DE2109997A1

DE2109997A1 - Verfahren zum metallischen Zemen tieren

Info

Publication number: DE2109997A1
Application number: DE19712109997
Authority: DE
Inventors: Nono Tokio P Kanetake
Original assignee: KITO KAWASAKI KK
Current assignee: Kito Nakakoma Yamanashi Jp KK
Priority date: 1970-03-04
Filing date: 1971-03-03
Publication date: 1971-10-07
Also published as: DE2109997B2; US3811929A; SE370726B; FR2081696B1; DE2109997C3; GB1352944A; FR2081696A1

Description

2109997 Dipl.-Ing. H. Sauerland · Dr.-lng. R. KoWg -

^{M 5}^ Olpl.-Ing. Bergen ^ö ^

Patentanwälte ■ 4ood Düsseldorf ■ Cecilienallee ve · Telefon 432732

Unsere Akte: 26 496 2. März 1971

Il/Ro.

Kabushiki Kaisha Eito, 1084, Nakanoshima,

=3SS=S=S=S==SSSS=SSSSSS3SSSS=SSSC=S==SS

Kawasaki-shi, Kanagawa-ken, Japan S==3===S3=====SSaSSa=SB3SSSBSSB3S

"Verfahren zum metallischen Zementieren"

Zu den üblichen Metallprodukten gehören nichtrostende Stähle, nämlich hochlegierte Stähle, wenn das Material korrosionsfrei, hitzebeständig und verschleißfest sein soll. Diese Metalle sind jedoch teuer. Unter diesem Gesichtspunkt liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Materialsorten zu schaffen, die diesen Anforderungen genügen und dabei billig sind. Mit anderen Worten bezieht sich die Erfindung auf Erzeugnisse aus Eisen oder Stahl, deren Oberfläche die Eigenschaft eines hochlegierten Metalls hat, während im Innern die Zusammensetzung diejenige des ursprünglichen Materials ist. Handelt es sich beispielsweise um eine Kette und berücksichtigt man die Tatsache, daß nichtrostender Stahl nur schlecht schweißbar ist, so wird diese Kette aus einem Stahl von niedrigem Kohlenstoffgehalt hergestellt und die Erfindung wird an dieser Kette angewandt. Dabei bleibt ihre innere mechanische Festigkeit, wie sie ist, und lediglich an der Oberfläche wird eine legierte Schicht gebildet, die korrosionsfest, hitzebeständig und verschleißfest ist. Auf die·· Weist können metallen· Erseugnisse, insbesondere solche aus Elsen oder Stahl, mit ge-

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ringen Kosten hergestellt werden,, die ausgezeichnete Eigenschaften haben, wobei es sich beispielsweise um Ketten handelt.

-Zur näheren Erläuterung der Prinzipien der Erfindung wird auf die nachstehende Beschreibung typischer Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, die in der Zeichnung dargestellt sind· Dort zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt, gesehen von der Seite, zur Veranschaulichung eines Beispiels einer Torrichtung zum metallenen Zementieren, die zur Durchführung der Erfindung benutzt wird,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines anderen Beispiels,

Fig. 3 einen Schnitt in vergrößertem Maßstabe, der einen Teil eines Produkts nach normaler metallener Zementierung zeigt,

Fig. 4 einen Schnitt in vergrößertem Maßstabe zur Veranschaulichung des Zustandes, in welchem die aufzementierten Metalle teilweise fortgefallen sind,

Fig. 5 bis 9

eine zweite AusfUhrungsform der Erfindung, und zwar

Fig. 5 und 6

in vergrößertem Maßstabe gehaltene Schnitte, welche den Oberflächenbereich eines Probestückes zeigen, dessen Oberfläche erfindungsgemäß behandelt worden ist,

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Fig. 7 einen Schnitt in vergrößertem Maßstabe zur Veranschaulichung der Oberfläche eines Stückes, dessen Oberfläche nach dem üblichen Chromzementierverfahren behandelt worden ist,

Fig. 8 ein Schema eines Verfahrens zum Prüfen des Verschleißes,

Fig. 9 eine graphische Darstellung, die das Ergebnis der Verschleißprüfung wiedergibt,

Fig. 10 bis 15

eine dritte Ausführungsform der Erfindung, und zwar

Fig. 10 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Verteilung der Härte einer Kette, die durch das übliche Chromzementierverfahren behandelt worden ist,

Fig. 11 ein Diagramm, das die Verteilung der Restspannung im Falle einer belasteten Kette wiedergibt,

