DE2135763B2 - Verfahren zur Behandlung von Eisen- und Stahlgegenständen zur Bildung einer Nitridschicht - Google Patents
Verfahren zur Behandlung von Eisen- und Stahlgegenständen zur Bildung einer NitridschichtInfo
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Description
welche nach dem herkömmlichen Verfahren und wünschenswert ist, die Temperatur der Nitnerungsat-
•rach dem erfindungsgemäßen Verfahren nitriert mosphäre auf zwischen 450 und 650° C einzustellen,
sind; In Fig.2 ist die Tiefe der Stickstoffdiffusion ge-
Fig.4 bis 8 sind mikroskopische Aufnahmen bei gen die HaÜezeit aufgetragen, welche man erhält,
400facher Vergrößerung, welche dir MikroStruktur 5 wenn Metallproben elektrniytischen Eisens, welches
im Querschnitt von Metallproben zeigen, welche 0,008% Kohlenstoff enthält, nach dem herkömmli-
nach dem herkömmlichen Verfahren und dem erfin- chen Nitridierungsverfahren mit Ammoniakgas sowie
dungsgemäßen Verfahren nitridiert sind; nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt
Fig.9 ist eine graphische Darstellung, welche die werden. Die erfindungsgemäß zugesetzte Luftmenge
Mengen an in die Oberfläche eines Metalls diffun- io beträgt etwa 1 Volumprozent. In der graphischen
dierten Stickstoffs und Kohlenstoffs, sowie die Tiefe Darstellung sind die ausgezogenen Linien die Diffu-
einer Verbundschicht, aufgetragen gegen die Menge sionstiefen des Stickstoffs, welche bei drei verschie-
an erfindungsgemgß eingeführter Luft, zeigt; denen Temperaturen beim erfindungsgemäßen Ver-
F i g. 10 bis 13 sind analytische Ergebnisse, welche fahren erreicht werden, und die gestrichelten Linien
bei elektrolytischem Eisen nach der Behandlung ge- 15 sujd die nach dem herkömmlichen Verfahren erziel-
mäß dem herkömmlichen Verfahren und gemäß dem ten Tiefen. F i g. 2 zeigt die Überlegenheit des erfin-
erEndungsgemäßen Verfahren mittels Elektronen- dungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem herkömm-
beugungsaufnahmen erhalten werden; liehen Verfahren dahingehend, daß die Zeit, welche
Fig. 14 bis 17 sind mikroskopische Aufnahmen in zum Erzielen einer gewünschten Diffusionstiefe des
400facher Vergrößreung, welche die MikroStruktur »o Stickstoffs erforderlich ist, stark herabgesetzt ist.
im Querschnitt von Metallproben zeigen, welche Die F i g. 3 A und 3 B zeigen zum Vergleich Rönt-
nach dem herkömmlichen Verfahren und nach dem genstrahlen-Beugungsbilder der Oberflächenschich-
erfindungsgemäßen Verfahren carbonitriert sind. ten von Metallproben, welche nach dem herkömmli-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, chen Verfahren bzw. nach dem erfindungsgemäßen
wird eine kleine Menge Luft oder elementaren Sauer- »5 Verfahren nitriert sind. Beim herkömmlichen Verstoffs
in die Nitrierungsatmosphäre aus Ammoniak- fahren wurden die Testproben für 2 Stunden bei
gas eingeführt, um die Dissoziation des Gases zu er- 550° C in einer Atmosphäre aus lOO«/oigem Ammoleichtern,
damit die Stickstoffkonzentration der Ai- niak gehalten, während beim erfindungsgemäßen
mosphäre gesteigert wird, so daß die Nitrierunjrszeit Verfahren der Ammoniakgasatmosphäre 1 Volumherabgesetzt
wird. Dadurch wird in der Oberfläche 30 prozent Luft hinzugesetzt wurde. Ein Vergleich zwider
zu behandelnden Metalle eine Verbundschicht sehen den Beugungsbildern zeigt klar, daß eine solche
gebildet, während das Erzeugen von Ferro-ferri-mo- Spitze, wie sie in Fig. 3 A die Anwesenheit von
nonitrid (Fe2N) in der Oberfläche verhindert wird. Fe2N angibt, welches zum Abschälen neigt, in
Es ist zu bemerken, daß dieses Verfahren besse- be- Fig. 3B nicht gefunden werden kann, was bedeutet,
friedigend ausgeführt werden kann, indem man einen 35 daß das erfindungsgemäße Verfahren wirksam ist, die
Überzug aus Nctriumsilicat oder aus einem Gemisch Bildung einer Schicht aus solch einer Verbindung
von Natriumsilicat und feuerfestem Ton auf die In- zu verhindern.
