Haltezeit für eine gegebene Austenitisierungstemperatur, bei der die Umwandlung in Austenit mindestens zu etwa 80 % erfolgt. Vorzugsweise erfolgt die Um­wandlung nahezu vollständig.

[0013] Das zweite wesentliche Kriterium des erfindungsgemä en Verfah­rens ist die Erhaltung der Karbidkristalle. Diese sollen gemäß besonderer Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest in der Größenordnung von ca. 80 % bei der Umwandlung der Gußma­trix in Austenit erhalten bleiben, wobei bei einer bevorzugten Verfahrensweise mindestens 90 % der Karbide am Ende der Halte­zeit bei der Austenitisierungstemperatur noch in kristalliner Form vorliegen.

[0014] Am meisten bevorzugt ist eine Verfahrensführung, bei der mehr als 95 % der Karbide noch in kristalliner Form in der Gußmatrix vorliegen.

[0015] Zweckmäßig wird dem Glühen bei der Austenitisierungstemperatur ein Vorwärmeprozeß vorgeschaltet, bei dem das Gußteil auf eine Temperatur von ca. 300 bis 700° C erwärmt wird. Die Temperatur bei diesem Vorwärme- oder Vorheizprozeß ist so gewählt, daß sich das Gußgefüge im wesentlichen nicht verändert, und ande­rerseits die Erreichung der Austenitisierungstemperatur relativ rasch erfolgen kann. Bevorzugt soll während des Haltens auf Vorwärmtemperatur eine weitgehend gleichmäßige Erwärmung des Gußteils über den gesamten Querschnitt erreicht werden.

[0016] Dadurch kann die Haltezeit bei der Austenitisierungstemperatur bei einer fast vollständigen Umwandlung der Gußmatrix in Auste­nit sehr kurz gehalten werden, wodurch wiederum der Karbidan­teil im wesentlichen vollständig erhalten bleibt. Die Haltezei­ten bei solchen Prozessen liegen in Abhängigkeit der einzelnen Legierungsbestandteile und der Austenitisierungstemperatur größenordnungsmäßig zwischen 3 und 10 Minuten.

[0017] Die Haltezeiten bei der Austenitisierungstemperatur können ins­ besondere dann relativ kurz gehalten werden, wenn die Tempera­tur während dem Vorheizprozeß im Bereich von 550 bis 650° C eingestellt wird. Dieser Vorwärmtemperaturbereich ist deshalb optimal, weil zum einen bei einer Temperatur bis zu 650° C mit Sicherheit noch keine Zerfallprozesse der Karbidkristalle in der Gußmatrix ablaufen können und Weil zum anderen eine Vorwär­mung des gesamten Gußteils bis nahe an die Austenitisie­rungstemperatur erfolgt. Die nachfolgende Erwärmung auf die Au­stenitierungstemperatur, bei der die Umwandlung von Perlit in Austenit erfolgt, hat dann zur Folge, da auch das Innere des Gußteiles auf Austenitisierungstemperatur während der Haltezeit erhitzt wird. Neben diesen geschilderten Vorteilen hat der dem Glühen bei der Austenitisierungstemperatur vorgeschaltete Vor­heizprozeß den weiteren Vorteil, daß bei dem zu behandelnden Gußteil kein Verziehen wegen ungleichmäßiger Temperaturver­teilung im Gußteil erfolgt.

[0018] Bei dem anschließenden Glühen der Gußteile bei der Austeniti­sierungstemperatur wird ein Temperaturbereich von 800 bis 960° C bevorzugt. An der unteren Grenze dieses Temperaturbereiches wird selbstverständlich eine etwas längere Haltezeit bei der Austenitisierungstemperatur notwendig sein als an der oberen Grenze des angegebenen Bereiches.

[0019] Die Austenitisierungstemperatur sollte mindestens 3 min bis ma­ximal 10 min gehalten werden.

[0020] Vorzugsweise wird die Austenitisierungstemperatur lediglich für 5 bis 7 min gehalten.