Fig. 12 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Ergebnisses eines ErmUdungstests und

Fig. 15 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Ergebnisses eines Verschleißtests.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Zunächst sei eine Vorrichtung zum metallenen Zementieren

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gemäß der Erfindung unter Hinweis auf Fig. 1 und 2 beschrieben. In dieser Vorrichtung wird ein nichtoxydierendes Gas, beispielsweise Stickstoff, Argon oder ein Kohlenwasserstoffgas, mittels einer großen Anzahl von Blaslöchern eingespritzt, die an einem Einspritzrohr 3 vorgesehen sind, das im unteren Teil einer vorderen Öffnung 2 einer Behandlungskammer 1 angeordnet ist. Es wird ein Gas vorhang gebildet, der den Eintritt von luft verhindert, und eine vordere Tür 4 an der vorderen Öffnung 2 wird geöffnet und sodann ein Eisen- oder Stahlprodukt 5, das durch Zementieren behandelt werden soll, in die Kammer eingebracht. Dabei wird es von einer Schiene 6 unterstützt, durch den Gasvorhang hindurchbewegt und von der Behandlungskammer 1 aufgenommen, in welche außerdem ein Chromchlorid erzeugendes Material 7 eingebracht wird. Sodann wird nach Schließen der Vordertür 4 der Zustrom nicht oxydierenden Gases durch das Einspritzrohr unterbrochen und, nachdem die Luft in der Behandlungskammer 1 durch ein Saugrohr 8 abgesaugt worden ist, die Temperatur in der Behandlungskammer auf etwa 1000⁰C erhöht, wodurch die feinen Partikel aus Chromchlorid, die sich in teilweise geschmolzenem Zustand innerhalb der Behandlungskammer oder an deren Umfang befinden, aufgeschwemmt oder in der Schwebe gehalten und in diesem Zustand für eine Dauer von fünf Stunden gehalten. Während dieser Zeit wird Chrom in die Oberfläche des Eisen- oder Stahlproduktes 5 einzementiert und eine chromzementierte Zone B auf der Oberfläche einer Grundmasse A gebildet.

In der praktischen Anwendung kann ferner, statt das chromerzeugende Material 7 in die Behandlungskammer 1 einzubringen, eine Öffnung 7¹ zum Zuführen feiner Partikel eines metallenen Halogenide in der Kammer 1 vorgesehen werden, und es ist außerdem möglich, die Kammer 1 mit den

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feinen Partikeln durch die öffnung 7' zu speisen.

Als nächster Schritt wird In die mit einem die feinen Partikel des erwähnten Chromchlorids enthaltenden Gas gefüllte Behandlungskammer eine kleine Menge Methan (0,1 bis 5 Vol.?6 sind geeignet und es kann auch Propangas verwendet werden) durch ein Speiserohr 9 eingebracht, und feine Kohlenstoffpartikel werden durch thermische Zersetzung des Methans In der Behandlungskammer erzeugt* Außerdem wird ein Chromkarbid durch die Reaktion dieser feinen Partikel mit dem Chromchlorid geschaffen und dieses Chromkarbid wird auf die Außenfläche der erwähnten chromzementierten Zone B zementiert und auf diese Welse eine Chromzone C, In welcher Chromkarbid verteilt 1st, auf der Oberfläche der Elsen- und Stahlprodukte gebildet.

Als nächster Schritt wird nichtoxydirendes Gas, beispielsweise Stickstoff oder Argon oder Kohlenwasserstoffgas, In die Behandlungskammer 1 durch ein Speiserohr 9 eingebracht und das Elsenchlorid (FeCl₂) enthaltende Gas, das durch die Chromzementierung erzeugt worden 1st, wird durch das Absaugerohr abgesaugt und die Atmosphäre In der Behandlungskammer 1 durch nichtoxydierendes Gas ersetzt.

Bevor das chromzementierte Stück in eine Kühlkammer 10, die mit der Behandlungskammer 1 verbunden ist, übergeführt wird, wird nichtoxydierendes Gas, beispielsweise Stickstoff, Argon, Wasserstoff oder ein Kohlenwasserstoffgas, in die Kühlkammer 10 durch eine Spelserohr 11 eingelassen und Eisenchlorid (FeCl₂) enthaltendes Gas, das in die Kühlkammer 10 aus der Behandlungikammtr 1 eingedrungen ist, durch ein Saugrohr 12 abgesaugt und die Atmosphäre in der Kühlkammer 10 durch nichtoxydierendes Gas ersetzt.