nenwandung des zur Behandlung verwendeten Ofens Die F i g. 4 bis 8 sind mikroskopische Aufnahmen
aufbringt, welcher gewöhnlich aus rostfreiem Stahl von Querschnitten in 400facher Vergrößeiung,
hergestellt ist, und einen solchen Überzug auch auf 40 welche die Mikrostrukturen von Metallproben zei-
die Oberflächen der Instrumente bzw. der Halter gen, die unter unterschiedlichen Behandlungsbedin-
zum Halten der Metalle aufbringt, wonach ein gungen nitriert sind. In den Mikroaufnahmen gibt A
Trocknen des Überzuges folgt. die Verbundschicht an, B bedeutet die Schicht, in
F i g. 1 zeigt, wie die Menge diffundierten Stick- welche der Stickstoff hineindiffundiert ist, und C ist
Stoffs und die Tiefe einer Verbundschich», durch die 45 das Grundmetall bzw. der Kern. F i g. 4 zeigt einen
Steigerung der Menge eingeführter Luft beeinflußt Flußstahl, welcher nach dem herkömmlichen Verfah-
werden. Diese Werte werden erhalten, wenn Fluß- ren nitriert ist, d.h. für 2 Stunden in einer Atmo-
stahlbleche mit einem Gehalt an 0,07 °/o Kohlenstoff Sphäre aus lOO°/oigem Ammoniakgas bei 5700C.
und einer Dicke von 0,1 mm, für 2 Stunden bei F i g. 5 zeigt den Flußstahl, welcher für 2 Stunden in
570° C in den Ammoniak-Luftgemischen gehalten 5° einer Atmosphäre aus 99°/o Ammoniakgas und 1 °/o
werden. Es ist ersichtlich, daß die Menge diffundier- Luft bei 570" Γ behandelt wurde. F i g. 6 zeigt den
ten Stickstoffs und die Tiefe der Verbundschicht an- Flußstahl, welcher für 2 Stunden in einer Atmo-
steigen, wenn die Luftmenge sich von 0 auf 0,5 Vo- Sphäre aus 95 0Zo Ammoniakgas und 5 °/o Luft bei
lumprozent steigert, daß jedoch beide eine geringe 570° C behandelt wurde. Fig. 7 zeigt SUH 2, 90
Steigerungsrate zeigen, wenn die Luftmenge weiter 55 Minuten behandelt in einer Atmosphäre aus 990A
auf 5°/· ansteigt. Die Tiefe der Verbundschicht Ammoniakgas und 1 %>
Luft bei 600° C. Fig. 8
scheint ihr Maximum bei der Einführung in der Ge- zeigt aufgekohlten Scr 20, 2 Stunden behandelt ir
gend von 5 Volumprozent Luft zu erreichen. Es einer Atmosphäre aus 99 °/o Ammoniakgas und 1 °/i
wurde gefunden, daß die Neigung zum Stattfinden Luft bei 570° C. (Alle Prozentangaben beziehen sich
unerwünschter Oxydation besteht, wenn die Luft- 60 auf das Volumen). SUH 3 und Scr 20 sind Stahllegie
menge weiter auf oberhalb 5°/o gesteigert wird. Da- rungen, welche nach den Japan Industrial Standard!