[0021] Im Anschluß an die Austenitisierung werden die Bauteile bevor­zugt in einem Warmbad abgeschreckt, was eine gezielte Erzeugung der Bainit-Matrix erlaubt. Als Warmbad finden dabei Ölbäder, Salzbäder oder auch Sandwirbelbetten Verwendung, wie dies aus anderem Zusammenhang bekannt ist.

[0022] Vorzugsweise wird die Warmbadtemperatur im Bereich von ca. 220 bis 450° C gewählt. Unterhalb von 220° C wird zunehmend Marten­sit bei der Abkühlung erhalten, was die Gußteileigenschaften negativ beeinflußt. Oberhalb von 450° C wird keine ausreichende Härtung des Gußteiles erreicht.

[0023] Die Behandlungsdauer im Warmbad beträgt zwischen 0,1 und 4 Std. Die untere Grenze von 0,1 Std. ergibt sich daraus, daß bei kleineren Zeitspannen keine ausreichende Umwandlung in Bainit mehr erfolgt. Die Obergrenze für die Behandlungsdauer von 4 Std. ergibt sich daraus, daß dort der Verlust von bainitischen Eigenschaften der Matrix einsetzt, d.h. die schon gebildeten bainitischen Bereiche unterliegen dann in merklichem Umfang weiteren Umwandlungsprozessen.

[0024] Zur Erzielung definierter Eigenschaften des Gußteiles wird die Temperatur im Warmbad vorzugsweise konstant gehalten, d.h. die Temperatur wird auf einen Wert von ca. ± 20° C geregelt.

[0025] Alternativ dazu kann die Temperatur des Warmbades in einer er­sten Zeitspanne nach dem Einbringen der Gußteile in das Warmbad niedriger liegen als im restlichen Teil der Behandlungszeit. Dieser Temperaturunterschied beträgt vorzugsweise zwischen ca. 30 und 100° C.

[0026] Es ergeben sich insbesondere zwei Fälle, bei denen von einer konstanten Temperaturführung bei der Warmbadbehandlung abgegan­gen wird und bei der mit einer zunächst tiefer liegenden Tempe­ratur des Warmbades begonnen wird. Diese Vorgehensweise em­pfiehlt sich einmal dann, wenn das Gewichtsverhältnis von Bad­inhalt und einzubringenden Gußteilen relativ klein ist, d.h. wenn das Warmbad eine vergleichsweise kleine Wärmekapazität ge­genüber der Wärmekapazität der gleichzeitig einzubringenden Gußteile aufweist. Wird die Badtemperatur bei diesen Bedingun­gen zunächst auf einen tieferen Temperaturwert geregelt, so er­ folgt mit dem Einbringen der heißen Gußteile keine Erwärmung des Bades über den für die Behandlung im Warmbad gewünschten Temperaturwert hinaus.

[0027] Unabhängig von dem Verhältnis der Wärmekapazitäten von Badin­halt und einzubringenden Gußteilen kann ein zunächst niedriger gewählter Temperaturwert des Warmbades dazu verwendet werden, durch die stärkere Abkühlung beim Abschrecken verstärkt Kri­stallisationszentren in dem Gußteil auszubilden, so daß sich eine feinere Gußstruktur ergibt. Die nachfolgende Temperaturer­höhung auf den eigentlichen Wärmebadbehandlungswert erfolgt deshalb, um die erwünschte Umwandlung von Austenit in Bainit zu beschleunigen. Damit kann die Haltezeit bei der Warmbadbehand­lungstemperatur wesentlich verkürzt werden.

[0028] Derselbe Erfindungsgedanke verkörpert sich in einer vom bishe­rigen Verfahren gänzlich abweichenden Verfahrensführung, näm­lich darin, daß bei einem Verfahren zur Herstellung von Gußtei­len mit ledeburitischen Randzonenbereichen durch die Zugabe von Legierungsbestandteilen zu der Legierung vor dem Gießen, welche das Zeit-/Temperaturverhalten in der Weise verändern, daß bei einem an sich im wesentlichen unveränderten Gieß- und Erkal­tungsvorgang ledeburitische Oberflächenbereiche oder Randzonen erhalten werden, deren Gußmatrix im wesentlichen Bainit umfaßt.