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Sodann wird eine Zwischentür 13 zwischen der mit nichtoxydierendem Gas gefüllten Kühlkammer 10 und der Behandlungskammer 1 geöffnet und das chromzementierte Eisenoder Stahlprodukt in die Kühlkammer 10 mit Unterstützung durch eine Schiene 6 übergeführt, wie durch die Ziffer angedeutet ist. Hierauf wird die Zwischentür 13 geschlossen und das chromzementierte Bisen- oder Stahlprodukt abgekühlt. Sodann wird nichtoxydierendes Gas aus dem Spritzrohr 3 an der Vorderöffnung 2 eingespritzt! wodurch ein Gasvorhang gebildet wird, und die Vordertür 4 wird geöffnet und ein durch Chromzementieren zu behandelndes Eisen- oder StabXprodukt in die Behandlungskammer 1 wie zuvor eingebracht, wobei der Gasvorhang den Eintritt von Luft in die Behandlungskammer verhindert und das Chromzementieren wie zuvor erfolgt.

Wenn das chromzementierte Eisen- oder Stahlprodukt in der Kühlkammer 10 bis auf etwa 300⁰C abgekühlt ist, wird nichtoxydierendes Gas mittels eines Spritzrohrs 15 eingeblasen, das im unteren Bereich einer rückwärtigen öffnung 14 der Kühlkammer 10 angeordnet ist. Dadurch wird ein Gasvorhang erzeugt und das chromzementierte Eisenoder Stahlprodukt aus dem Innern der Kühlkammer 10 herausgenommen, um es durch Luft auf Raumtempartur abzukühlen, wobei Lufteintritt in die Kühlkammer durch den Gasvorhang verhindert wird.

Das chromzementierte Eisen- oder Stahlprodukt, das auf diese Weise erhalten worden ist, hat eine Struktur, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Die chromzementierte Zone B und die Chromzone C, in welcher Chromkarbid verteilt ist, sind übereinander auf der Oberfläche der Grundmasse A aus Ferrit oder Perlit gebildet worden. Da das chrom-

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zementierte Eisen- oder Stahlprodukt nur bis auf eine bestimmte Temperatur in der Kühlkammer unter Bedingungen abgekühlt worden ist, unter denen ein schädlicher Einfluß der Eisenchlorid (FeCl₂) enthaltenden Atmosphäre, die in der Behandlungskammer durch die erwähnte Chromzementierung erzeugt worden war, verhindert wird, so tritt das Phänomen der Entchromung nicht auf, wie es der Fall wäre, wenn die Abkühlung in einer Eisenchlorid (FeCIp) enthaltenden Atmosphäre stattfinden würde. Infolgedessen zeichnet sich das chromzementierte Eisen- oder Stahlprodukt durch hohen Glanz aus.

Gemäß Fig. 2 kann anstelle der Kühlkammer eine Abschreckkammer 18 mit einem öltank 17 vorgesehen werden, und die Atmosphäre aus nichtoxydierendem Gas wird in der Behandlungskammer 1 erzeugt und das chromzementierte Eisenoder Stahlprodukt aus der Behandlungskammer 1 in die Abschreckkammer 18 gebracht, in dem es direkt in den Öltank 17 geworfen wird, in welchem Ölabschreckung stattfindet. Die Struktur im Schnittbild des chromzementierten Eisenoder Stahlprodukts, die durch aufeinanderfolgendes Tempern (Anlassen) innerhalb der Grenzen von 180 und 600⁰C erhalten wird, ist derart, daß die chromzementierte Zone und die Chromzone, in welcher Chromkarbid verteilt ist, auf der Oberfläche der Grundmasse der getemperten (angelassenen) Martensitstruktur erscheinen. Das so erhaltene chromzementierte Eisen- oder Stahlprodukt zeichnet sich durch hohen Glanz und dadurch aus, daß das Phänomen der Entchromung nicht auftritt. Bei der Durchführung der Erfindung kann ferner ein Vorhang aus nichtoxydierendem Gas anstelle der ZwischentUr 13 vorgesehen werden, und nachdem das Chromzementieren in der Behandlungskammer 1 er- , folgt ist, kann das durch Chromzementieren behandelte Stück direkt in die Kühlkammer 10 oder die Abschreckkam-

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mer 18 befördert werden, wobei die Zufuhr von Methan und nichtoxydierendem Gas in die Behandlungskammer 1 fortfällt. Chromjodit oder Chromfluorid od.dgl. können neben Chromfluorid als Chromhalegonid verwendet werden, und das gleiche Ergebnis kann sogar bei Verwendung von Titanhalogenid erzielt werden, beispielsweise Titanchlorid (TiCl^) oder Siliziumhalogenid (SiCl^) anstelle von Chromhalogenid.