her ist es wichtig, daß die Menge an zugesetzter Luft definiert sind.
im Bereich von 0,5 bis 5 Volumprozent, Vorzugs- Die Tabelle I gibt die Ergebnisse des einfachet
weise im Bereich von 1 bis 3 Volumprozent, liegt. Biegeermüdungstests wieder, welcher gemäß dem l
Wenn anstelle von Luft, elementarer Sauerstoff der 65 kg-m Ermüdungstest nach Shenk durchgeführ
Atmosphäre zugesetzt wird, so beträgt die angemes- wurde, und zwar mit den Testproben, welche nacl
sene Menge 0,1 bis 1 Volumprozent, vorzugsweise dem »Tufftriding«-Prozeß und nach dem erfindungs
0,2 bis 0,6 Volumprozent. Es hat sich gezeigt, daß es gemäßen Verfahren nitriert sind.
S25C | Behandlungsmethode |
Behandlimgstemperalur/
-zeit |
Ermüdungsgrenze ο wp (kg/mm!) |
nacn
Behandlung |
Größe der | |
Material | Normalisiertes Material | 49,0 | Steigerung °/o |
|||
S45C | Tufftriding | 570° C/90 Min. |
vor
Behandlung |
49,0 | 120,5 | |
Normalisiertes Material | 99VoNH3+ 1Vo Luft | 570° C/90 Min. | 22,2 | 62,0 | 120,5 | |
Tufftriding | 570° C/90 Min. | 22,2 | 62,0 | 118,2 | ||
99VoNH3+ IVo Luft | 570° C/90 Min. | 28,9 | 118,2 | |||
28,9 | ||||||
Aus der Tabelle I ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren die Ermüdungseigenschaft
bis zu dem gleichen Ausmaß verbessern kann wie der Tufftriding-Prozeß.
Es werden Versuche durchgeführt, um zu bestätigen, daß günstige Ergebnisse erzielbar sind, wenn
das erfindungsgemäße Verfahren auf SUH 3 und Scr so 20 angewandt wird.
Als Beispiel des Nitrierens von SUH 3, behandelt man einen aus dem Material hergestellten Ventilschaft
mit Ventilkopf, welcher zur Verwendung in einer Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist, 90
Minuten in einer Atmosphäre aus 99 %> Ammoniakgas
und 1 % Luft bei 600° C. Es ergeben sich eine Verbundschicht (ε-Phase) von 1 Mikron, und eine
Diffusionsschicht von 50 Mikron. Die Härte dei Diffusionsschicht
beträgt mHv 946 und daher findet man, daß das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitete
Metall einen ausgezeichneten Verschleißwiderstand zeigt.
Als Beispiel des Nitrierens von Scr 20, wird ein aufgekohlter Csr 20-Stahl 2 Stunden in einer Atmo-Sphäre
aus 99 % Ammoniakgas und 1 °/o Luft bei 570° C bearbeitet. Man erhält eine ε-Phasen-Verbundschicht
von 15 Mikron Dicke. Dieser Versuch zeigt, daß eine Kombination von Aufkohlung und Nitrisierung
das Härtegefälle von der Oberfläche zur Innenseite des Gegenstandes vermindert, was zu
einer Steigerung der Festigkeit führt, dem Abschälen zu widerstehen.