[0029] Bei dieser Methode entfällt also die nachträgliche Wärmebehand­lung des Gußteiles, so daß insbesondere bei den Gußteilen, die ohne Nachbearbeitung verwendbar sind, eine drastische Einspa­rung bezüglich der Herstellungszeiten und auch der Herstel­lungskosten erzielbar ist. Trotzdem werden im Vergleich zu den vorher beschriebenen Verfahren in ihrer Struktur identische Bauteile erhalten, die deshalb auch die gleichen positiven Ei­genschaften wie extrem hohe Verschleißfestigkeit bei gleichzei­tig verbesserten Zugfestigkeits- und Dehnungscharakteristiken aufweisen.

[0030] Bei beiden Verfahrensvarianten werden besonders gute Ergebnisse erzielt, wenn eine Gußlegierung verwendet wird, die als Legie­rungsbestandteile die Elemente Chrom, Vanadin und Wolfram ein­zeln oder in Kombination enthält, wobei der Anteil jedes ein­zelnen dieser Elemente - falls enthalten - 0,1 bis 5 Gew. % be­tragen soll und wobei die Summe der Anteile, falls sie in Kom­bination vorliegen, bis zu 10 Gew. % beträgt. Die Elemente Chrom, Vanadin und Wolfram lassen sich insbesondere zur Regu­lierung der Zerfallsbeständigkeit der Eisen- und/oder Mischkar­bide in der austenitischen Phase verwenden.

[0031] Alternativ hierzu können Gußlegierungen verwendet werden, die als Legierungsbestandteile die Elemente Bor, Titan, Tellur und Wismut einzeln oder in Kombination enthalten, wobei der Anteil eines einzelnen dieser Elemente - falls vorhanden - 0.01 bis 0,2 Gew. % beträgt. Auch diese Elemente und die Variation ihrer Anteile lassen sich dazu einsetzen, die Zerfallgeschwindigkeit der Karbide in der austenitischen Phase zu regulieren oder, an­ders ausgedrückt, die Eisenkarbidkristalle zumindest teilweise oder sogar vollständig zu stabilisieren.

[0032] Als vorteilhaft haben sich auch Gußeisenlegierungen bei beiden Verfahrensführungen erwiesen, die als Legierungsbestandteile Kupfer, Nickel und Molybdän einzeln oder in Kombination enthal­ten mit je einem jeweiligen Anteil von 0,1 bis 8 Gew. % - falls enthalten -, wobei bei einer Kombination dieser Elemente die Summe ihrer Anteile bis zu 15 Gew. % betragen kann.

[0033] Sämtliche vorgenannten Elemente lassen sich als Legierungsbe­standteil dazu verwenden, die zeit- und temperaturabhängige Um­wandlungscharakteristik der Gußlegierung gezielt zu verändern bzw. das Zeit-/Temperaturverhalten der Legierung gezielt zu be­einflussen, wie dies bereits zuvor ausgeführt wurde. Dies er­öffnet nicht nur, wie bereits erwähnt, die Möglichkeit, direkt mit dem Guß zu einem erfindungsgemäß ausgeprägten Bauteil zu kommen, sondern auch bei der Nachbehandlung der Gußteile zu ei­ner Verfahrensführung, bei der Umwandlungsprozesse so verlang­samt sind, daß geringe zeitliche Unterschiede in den Haltezei­ten, insbesondere bei der Austenitisierungstemperatur und bei der Behandlung im Warmbad, zu keiner gravierenden Qualitäts­schwankung mehr führen. Hierdurch verlängern sich zwar zum Teil die Behandlungszeiten der Bauteile in den verschiedenen Verfah­rensstufen, jedoch überwiegen die Vorteile, die dadurch erhal­ten werden, daß höhere Qualitätsstandards bei verringerten Aus­schußanteilen eingehalten werden können.