Was die Erzeugung der Atmosphäre des erwähnten Halogenids in der Behandlungskammer betrifft, so kann das Halogenid erzeugende Material zuvor in die Behandlungskammer eingebracht werden, wie oben erwähnt wurde, und die feinen Partikel aus Halogenid können in die Behandlungskammer durch das Speiserohr 9 eingeführt werden, oder es können auch beide Methoden gleichzeitig benutzt werden.

Der vordere Teil der Vorrichtung ist mit einem Gaseinspritzrohr 19 zur Bildung eines Gasvorhangs und einer Vorheizkammer 21 mit einer Vordertür 20 versehen, und während Einzementieren von korrosionsfestem Metall in Eisen- oder Stahlprodukte in der Behandlungskammer 1 stattfindet, können die übrigen Eisen- oder Stahlprodukte in der Vorheizkammer 21 vorgewärmt werden, womit erreicht wird, daß das Einzementieren von korrosionsbeständigem Metall mit größerer Wirksamkeit erfolgt.

Nachstehend soll die Durchführung der Erfindung im einzelnen näher beschrieben werden:

Ausführung 1 - (A):

Unter den nachstehenden Bedingungen wurde eine Chromzementierung an einem Zahnrad für eine chemische Maschine

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durchgeführt, das aus Kohlenstoffstahl der chemischen Zusammensetzung 0,025% C, 0,2596 Si, 0,8% Mn, 0,011% P und 0,025% S bestand.

(1) Behandelte Menge: 150 kg (70 Stück) pro Arbeltsgang}

(2) Zementierungstemperatur: 1000⁰C|

(3) Zementierungszeit: 5 Stunden;

(4) Kühlzeit in der Kühlkammer: 2 Stunden.

Nach dem Kühlen in der Kühlkammer fand Abkühlung in atmosphärischer Luft statt.

Das so erhaltene chromzementierte Werkstück hatte eine Chromzone von 18 Mikron Dicke und zeichnete sich durch hohen Glanz aus, ohne daß das Phänomen der Entchromung auftrat, wie es in Fig. 4 veranschaulicht ist. Das Werkstück zeigte außerdem gute Eigenschaften, was die Korrosionsbeständigkeit in einer salpetersäurehaltigen Lösung betraf.

Ausführung 1 - (B):

Unter den folgenden Bedingungen wurde eine Chromzementierung an einem Zahnrad durchgeführt, das aus Chrom-Molybdän-Stahl mit einer chemischen Zusammensetzung von 0,4% C, 0,32% Si, 0,82% Mn, 0,021% P, 0,015% S, 1,02% Cr und 0,25% Mo bestand.

(1) Behandelte Menge: 150 kg (50 Stück) pro Arbeitsgang)

(2) Zementierungstemperatur: 1.030⁰C)

(3) Zementierungszeit: 5 Stunden)

(4) Unmittelbar nach dem Zementieren fand Abschrecken in öl statt.

Das so erhaltene chromzementierte Werkstück hatte eine

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Chromzone von 20 Mikron Dicke, zeichnete sich durch hohen Glanz und Abwesenheit des in Fig. 4 veranschaulichten Phänomens der Entchromung aus und besaß eine Rockwellhärte von 70 an der Oberfläche und eine solche von 52 im Kern. Außerdem zeichnete sich dieses Zahnrad durch eine bemerkenswerte Verbesserung in der Korrosionsbeständigkeit und der Verschleißfestigkeit im Vergleich mit einem gewöhnlichen Zahnrad aus.

Ausführung 2 - (A):

(1) Untersucht wurde ein außen glatter runder Stab von 9,5 mm Durchmesser und 50 mm Länge der nachstehenden chemischen Zusammensetzung.

