DE2109997C3 - Verfahren zum Oberflächeniegieren, insbesondere Inchromieren von Eisenwerkstoffen - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen- ren auch zunächst mit einer ^^J^« ^kar"

sät ^{zunächst aufgekohlt oder h}zr^2^^r::^r%n_{d r}

karbonitnert wird. ^ Ausführungsbeispielen und der Zeichnung des nähe

ren erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung

zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, F i g. 2 eine Seitenansicht einer ähnlichen Vorrich-

Die Erfindung bezieht sich auf sin Verfahren zum 30 tung, oherflächenlepierip

Oberflächenlegieren, insbesondere Inchromieren von Fig. 3 bis 7 Schnitte durch oberflac.henlegierte

Eisenwerkstoffen, bei dem das zu behandelnde Werk- Werkstucke, Verfahrens zum Prüfen

stück bei erhöhter Temperatur mit einem gasförmigen F1 g. 8 das Schema e.nes Verfahrens zum Prüfen

Metallhalogenid in Berührung gebracht wird. der Verschleißfestigkeit _Hm vwchi.-R»

Verfahren der vorerwähnten Art sind bekannt; so 35 Fig. 9 eine grafische Darstelungd« Verschleißes wird in der DL-Patentschrift 66 345 ein Verfahren einer in üblicher Weise '^η^^Γ0™^" ^^tte'. „ . zum Inchromieren von Eisenwerkstoffen beschrieben, F i g. 10 eine S^rafij^che ^f^^unI ^r;^fⁿ^

bei dem auf das zu inchromierende Werkstück zu- keit der Härte von der D.cke der oberfla.chenlegiernächst ein festhaftender, poröser und metallisches ten Zone,

Chrom in einem Metall-zu-Metall-Kontakt mit dem 40 Fi₆. Π eine grafische Darstellung der Verteilung Werkstück enthaltenden Oberflächenschicht gebracht der Restspannung einer belasteten Kette,
wird, ehe es mit einem metallhalogenidhaltigen Über- Fig. 12 eme grafische Darstellung der Dauerzug versehen und das Metallhalogenid zum Ein- Schwingfestigkeit,

diffundieren des Chroms bei einer Temperatur von Fig. 13 eine grafische Darstellung der Verschle.ß-

mindestens 750° C zersetzt wird. Bei diesem Verfah- 45 festigkeit. .

ren wird mithin ein Eisenwerkstoff inchromiert, der In der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 wird ein

bereits eine beispielsweise galvanisch aufgebrachte nichtoxydierendes Gas, beispielsweise Stickstoff, Ar-Chromschicht besitzt. gon oder ein Kohlenwasserstoffgas durch eine große

Des weiteren ist aus der deutschen Auslegeschrift Anzahl von Blaslöchern emes Rohrs 3 eingeleitet, 1159 238 ein Gaschromierungsverfahren bekannt, 50 das im unteren Teil einer vorderen Öffnung 2 einer mit dessen Hilfe aus Stahl bestehende Teile ohne vor- Behandlungskammer 1 mit einer vorderen Tür 4 anheriges Aufbringen eines Überzuges an der Ober- geordnet ist. Auf diese Weise entsteht ein verhinfläche mit einer rostbeständigen Diffusions- bzw. In- dcrnder Gasvorhang. Ein Werkstuck 5 ruht auf einer chromierungszone versehen werden können. Schiene 6 in der Behandlungskammer 1, die außer-