[0034] Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, verschleißfeste Guß­teile aus einer Gußeisenlegierung mit Graphitausscheidungen und Ledeburitanteilen vorzuschlagen, bei denen neben ausgezeichne­ten Zugfestigkeits- und Dehnungswerten eine verbesserte Wälzer­müdungsfestigkeit an Oberflächenbereichen besteht.

[0035] Diese Aufgabe wird bei den verschleißfesten Gußteilen aus einer Gußeisenlegierung mit ledeburitischen Randzonen oder Oberflä­chenbereichen dadurch erreicht, daß eine überwiegend bainiti­sche Matrix des Ledeburit vorgesehen wird, in der Fe₃C und/oder Mischkarbide eingebettet sind.

[0036] Gußteile mit einem solchen Aufbau nutzen zum einen die Eigen­schaften des hochfesten und verschleißbeständigen Bainitgefüges und ergänzen dieses zusätzlich durch die Härte der Fe₃C und/oder der Mischkarbide, die in ihrer Kombination zu einer bisher unerreichten Verschleißbeständigkeit bei Gußteilen füh­ren.

[0037] Die erfindungsgemäßen Gußteile können neben einer überwiegend bainitischen Struktur auch Austenit- und/oder Martensitanteile umfassen, ohne daß bezüglich der Abriebfestigkeit deutlich schlechtere Ergebnisse erzielt werden.

[0038] Neben den Oberflächenbereichen, die im wesentlichen graphitfrei sind, enthalten andere Bereiche der Gußteile lamellare, vermi­kulare und/oder kugelige Graphitausscheidungen, die, beispiels­weise in Abhängigkeit des Magnesiumanteiles, frei wählbar sind und andere Eigenschaften als die Verschleißfestigkeit des Guß­teiles bestimmen.

[0039] Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Gußteile sind den Unter­ansprüchen zu entnehmen.

[0040] Die erfindungsgemäßen Gußteile werden vorzugsweise nach den zu­vor beschriebenen Verfahren erhalten, wobei die Gußteile bei dem Nachbehandlungsverfahren zunächst in einem bearbeitbaren Zustand vorliegen und erst in einer der letzten Phasen des Pro­duktionsprozesses dem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen werden.

[0041] Die zuvor beschriebene direkte Methode, bei der der Legierung Legierungsbestandteile so zugegeben werden, daß das Zeit-/Tem­peraturverhalten der Legierung beim Gieß- und Erstarrungsvor­gang so beeinflußt ist, daß sich ledeburitische Randzonen bil­den, deren Gußmatrix im wesentlichen Bainit umfaßt, stellt dazu ein völlig gleichwertiges Herstellungsverfahren dar, das aller­dings hauptsächlich dann zum Einsatz kommt, wenn die herge­stellten Gußteile keiner weiteren Nachbearbeitung mehr unterzo­gen werden müssen. Die Legierungsbestandteile, insbesondere Komponenten wie Nickel, Kupfer, Molybdän und/oder Wolfram, wer­den gezielt so zur Beeinflußung der Phasen-Umwand­lungscharakteristik der Legierung verwendet, daß bei einem un­veränderten, natürlichen Abkühlverhalten des Gußteiles die er­findungsgemäße Struktur in den Randzonen des Gußteiles erhalten wird. Dies bedeutet, daß keinerlei nachträgliche Wärmebehand­lung mehr notwendig ist und daß der Abkühlprozeß der Gußteile durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung in keiner Weise verlängert wird.

[0042] Wegen ihrer besonders hohen Verschleißfestigkeit werden die er­findungsgemäßen Gußteile insbesondere als Bauteile für die Ven­tilsteuerung von Verbrennungsmotoren, als Nockenwellen und de­ren Gegenläufer, wie z.B. Hebeln oder Stösseln, ausgebildet und verwendet.

[0043] Dieses ist jedoch keineswegs das einzige Einsatzgebiet für die erfindungsgemäßen Gußteile, da sie mit Vorteil überall dort einzusetzen sind, wo Gußteile einem abrasiven Verschleiß unter­worfen sind. Beispielsweise sei hier nur der Einsatz von sol­chen Teilen im Bergbau und im Landmaschinenbau erwähnt.