Stahlart	C	Kohlen stoff stahl	niedrigman- ganhalti ger Stahl	Chrom- Molybdän- Stahl
	Si Mn P	0,43	0,23	0,22
Chemische Zusammen setzung *()**	S	0,21 0,68 0,021	0,19 1,35 0,019	0,21 0,72 0,017
	Cr	0,016	0,020	0,016
	Mo			1,03
			0,21

(2) Behandlung a:

In den Ofen, in welchem das atmosphärisch· Gas von außen gesteuert werden kann, wurd· Jedes Probestück und ein Chromchlorid er-zeugendes Material eingebracht und nach Entfernen der Luft aus dem Ofen die Feinpartikel aus Chromchlorid (CrCl₂), die teilweise in geschmolzenem Zu-

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stand waren und sich innerhalb des ganzen Ofens oder an seinem inneren Umfang befanden, aufgewirbelt, in dem die Temperatur im Ofen auf ungefähr 1000° erhöht wurde. Dieser Zustand wurde für ungefähr 5 Stunden aufrechterhalten, während deren das Einzementieren des Chroms in die Oberfläche jedes Probestücks stattfand. Dadurch wurde eine chromzementierte Zone gebildet. Sodann wurde in den Ofen, der mit dem aus feinen Chromchloridpartikeln bestehenden Gas gefüllt war, eine kleine Menge Methan (geeignet sind 0,1 bis 5 Vol.96, und Propangas kann gleichfalls benutzt werden) eingebracht. Feine Kohlenstoff partikel wurden durch die thermische Zersetzung des Methans in dem Ofen erzeugt. Durch die Reaktion dieser feinen Partikel mit Chromchlorid wurde Chromkarbid erzeugt und durch das Einzementieren dieses Chromkarbids in die Außenfläche der erwähnten chromzementierten Zone wurde eine Chromzone mit darin verteiltem Chromkarbid an der Außenfläche des Probestücks geschaffen.

Hierauf wurde das Probestück, ausgehend unmittelbar von der Ofentemperatur, in öl abgekühlt und das Abschrecken wurde so durchgeführt, daß eine Oxydation an der Oberfläche des Probestücks verhindert wurde. Hierauf erfolgte Tempern (Anlassen) innerhalb der Grenzen von 180 und 600⁰C entsprechend den jeweils nacheinander verlangten mechanischen Eigenschaften.

Die im Schnitt untersuchte Struktur des oberflächenbehandelten Probestücks I, die auf diese Weise erhalten wurde, zeigte eine chromzementierte Zone B von im Durchschnitt etwa 15 Mikron Dicke und eine Chromzone C von im Durchschnitt ungefähr 20 Mikron Dicke, in der Chromkarbid verteilt war. Diese Schichten waren an der Außenfläche der Grundmasse der getemperten oder angelassenen Martensit-

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struktur gebildet worden, wie in Fig. 5 gezeigt ist. (5) Behandlung b.

Wenn nach Beendigung der erläuterten Chromkarbidzementierung das Probestück langsam im Ofen abgekühlt wurde und das Abschrecken im Öl unterblieb, dann ergab sich an der behandelten Oberfläche der Probe II eine Chromzone B von einer durchschnittlichen Dicke von 15 Mikron und eine Chromzone C von 20 Mikron durchschnittlicher Dicke, in welcher Chromkarbid verteilt war. Diese Schichten waren an der Oberfläche der Grundmasse A^f aus Ferrit oder Perlit gemäß Fig. 6 erzeugt worden.

(4) Auf übliche Weise behandeltes Probestück:

Nach Behandlung bei 1000⁰C über fünf Stunden mittels des üblichen Chromz ementi erungs Verfahrens ergab die Schnittuntersuchung der Oberfläche des behandelten Probestücks III nach langsamem Kühlen innerhalb des Ofens eine entkohlte Zone D aus Ferrit von einer durchschnittlichen Dicke von 10 Mikron, eine Zone E, in die Chrom eindiffundiert war, von durchschnittlich 5 Mikron Dicke und eine Chromzone F von durchschnittlich 2o Mikron Dicke an der Oberfläche der Grundmasse A* aus Ferrit und Perlit, wie in Fig. 7 dargestellt ist.

(5) Verschleißtest:

Je zwei Stücke der genannten Probestücke I, II, III werden rechtwinklig zueinander gemäß Fig. 8 angeordnet und Maschinenöl wird als Schmiermittel für diese Stücke benutzt, die hierauf einer Belastung von 500 kg unter hin- und hergehender Bewegung unterworfen werden, wodurch eine

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Änderung in der Größe des Durchmessers entsteht, die als Verschleißverlust gemessen wurde.

Als Ergebnis wurde im Vergleich mit dem Verschleiß an dem oberflächenbehandelten Probestück III, das nach üblichem Verfahren chromzementiert worden war, gefunden, daß das Ausmaß des Verschleißes an dem erfindungsgemäß oberflächenbehandelten Probestück II, das langsam im Ofen abgekühlt worden war, vorzüglich ist, wie in Fig. 9 dargestellt |

ist, und daß ein noch weitaus besseres Ergebnis intezug auf den Verschleiß beim Probestück I erhalten wurde, das abgeschreckt und getempert (angelassen) worden war.