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, 55 dem ein Chromchlond erzeugendes Material17 entein Verfahren zum Oberflächenlegieren zu schaffen, hält. Nach Schließen der Vordertur 4 wirdI der Zudas eine korrosion- und hitzebeständige sowie ver- strom nichtoxydierenden Gases unterbrochen und, schleißfeste Oberflächenzone ergibt. Die Lösung die- nachdem die Luft durch ein Saugrohr 8 abgesaugt ser Aufgabe basiert auf dem Gedanken, in situ worden ist, wird die Temperatur in der Behandlungs-Chromkarbid zu erzeugen. Im einzelnen besteht die 60 kammer auf etwa 1000° C gebracht, so daß sich die Erfindung darin, daß bei dem eingangs erwähnten Kammeratmosphäre mit Chromchlond anreichert. Verfahren zusätzlich sich bei der Behandlungstempe- 5 Stunden lang diffundiert dabei Chrom in die Oberratur zersetzende Kohlenwasserstoffe in die Gasphase fläche des Werkstücks 5 und ergibt eine chromeingebracht werden, zementierte Zoneß auf dem Grundgefüge A (Fig 3

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das 65 bis 7).

Werkstück zunächst in üblicher Weise gaschromiert, Statt des Chromchlorid abgebenden Materials 7

um eine aus einer Chrom-Eisen-Legierung bestehende kann durch eine öffnung 7' feinteiliges Metallhalo-Oberflächenzone zu erzeugen, deren Chromgehalt genid in die Kammer 1 eingeleitet werden.

3 4

Während des Inchromierens werden beispielsweise aus Stahl mit 0,025% C, 0,25% Si. 0,8% Mn, 0,1 bis 5 Volumprozent Methan oder Propangas 0,011 % P und 0,025 % S gaschromiert.
durch ein Speiserohr 9 eingele.Let, um durch thermische Zersetzung Kohlenstoff zu erzeugen, das sich Menge 150 kg (70 Stück)

mit dem Halogenid zu Chromkarbid umsetzt und auf 5 pro Arbeitsgang

der inchromierten Zone B eine inchromiertes Chrom- Temperatur 1000° C

karbid enthaltende Zone C ergibt. Dauer 5 Stunden

Anschließend wird durch das Speiserohr 9 ein Kühlzeit 2 Stunden

nichtoxydierendes Gas, beispielsweise Stickstoff oder

Argon oder Kohlenwasserstoffgas, in die Behänd- ίο Das behandelte Werkstück besaß eine Diffusionslungskammer 1 eingeleitet und gleichzeitig die Eisen- zone von 18 μπι Dicke und zeichnete sich durch chlorid (FeCl.,) enthaltende Atmosphäre abgesaugt hohen Glanz aus, ohne daß eine Entchromung auf- und durch das'nichtoxydierende Gas ersetzt. trat, wie sie in F i g. 4 veranschaulicht ist. Das Werk-Ehe das Werkstück in eine mit der Behandlungs- stück war zudem korrosionsbeständig in einer SaI-kammer 1 verbundene Kühlkammer 10 übergeführt 15 petersäurelösung.
wird, wird durch ein Speiserohr 11 ein nichtoxydierendes Gas, beispielsweise Stickstoff, Argon, Wasser- Beispiel 2
stoff oder ein Kohlenwasserstoffgas, in die Kühlkammer 10 eingelassen und gleichzeitig das Eisenchlorid Unter den folgenden Bedingungen wurde ein (FeCl,) enthaltendes Gas, das in die Kühlkammer 10 20 Zahnrad aus einem Chrom-Molybdän-Stahl mit aus der Behandlungskammer 1 eingedrungen ist, 0,4% C, 0,32% Si, 0,82% Mn, 0,021% P, 0,015% durch ein Saugrohr 12 abgesaugt. S, 1,02 % Cr und 0,25 % Mo behandelt.

Sodann wird eine Zwischentür 13 geöffnet und das

Werkstück in die Kühlkammer 10 übergeführt, wie Menge 150 kg (50 Stück)