[0044] Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im folgenden an Hand der Beispiele noch näher erläutert.

Beispiel 1:

[0045] Das in diesem Beispiel herzustellende Gußteil ist eine Nocken­welle, die zunächst über das bekannte Schalenhartgußverfahren hergestellt wird. Die Nockenwelle weist dabei bereits Randzo­nenbereiche aus Ledeburit auf, bei denen jedoch die Matrix für die Karbide im wesentlichen aus Perlit besteht. Bei diesem Schalenhartgußverfahren wird eine Gußform verwendet, die im er­starrenden Gußtück an bestimmten Partien eine so hohe Erstar­rungsfrontgeschwindigkeit ermöglicht, daß die Gußeisenschmelze dort in der Randzone des Gußstückes gemäß dem metastabilen Zu­standsdiagramm mit ledeburitischem Gefüge erstarrt, die Karbid­kristalle der Ledeburitbereiche sind hier in einer perlitischen Matrix eingebettet.

[0046] Die sich daran anschließende, erfindungsgemäße Wärmebehandlung dieser Nockenwelle ist in einem Zeit-/Temperaturdiagramm in der Zeichnung wiedergegeben. Danach werden die Gußteile zunächst auf eine Temperatur von ca. 600° C (P 1) aufgeheizt und bis zum Temperaturausgleich im Gußstück (P 2) auf dieser Temperatur ge­ halten. Danach erfolgt eine möglichst rasche Aufheizung auf die Austenitisierungstemperatur (P 3) von ca. 900° C. Nach einer Haltezeit von ca. 7 Minuten (P 4) werden die Nockenwellen auf eine Zwischenstufenvergütungstemperatur von ca. 300° C schnell abgekühlt (P 5) und auf dieser Temperatur (siehe strichpunk­tierten Kurvenverlauf) ca. 2 1/2 Std. gehalten (P 7). Durch die kurze Haltezeit bei hohen Temperaturen wird erreicht, daß die Karbide im Gußstück, wie sie beim Schalenhartguß erzeugt wur­den, noch im wesentlichen unzersetzt erhalten bleiben, während andererseits durch den Vorwärmeproze bei ca. 600° C (P 1 - P 2) die Voraussetzung für eine im wesentlichen vollständige Um­wandlung in Austenit während dieser kurzen Haltezeit gegeben ist.

[0047] Am Ende der Wärmebehandlung (nach P 7) wird die Nockenwelle an der Luft auf Raumtemperatur abgekühlt.

[0048] Die Figur stellt im Bereich von P 5 bis P 6, d.h. bei dem Ver­fahrensschritt der Abschreckung, eine Variante dar, bei der die Temperatur des Warmbades zunächst ca. 50° C unterhalb von der danach eingehaltenen Warmbadtemperatur gewählt wird. Die Vor­teile hierbei sind zum einen die Möglichkeit der besseren Aus­nutzung des Badinhaltes beim Abschrecken, da ein relativ klei­nes Verhältnis der Wärmekapazität des Bades zu der Wärmekapazi­tät der darin einzubringenden Gußteile und damit auch ein rela­tiv kleines Badvolumen gewählt werden kann. Dies bringt nicht nur kleinere Anlagenkosten mit sich, sondern vermindert auch die Energiekosten der Anlage, da ein wesentlich reduzierter Badinhalt auf die entsprechende Nachbehandlungstemperatur oder Zwischenstufenvergütungstemperatur gebracht werden muß. Außer­dem läßt sich bei dieser Verfahrensführung noch erreichen, daß eine erhöhte Bildung von Kristallisationszentren hervorgerufen wird, was sich in einer feineren Struktur des Gußgefüges aus­wirkt.