Ausführung 2 - (B):

(1) Das untersuchte Stück stimmte mit dem der Ausführung 2 - (A) überein.

(2) Behandlung:

Nachdem jedes Probestück unter den gleichen Bedingungen wie bei der Ausführung 2 - (A) behandelt und die chrom- ( zementierte Zone gebildet worden war, wurde eine kleine Menge von feinen Partikeln mit sehr kleinem Durchmesser aus Kohlenstoffpulver (ungefähr 10 bis 200 g pro 100 kg und ein Partikeldurchmesser unterhalb von 1 mm sind geeignet) in den Ofen eingebracht und Chromkarbid durch die Reaktion von Chromchlorid und Kohlenstoff erzeugt. Chroazeaentierung und Dispersion dieses Chromkarbide in der Chromsone wurden durchgeführt und das Probestück, dessen Abschrecken und Tempern (Anlassen) unter den gleichen Bedingungen stattfand wie bei der Ausführung 2 - (A), langsam Im Ofen abgekühlt und verarbeitet.

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In dem so erhaltenen oberflächenbehandelten Probestück wurde eine zementierte Zone und eine Chromzone, in der Chromkarbid verteilt war, an der Oberfläche der Eisen- und Stahlgrundmasse gebildet, und die genannte Probe - hatte in bezug auf Verschleißfestigkeit die gleichen Eigenschaften wie im Falle der Ausführung 2 - (A).

Im Falle der Ausführung 2 - (C) wurde ferner das gleiche Ergebnis erzielt, selbst wenn anstelle von Zementierung eine karbonitrierende Behandlung durchgeführt wurde. Das Eisen- oder Stahlprodukt, dessen Oberflächenbehandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt, bildet an seiner Oberfläche eine Chromzone, so daß weder in der Atmosphäre noch in Süßwasser, Seewasser, Salpetersäure, organischen Säuren u.dgl. Rost durch Korrosion entsteht. Die Korrosionsbeständigkeit kann in bemerkenswertem Maße verbessert werden, und da in jener Chromzone sich superharte Kristalle aus Karbiden oder Nitriden des Chroms oder Titans in verteiltem Zustand befinden, kann die Verschleißfestigkeit in bemerkenswertem Maße verbessert werden. Außerdem ist Chrom in hinreichendem Maße in das Eisen hineindiffundiert und hat eine Metallphase gebildet, so daß selbst wenn eine hohe Last partiell auf das Eisenprodukt einwirkt, die Chromzone mit großer Sicherheit daran gehindert wird, sich abzulösen· Ferner nimmt die Eisen- oder Stahlgrundmaase durch das Abschrecken und Tempern (Anlassen) eine getemperte (angelassene) Martensitstruktur an. Damit ergeben sich die Eigenschaf ten, daß das Eisenprodukt bei erhöhter Bruchfestigkeit hinreichend fest gegen Flächenpressung ist und sich durch erhöhte Verschleißfestigkeit muszeichnet·

Ausführung 3t

Eine Gliederkette von 7,1 n» Nornaltbaeeeung und 20,2

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Teilung und eine Gliederkette von 9,5 mm Normalabmessung und 28,6 mm Teilung wurden aus Stahl mit niedrigem Mangangehalt hergestellt (chemische Zusammensetzung: 0,23% C, 0,21% Si, 1,45% Mn, 0,012% P, 0,023% S). Derartiges Material zeichnet sich durch vorzügliche Schweißbarkeit und Härtbarkeit aus. Wird auf diese Ketten die Behandlung a gemäß der Ausführung 2 - (A) in Verbindung mit einem ehr omchlor iderz eugenden Material angewendet, so ergibt sich in der im Schnitt untersuchten Metallstruktur der erhaltenen Gliederketten eine chromzementierte Zone B (Chrom-Eisen-Legierungsschicht) von durchschnittlich etwa 17 Mikron Dicke und eine Chromzone C von durchschnittlich 24 Mikron Dicke, in welcher Chromkarbid verteilt ist. Diese Schichten umgeben einen Kern A getemperter (angelassener) Martensitstruktur durch Abschrecken und Tempern (Anlassen), wie in Fig. 3 und 5 dargestellt ist. Was die Verteilung der Härte im Schnittbild betrifft, so ist die Härte der Chromzone C am größten, die chromzementierte Zone B hat eine Härte einer Eisen-Chrom-Legierung und der Kern hat eine getemperte (angelassene) Martensitstruktur und zeigt einen hohen Grad von Härte wie in Fig. 10 dargestellt ist.