durch die Ziffer S' angedeutet ist. Hierauf wird die 25 pro Arbeitsgang

Zwischentür 13 geschlossen und das Werkstück ab- Temperatur 1030° C

gekühlt. Dauer 5 Stunden

Wenn das Werkstück 5' in der Kühlkammer 10 bis

auf etwa 300° C abgekühlt ist, wird nichtoxydieren- Das Werkstück wurde in Öl abgeschreckt und bedes Gas mittels eines Rohres 15 eingeblasen, das im 3° saß eine inchromierte Zone von 20 um Dicke, zeichunteren Bereich einer rückwärtigen Öffnung 14 der nete sich durch hohen Glanz und das Ausbleiben der Kühlkammer 10 angeordnet ist. Das Werkstück wird in Fig. 4 veranschaulichten Entchromung aus; es durch den sich bildenden Gasvorhang aus der Kühl- besaß eine Rockwellhärte von 70 an der Oberfläche kammer 10 herausgenommen, um es an Luft auf und eine solche von 52 im Kern. Außerdem zeichnete Raumtemperatur abzukühlen. 35 sich dieses Zahnrad durch eine bemerkenswerte Ver-

Das Werkstück besitzt ein in F i g. 3 dargestelltes besserung der Korrosionsbeständigkeit und der Ver-

Gefüge. Die inchromierte Zone B und die Chrom- schleißfestigkeit im Vergleich zu einem gewöhn-

karbid enthaltende inchromierte Zone C liegen über- liehen Zahnrad aus.

einander auf einem Grundgefüge A aus Ferrit oder B e i s η i e 1 3
Perlit. Da das Werkstück in der Kühlkammer bis auf 40

eine Temperatur abgekühlt worden ist, unterhalb der Untersucht wurde ein außen glatter runder Stab

ein schädlicher Einfluß der Eisenchlorid enthaltenden von 9,5 mm Durchmesser und 50 mm Länge dei

Atmosphäre nicht mehr besteht, besteht keine Gc- nachstehenden chemischen Zusammensetzung,
fahr einer Entchromung. Infolgedessen zeichnet sich

das Werkstück durch hohen Glanz aus. 45

Gemäß F i g. 2 kann an die Stelle der Kühlkammer Stahlart

eine Abschreckkammer 18 mit einem Öltank 17 tre- Kohlenstoff- Nicdrigman- Chrom-

ten, um das Werkstück abschrecken zu können. Das ^stahl
Grundgefüge eines abgeschreckten und bei 180 bis

600° C angelassenen Werkstücks besteht aus Marten- 50 chemische

^sltU · . . ^ ■ ~ . -, Zusammcn-

Bei der Vorrichtung nach F i g. 2 kann ein Vor- sctzung (%)

hang aus nichtoxydierendem Gas an die Stelle der q q ^ q ^ q 22

Zwischenlür 13 treten. An Stelle von Chromchlorid ^j q^j q'^q q^i

kann das erfindungsgemäße Verfahren mit Chrom- 55 ^. Q¹^g j'^g Q 12

jodid, Chromfluorid oder auch Tilanhalogenid, bei- ρ 0(Pl 0019 θ'θ17

spielsweisc Titanchlorid oder Siliziumhalogcnid „ ο'οΐό 00⁹O 0016

durchgeführt werden. - ' ' j'q3

Der vordere Teil der Vorrichtung kann auch mit .. _η\\

r^ u «η ill ι · r^ i Ml) 0,21

einem Gasrohr 19 zur Bildung eines Gasvorhangs 60
und einer Vorwärmkammer 21 mit einer Vordertür

20 verschen sein, um die Werkstücke in der Kammer in einen Ofen mit von außen regelbarer Atmo

21 vorzuwärmen. sphäre wurden Proben und ein Chromchloiid erzeu

gendes Material eingebracht. N^ch dem Entfernei

B e i s ρ i e I I ⁶5 der Luft aus dem Ofen wurden die Fcinpartikeln au

Chromchlorid, die sich teilweise im geschmolzene!

Unter den nachstehenden Bedingungen wurde ein Zustand und innerhalb des Ofens oder an der Wan für eine chemische Maschine bestimmtes Zahnrad dung befanden, aufgewirbelt, indem die Ofenlempc

ratur auf ungefähr 1000⁰C erhöht wurde. Nach ungefähr fünfstündiger Behandlung wurde eine kleine Menge Methan eingeleitet. Abschließend wurden die Proben aus der Ofenhitze in öl so abgeschreckt, daß eine Oberflächenoxydation verhindert wurde. Danach wurden die Proben bei 180 bis 600° C angelassen.