Beispiel 2:

[0049] Das mit dem erfindungsgemäß en Verfahren zu behandelnde Bauteil, hier eine Nockenwelle, kann gleichermaßen anstatt im Schalen­hartgußverfahren auch durch ein Umschmelzen einer grau erstarr­ten Randzone mittels energiereicher Strahlung, hier beispiels­weise eines WIG-Brenners, erzeugt werden. Die nachfolgende Wär­mebehandlung entsprach der Vorgehensweise gemäß dem Ausfüh­rungsbeispiel 1.

Beispiel 3:

[0050] Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde der Gußeisenlegierung eine Kombination von Legierungselementen zugegeben, nämlich 1,2 % Nickel, 1 % Molybdän und 0,7 % Kupfer. Die Nockenwelle wurde in an sich bekannter Weise im Schalenhartgußverfahren gegossen, ohne daß beim Abkühlen und Erstarren der Schmelze eine besonde­re Temperaturführung aufgezwungen wurde. Durch den gezielten Einsatz der Legierungsbestandteile wurde eine solche Verschie­bung der Phasen-Umwandlungskurven im kontinuierlichen Zeit-­/Temperaturdiagramm zu längeren Umwandlungszeiten erreicht, daß in den Randzonen wiederum im wesentlichen Ledeburit mit baini­tischer Matrix erhalten wurde.

Beispiel 4:

[0051] In diesem Ausführungsbeispiel wurden Nockenwellen entsprechend dem Beispiel 3 hergestellt mit dem Unterschied, daß statt der Legierungsbestandteile Nickel, Molybdän und Kupfer lediglich ein Anteil von 2,5 bis 3 Gew. % Wolfram der Gußeisenlegierung zugesetzt wurde.

[0052] Die Grenzlaufzeiten der gemäß den Beispielen 1 bis 4 herge­ stellten Nockenwellen und Schlepphebel mit den ledeburitischen Randzonen mit bainitischer Matrix liegen je nach Beanspruchsbe­dingungen bis zu 30 % über den Werten, die für die gleichen Bauteile mit der gleichen Gußstruktur, aber perlitischer Matrix in den ledeburitischen Randzonen erreichbar sind.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung verschleißfester Gußteile aus einer Gußeisenlegierung unter Verwendung von Gußteilen mit ledeburitischen Randzonen oder Oberflächenbereichen und Graphitausscheidungen in weiteren Bauteilbereichen, wobei die Gußteile zur Umwandlung der Matrix der ledebu­ritischen Randzonen oder Oberflächenbereiche in Bainit einer Wärmebehandlung unterzogen werden, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Gußteile bei einer Austenitisie­rungstemperatur geglüht und zu einem Zeitpunkt auf eine Zwischenstufentemperatur abgeschreckt werden, zu dem ei­nerseits die Matrix im wesentlichen in Austenit umgewan­delt ist und andererseits jedoch die Karbide der Legie­rung noch im wesentlichen unzersetzt vorliegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschrecken durch Einbringen der Gußteile in ein Warmbad erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Warmbades 220 bis 450° C beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Gußteile ca. 0,1 bis 4 Std. im Warmbad behandelt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Warmbades im wesentlichen konstant ge­halten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Warmbades nach dem Einbringen der Bau­teile erhöht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Warmbad nach dem Einbringen der Bautei­le um ca. 30 bis 100° C erhöht wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der voranstehenden An­sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühen der Guß­teile bei einer Austenitisierungstemperatur von ca. 800 bis 960° C durchgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Austenitisierungstemperatur während ca. 3 bis 10 Mi­nuten gehalten wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der voranstehenden An­sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Glühen bei der Austenitisierungstemperatur ein Aufheizprozeß vorgeschal­tet wird, bei dem das Gußteil zunächst auf eine Tempera­tur von ca. 300 bis 700° C aufgeheizt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur während dem Vorheizprozeß im Bereich von ca. 550 bis 650° C eingestellt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur beim Vorheizprozeß so lange gehalten wird, bis sich eine im wesentlichen kon­stante Temperatur über den Gußteilquerschnitt eingestellt hat.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der voranstehenden An­sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verwendende Gußteil im Schalenhartgußverfahren, gegebenenfalls unter Verwendung von Kühleisen, gegossen ist.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Oberflächenbereiche oder gegebenenfalls ganze Randzonen des zu verwendenden Guß­teiles mittels energiereicher Strahlung, beispielsweise eines Wolfram-Inertgas-Brenners, eines Lasers oder eines Elektronenstrahls, zu einem ledeburitischen Gefüge umge­schmolzen sind.

