Eine neue kombinierte Randschichttechnologie für hochbeanspruchte Gusseisenwerkstoffe* Translated title: A New Combined Surface Treatment Technology for Highly Loaded Cast Iron Materials

Kurzfassung

Legierungs- und gießtechnische Neu- und Weiterentwicklungen von Gusseisen haben zur Erweiterung der Einsatzgebiete dieser Werkstoffe für Bauteile und Werkzeuge auch unter dem Aspekt des Leichtbaus geführt. Zur zusätzlichen lokalen Verbesserung der tribologischen und korrosiven Beanspruchbarkeit wurde eine Technologie zur kombinierten Randschichtbehandlung entwickelt. Dabei wird das Gusseisen lokal mittels Elektronenstrahl umgeschmolzen, sodass eine harte (650 HV 0,3), graphitfreie ledeburitische Schicht entsteht. Diese thermisch gut beständige Schicht (bis ca. 1100 °C) dient als Stützschicht für eine nachfolgend durch Plasmanitrieren erzeugte relativ dünne (< 10 μm), harte Verbindungsschicht. Es werden sowohl die werkstoffspezifischen Einflussfaktoren, wie Graphitmorphologie, chemische Zusammensetzung etc., als auch die Auswirkungen der Prozessparameter auf das Ergebnis der Einzel- und Kombinationsbehandlungen erörtert. Vergleichende Untersuchungen zum Verschleißverhalten (Kugel-Scheibe) haben gezeigt, dass insbesondere bei höheren Lasten (> 100 N) der Mehrwert der Kombinationsbehandlung gegenüber den Einzelbehandlungen voll zum Tragen kommt. Die deutliche Verbesserung des Korrosionsverhaltens nach der Kombinationsbehandlung resultiert aus der defektfreien Ausbildung der Nitrierschicht auf der graphitfreien Umschmelzschicht.

Abstract

New alloying and casting concepts for cast iron alloys have led to expanded fields of application of these alloys for both components and tools including light-weight construction. A combined surface treatment technology for improving the local tribological and corrosive capacity was developed. Therefore the cast iron is remelted by an electron beam, such that a hard (650 HV 0.30) ledeburitic surface layer free of graphite occurs. This layer has a high thermal resistance (up to approx. 1100 °C) and serves as a supporting layer for the relatively thin, hard compound layer produced by the subsequent plasma nitriding process. The scope of this paper covers the influence of process parameters on the results of single and combined treatments. Comparative investigations of wear behaviour (ball-on-disc method) have shown the superiority of the combined treatment especially for higher load conditions (> 100 N). The formation of a defect-free surface compound layer based on a graphite-free remelted layer results in a notable improvement of corrosion behaviour after combined treatment.