Das Gefüge der Probe I zeigte eine chromzementierte Zone B von etwa 15 μηι Dicke und eine Chrom-Chromkarbidzone C von ungefähr 20 |iin Dicke sowie einen martensitischen Kern.

Wurden dagegen Proben II langsam im Ofen abgekühlt, dann ergab sich eine Chromzone B mit einer Dicke von 15 μηι und eine Chrom-Chromkarbidzone C von 20 μΐη Dicke sowie ein ferritischer oder perlilischer Kern /1'(Fi g. 6).

Nach einem üblichen Inchromieren bei 1000⁰C über 5 Stunden mit langsamem Kühlen im Ofen ergaben sich Proben III mit einer entkohlten Zone D aus Ferrit und einer Dicke von 10 μΐη, einer Chromzone E mit einer Dicke von 5 μΐη und einer 20 μίτι dicken Chromzone F sowie einem ferrilisch-perlitischen Kern A' (Fig. 7).

Je zwei der Proben dieses Versuchs wurden unter Verwendung von Maschinenöl als Schmiermittel unter einer Belastung von 500 kp einem Verschleißversuch entsprechend F i g. 8 unterworfen, um die Durchmesserverringerung zu messen.

Der jeweilige Verschleißverlust ergibt sich aus dem Diagramm der F i g. 9, das deutlich die Überlegenheit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Proben I und II erkennen läßt.

Beispiel 4

Nachdem Proben in Übereinstimmung mit Beispiel 3 mit einer Chromzonc versehen worden waren, wurden ungefähr 10 bis 200 g pro 100 kg Kohlenstoffpulver mit einem Korndurchmesser unter 1 mm in den Ofen eingebracht, um Chromkarbid zu bilden. Die Proben wurden entsprechend Beispiel 3 angelassen und im Ofen abgekühlt; sie besaßen eine Chrom-Chromkarbidzone auf einer Chromzone sowie eine Verschleißfestigkeit wie die Proben I und II des Beispiels 3.

Ähnliche Ergebnisse lassen sich erreichen, wenn die Oberflächenzone karbonitriert wird. In jedem Falle ergibt sich eine korrosionsbeständige und verschleißfeste Oberzone, die weder in der Atmosphäre noch in Süßwasser, Seewasser, Salpetersäure oder organischen Säuren rostet. Dabei ist das Chrom in hinreichendem Maße in das Eisen hineindiffundiert, so daß, selbst wenn eine örtlich hohe Last auf das Werkstück einwirkt, die inchromierte Zone mit großer Sicherheit daran gehindert wird, sich abzulösen. Femer erhält das Werkstück durch das Abschrecken und Anlassen einen Kern aus angelassenem Martensit. Damit ergibt sich bei erhöhter Bruchfestigkeit eine hinreichende Festigkeit gegen Flächenpressung und eine erhöhte Verschleißfestigkeit.

Beispiel 5

Eine Gliederkette von 7,1 mm Normalabmessung und 20,2 mm Teilung und eine Gliederkette von 9,5 mm Normalabmessung und 28,6 mm Teilung aus einem schweißbaren Stahl mit 0,23 Vo C, 0,21 °/o Si, 1,43% Mn, 0,012% P und 0,023% S, wurden entsprechend Beispiel 3 mit einer inchromierten Zone B von durchschnittlich etwa 17 μηι Dicke und einer

ίο Chrom-Chromkarbidzone C von durchschnittlich 24 (im Dicke und einem Kern A aus angelassenem Martensit versehen (F i g. 3,5). Die Härte der Zone C war am größten, die Zone B besaß die Härte einer Eisen-Chrom-Legierung und der Kern die Härte eines angelassenen Martensits (Fig. 10).