Wenn - wie oben erwähnt - das Abschrecken und Tempern (Anlassen) erfolgt, so ändert sich entsprechend der Differenz der Transformation sowohl in der Chromzone C als auch in der chromzementierten Zone B und dem Kern A das spezifische Volumen des behandelten Teiles der Kette, so daß gemäß Fig. 11 eine Restspannung (Druck) an der Außenseite des Stabes und eine Restspannung (Zug) innerhalb des Stabes entsteht. Demzufolge ergibt sich eine Vorspannung (Druck) innerhalb dem gestreckten Teil 5 der Gliederkette und es wurde eine Verbesserung in der Dauerfestigkeit der Kette beobachtet.

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Nachstehend werden die Ergebnisse von Versuchen beschrieben, die an einer Kette nach der Erfindung, einer Kette üblicher Art, an der keine Chromzementierung vorgenommen wurde, und an einer Kette gewonnen wurde, die nach dem üblichen Verfahren des Chromzementierens gewonnen wurden:

(1) Ermüdungstest:

Untersucht wurde zunächst die konventionelle Gliederkette I von 7,1 mm Normalgröße und 20,2 mm Teilung, die aus Stahl mit niedrigem Mangangehalt bestand und eine chemische Zusammensetzung von 0,23% C, 0,21^6 Si, 1,43% Mn, 0,012% P und 0,023% S hatte, sowie die Gliederkette II (mit ungefähr 24 Mikron durchschnittlicher Dicke der Chromzone C und ungefähr 17 Mikron durchschnittlicher Dicke der chromzementierten Zone) wie sie erfindungsgemäß nach Durchführung des Chromzementier ens und der Wärmebehandlung an einer solchen konventionellen Gliederkette entsprechend dem Verfahren nach der erwähnten Ausführung erhalten werden, untersucht. Wenn die Dauerfestigkeit mit partiell pulsierender Zugspannung (niedrigste Beanspruchung 5 kg/mm ) auf einer Losenhausen-Maschine zur Prüfung der Dauerstandfestigkeit untersucht wurde, erwies sich die Gliederkette nach der Erfindung als ausgeprägt besser als die konventionelle Kette I, wie in Fig. 12 dargestellt ist.

(2) Prüfung auf Verschleißfestigkeit: A Probe I:

Eine Oberflächenbehandlung mittels des üblichen Chromzementierverfahrens wurde an der Gliederkette von 7,1 mm Normalgröße und 20,2 mm Teilung durchgeführt, die aus Stahl mit niedrigem Mangangehalt und einer chemischen

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Zusammensetzung von 0,23% C, 0,21% Si, 1,43% Mn, 0,012% P und 0,023% S und einer Entkohlungszone von Ferritstruktur. Eine Chromdiffusionszone und eine Chromzone waren an der Außenseite des Kernes ausgebildet, der aus Ferrit und Perlit bestand. Die durchschnittliche Dicke jeder Zone war 48 Mikron bei 9, 17 Mikron bei 10 und 24 Mikron bei 11.

B Probestück II:

Das Chromzementieren erfolgte entsprechend einer der hier beschriebenen Ausführungen an der genannten Gliederkette und es wurde, wie in Fig. 3 und 5 dargestellt, eine chromzementierte Zone B und eine Chromzone C mit darin verteilt enthaltenem Chromkarbid an der Außenfläche des Kernes A von getemperter oder angelassener Martensitstruktur durch Abschrecken und Tempern (Anlassen) erhalten. Die durchschnittliche Dicke jeder Zone betrug 17 Mikron bei 13 und 24 Mikron bei 14.

Wenn an den genannten Probestücken I und II ein Verschleißtest durchgeführt wurde, so ergab sich das in { Fig. 13 dargestellte Ergebnis.

In dem Verschleißtest wurde außerdem Maschinenöl auf die Gliederkette gebracht, und die Kette wurde mit 1 to belastet und ihre Auf- und Abwärtsbewegung wurde wiederholt, so dad der Verachiθißverlust (Differenz zwischen der Teilung Tor und der Teilung nach dem Test) gemesstn werden konnte.