15. Verfahren zur Herstellung von Gußteilen mit ledeburiti­schen Randzonenbereichen, gekennzeichnet durch die Zugabe von Legierungsbestandteilen zu der Legierung vor dem Gießen, welche das Zeit-/Temperaturverhalten in der Weise verändern, daß bei einem an sich im wesentlichen unverän­derten Gieß- und Erkaltungsvorgang ledeburitische Ober­flächenbereiche oder Randzonen erhalten werden, deren Gußmatrix im wesentlichen Bainit umfaßt.

16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gußeisenlegierung verwendet wird, die als Legierungsbestandteile die Ele­mente Chrom, Vanadin und Wolfram einzeln oder in Kombina­tion enthält, wobei der Anteil des einzelnen Elements je­weils 0,1 bis 5 Gew. % beträgt und wobei die Summe der Anteile der in Kombination enthaltenen Elemente bis zu 10 Gew. % beträgt.

17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gußeisenlegierung verwendet wird, die als Legierungsbestandteile die Ele­mente Bor, Titan, Tellur und Wismut einzeln oder in Kom­bination enthält, wobei der Anteil des einzelnen der Ele­mente 0,01 bis 0,2 Gew. % beträgt.

18. Verfahren nach einem oder mehreren der voranstehenden An­sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gußeisenlegie­rung verwendet wird, die als Legierungsbestandteile Kup­fer, Nickel und Molybdän einzeln oder in Kombination ent­hält mit einem jeweiligen Anteil von 0,1 bis 8 Gew. %, wobei bei einer Kombination dieser Elemente die Summe ih­rer Anteile bis zu 15 Gew. % beträgt.

19. Verschleißfeste Gußteile aus einer Gußeisenlegierung mit ledeburitischen Randzonen oder Oberflächenbereichen, ge­kennzeichnet durch eine überwiegend bainitische Matrix des Ledeburit, in der Fe₃C und/oder Mischkarbide einge­bettet sind.

20. Gußteile nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix neben dem Bainit-Anteil Austenit- und/oder Martensit-Anteile umfaßt.

21. Gußteile nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeich­net, daß die Gußteile Bereiche mit Graphitaussscheidungen umfassen, welche vorzugsweise lamellar, vermikular und/oder kugelig ausgebildet sind.

22. Gußteile nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung einzeln oder in Kombination Chrom, Vanadin und Wolfram mit Gehal­ten von jeweils 0,1 bis 5 Gew. %, in der Kombination in der Summe bis maximal 10 Gew. % enthält.

23. Gußteile nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung einzeln oder in Kombination Bor, Titan, Tellur und Wismut mit Ge­halten von 0,01 bis 0,2 Gew. % umfaßt.

24. Gußteile nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung einzeln oder in Kombination Kupfer, Nickel und Molybdän mit Ge­halten von 0,1 bis 8 Gew. %, in der Kombination mit einer Summe der Gehalte bis zu 15 Gew. %, umfaßt.

25. Gußteile nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß sie gemäß einem oder meh­reren der Ansprüche 1 bis 11 wärmebehandelt sind.

26. Gußteile nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch direktes, ge­steuertes Abkühlen nach dem Gießen hergestellt sind, wo­bei die zeitabhängige Phasen-Umwandlungscharakteristik der verwendeten Gußlegierungen vorzugsweise durch Kompo­nenten wie Nickel, Kupfer, Molybdän und/oder Wolfram zu längeren Umwandlungszeiten hin eingestellt ist.

27. Gußteile nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bauteile für die Ventilsteuerung von Verbrennungsmotoren, insbesondere Nockenwellen und deren Gegenläufer, wie z.B. Hebel oder Stössel, ausgebildet sind.

Zeichnung