Beim Vergüten ändert sich infolge der Gefügeumwandlung sowohl in der Zone C als auch in der Zone B und im Kern A das spezifische Volumen, so daß entsprechend Fig. II eine Druckspannung in

der Außenzone und eine Zugspannung im Kern entsteht. Demzufolge ergibt sich eine bessere Dauerfestigkeit der Kette.

Beispiel 6

Untersucht wurden eine übliche Gliederkette I von 7,1 mm Normalgröße und 20,2 mm Teilung aus einem Stahl mit 0,23%C, 0,2!%Si, 1,43%Mn, 0,012%P und 0,023% S, sowie eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte Gliederkette II mit unge-

fähr 24 |im dicker Chrom-Chromkarbidzone C und ungefähr 17 μΐη dicker Chromzone. Beim Losenhausen-Versuch erwies sich die Kette II als wesentlich besser als die übliche Kette I, wie der Kurvenverlauf im Diagramm der F i g. 12 zeigt.

Beispiel 7

Eine Oberflächenbehandlung mittels des üblichen lnchromierens wurde an einer Gliederkette I von 7,1 mm Normalgröße und 20,2 mm Teilung durch-

geführt, die aus Stahl mit 0,23% C, 0,21% Si, 1,43% Mn, 0,012% P und 0,023% S bestand. Das Gefüge der Kette bestand aus einem ferritisch-perlitischen Kern sowie je einer entkohlten Ferritzone, einer Chrom-Diffusionszone und einer Chromzone.

Die durchschnittliche Dicke jeder Zone betrug 9 bis 48 um, 10 bis 17 μίτι und 11 bis 24 μΐη.

Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte angelassene Probe II besaß entsprechend F i g. 3 und 5 eine Chromzone B und eine Chrom-Chromkarbidzone C sowie einen Kern A aus angelassenem Martensit. Die durchschnittliche Dicke dei Zoneß betrug 13 bis 17μπι, die der Zone C 14 bis 24 μίτι.

Auf Grund der Ergebnisse von Verschleißversu-

chen mit den Proben I und II ergab sich das in Fig. 13 dargestellte Diagramm. Bei dem Verschleißversuch wurde Maschinenöl verwendet und die Kette mit 1 t belastet.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. von der Behandlungszeit und/oder der Chrom-Patentansprüche: konzentration in der Gasphase abhangig ist. Wäh-

   A j« rOcrhrnmierens werden dann zusätzlich 1. Verfahren zum Oberflächeniegieren, ms- rend des GasJ^mieren^

   besondere Inchromieren von Eisenwerkstoffen, noch »^^JSX ^ρώ« eingeleitet, bei dem das zu behandelnde Werkstück bei er- 5 ^Jo^^vsitfL^ V ^ ^ ^, höhter Temperatur mit einem gasformigen Me- ^s°J£J*™™^_c^_{n hoc}haktiver Kohlenstoff aus taUhalogenid in Berührung gebracht wird da- ^SS^Sfersetzung anfällt. Der Zersetdurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ^KpJJSS^SSrt sich mit dem Halogenidsich bei der Behandlungstemperatur zersetzende ^z"ⁿS^skohle"f°"^^ _das seinerseits in die Ober-Kohlenwasserstoffe in die Gasphase eingebracht „ ^^^h^^_t'^ZTst^runX

   ^Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet Mengenanteüe kann bei dem erfindungsgem^en

   durch ein Abkühlen des Werkstoff! in einer nicht Verfahren eine 8«^^^fJ^Srom-

   oxydierenden, eisenhalogenidfreien Atmosphäre. eine Bettungsmasse aus Chrom^ oder Chrom

   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge- 15 Eisen-Legierung ^ink°^^ü"^e _o™_c ^e _h ⁿ

   kennzeichnet, daß das Werkstück abgeschreckt ^^^κΖί^^

   4 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, renden Atmosphäre abgekühlt oder^ ^hreckt. An

   dadurch gekennzeichnet daß Kohlenstoffpulver Stelle der ^SSSS^^^äS^St