Da eine Kette nach der Erfindung an ihrer Oberfläche eine Chroaschicht aufweist, so entsteht ktin Rost durch Kor-

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rosion in der Atmosphäre in Süßwasser, Seewasser, Salpetersäure, organischen Säuren u.dgl. und die Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion kann in bemerkenswerter Weise verbessert werden. Der Umstand, daß die Chromzone superharte Kristalle aus Karbiden oder Nitriden des Chroms und Titans enthält, und zwar im Zustand der Verteilung, ergibt eine bemerkenswerte Verbesserung in der Verschleißfestigkeit. Dabei hat der Kern eine getemperte (angelassene) Martensitstruktur durch das Abschrecken und Tempern (Anlassen) erhalten, so daß die Bruchfestigkeit dadurch erhöht wird. Wenn die Kette belastet wurde, ergab sich eine hinreichende Widerstandsfähigkeit gegen Beanspruchung durch Flächenpressung an den gegenseitigen Berührungsflächen der Glieder. Sodann ist entsprechend der Metallstruktur und der Härte verteilung nach Fig. 10 Chrom in hinreichendem Maße diffundiert, und die Härte dieser Zone, in der Chrom eindiffundiert ist, ändert sich nicht in extremem Maße, so daß selbst dann, wenn die Gliederkette großer Last ausgesetzt ist, die Wirkung erzielt wird, daß die Chromzone mit Sicherheit daran gehindert wird, sich abzulösen.

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Claims

Kabushiki Kaisha Kito, 1084, Nakanoshima, Kawasaki-shi, Kanagawa-ken, Japan Patentansprüche :

1.; Verfahren zum Zementieren metallener Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, daß der zu zementierende Gegenstand in einer Behandlungskammer zementiert wird, in der die feinen Partikel eines Halogenids (beispielsweise Chrom, Titan oder Silizium) im Schwebezustand und im wesentlichen teilweise geschmolzenen Zustand gehalten werden und mindestens eine der folgenden Eigenschaften Termitteln:

Korrosionsbeständigkeitι Hitzebeständigkeitj Verschleißfestigkeit.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem eigentlichen metallischen Zementieren der zementierte Gegenstand in einer Kühlkammer abgekühlt wird, welche nichtoxydierendes Gas enthält, und aus welcher Nebenprodukte, beispielsweise Eisenhalogenid, entfernt worden sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der metallisch zementierte Gegenstand nach dem eigentlichen Zementieren unter Ausnutzung der durch die Zementierbehandlung entstandenen Wärme in einer Abschreckkammer,

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die ein nichtoxydierendes Gas enthält und aus der Nebenprodukte wie Eisenhalogenid etc. entfernt worden sind, auf eine geeignete Temperatur abgeschreckt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, insbesondere zur Behandlung von Gegenständen aus Eisen oder Stahl, auf deren Grundmasse mittels der metallenen Halogenide eine metallene Diffusionszone erzeugt und sodann der Atmosphäre feine Partikel aus Kohlenstoff beigegeben werden, welche Metallkarbide an der Oberfläche der Diffusionszone erzeugen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Einwirkung der metallenen Halogenide eine carborierte Zone oder eine carbonitrierte Zone an der Oberfläche der Grundmasse des Gegenstandes aus Eisen oder Stahl erzeugt wird.

6. Vorrichtung zum metallenen Zementieren, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Zementierkammer mit einer öffnung zum Auslassen von Gas, welches das metallene Zementieren verhindert, einer öffnung zur Zufuhr nichtoxydierenden Gases, einer öffnung zur Zufuhr feiner Partikel aus metallenen Halogeniden und einer Heizquelle, wobei eine Kühlkammer mit einer öffnung zum Auslaß von das metallene Zementieren verhinderndem Gas und einer öffnung zum Einlaß von nichtoxydierendem Gas nebeneinander angeordnet und durch eine Wand getrennt und Mittel in der Wand vorgesehen sind,

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durch welche die Kammer, in der das metallene Zementieren stattfindet, und die Kühlkammer miteinander verbindbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkammer mit Mitteln zum Abschrecken des zementierten Gegenstandes versehen ist.

8. Aus Stahl bestehender Gegenstand, dadurch gekennzeichnet , daß er nach einem der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5 oder in einer Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7 hergestellt ist und aus einer durch Anlassen (Tempern) der Grundmasse von Martensitstruktur besteht, die von einer Schicht umgeben ist, welche durch Zementieren unter Verwendung metallener Halogenide hergestellt ist, wobei diese Schicht wiederum von einer Schicht umgeben ist, welche Karbide oder Nitride des Chroms, Titans oder Siliziums in verteilter Form enthält.

9» Gliederkette, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach einem der Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 und/oder in einer der Vorrichtungen nach Anspruch 6 oder 7 hergestellt ist.

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