Aus dem Obigen ist zu entnehmen, daß das erfindungsgemäße Verfahren auf alle Stahllegicrungen
anwendbar ist. Ferner ist ersichtlich, daß erfindungsgemäß die Zeit, welche erforderlich ist, eine gewünschte
Verbundschicht zu erzielen, stark herabgesetzt ist, während Verschleißwiederstand, Ermüdungswiderstand
und Zähigkeit der Metalle stark verbessert sind.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine kleine Menge an Luft oder elementarem
Sauerstoff in eine Carbonitriemngsatmosphäre eingeführt, welche Kohlenmonoxyd Ammoniakgas
enthält. Es wurde als wünschenswert befunden, daß die Menge an zugesetzter Luft 5 bis 10 Volumprozent (oder 1 bis 2 Volumprozent Sauerstoff) beträgt,
wenn die Mengen an Kohlenmonoxyd und Ammoniakgas beide 30 Volumprozent betragen. Der rest-
liehe Volumprozentsatz ist Stickstoff. Es muß Sorge dafür getragen werden, daß sich die Menge an Kohlenmonoxyd
nicht auf über 30% steigert, weil sonst Verrußung stattfinden würde. Die Menge an Ammoniakgas sollte aus wirtschaftlichen Gründen ebenfalls
nicht weiter gesteigert werden, weil das Ausmaß an Stickstoffdiffusion bei dieser Konzentration sein Maximum
erreicht. Es ist wichtig, daß die Menge an zugesetzter Luft unterhalb 10°/o liegt, weil sonst eine
unerwünschte Oxydation stattfinden würde. Die Temperatur der Carbonitrierungsatmosphärc wird
wünschenswerterweise so gewählt, daß sie zwischen 45Ü und 600° C liegt. Wie im Falle des Nitrierens ist
zu bemerken, daß dieses Verfahren besser befriedigend durchgeführt werden kann, indem man auf die
Innenwandung des Behandlungsofens und auch auf die Oberflächen der haltenden Instrumente bzw. der
Halter, einen Überzug von Natriumsilicat oder einem Gemisch aus Natriumsilicat und feuerfestem Ton
aufbringt, wonach man den Überzug trocknet.
Die F i g. 9 zeigt, wie die Mengen an Stickstoff und Kohlenstoff sowie die Tiefe der Verbundschicht
durch die Steigerung der Luftmenge beeinflußt werden, welche in die Carbonitridieningsatmosphäre
eingeführt wird. Diese Werte werden erhalten, wenn man Bleche aus Flußstahl mit einem Gehalt an
0,068Vo Kohlenstoff und einer Dicke von 0,1 mm, für 90 Minuten bei 570° C behandelt Es wird eine
Verbrennungsanalyse und eine Destillationsanalyse durchgeführt, um die Mengen an diffundiertem Kohlenstoff
bzw. an diffundiertem Stickstoff zu bestimmen. Es zeigt sich, daß sowohl die Menge an diffundiertem
Stickstoff ah auch die Tiefe der Verbundschicht ansteigen, wenn die Menge an eingeführter
Luft ansteigt und die Tiefe der Verbundschicht erreicht ihr Maximum in der Gegend von 5 Volumprozent
Sauerstoff. Ferner wurde gefunden, daß eine Neigung zu unerwünschter Oxydation besteht, wenn
die Luftmenge auf über 10 % gesteigert wird. Außerdem nimmt die Menge an diffundiertem Kohlenstoff
leicht ab, wenn die Luftmenge ansteigt. Daher ist es bevorzugt, daß die Menge an eingeführter Luft zwischen
5 bis 10 Volumprozent liegt Wenn anstelle von Luft elementarer Sauerstoff zu der Behandlungsatmosphäre hinzugegeben wird, so beträgt die angemessene
Menge 1 bis 2 Volumprozent.
Die Fig. iO bis 13 zeigen die Ergebnisse, welche
mittels eines Elektronensonden-Mikroanalysegeräte; bei Testproben elektrolytischen Eisens mit einem
Gehalt von 0,008 Va Kohlenstoff, nach der Behandlung
gemäß dem herkömmlichen Verfahren und ge· —"° dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalter
werden. Fig. 10 zeigt die Testprobe, welche für 9C
Minuten in einer Atmosphäre aus 30 °/o Kohlenmonoxyd,
30 0O Ammoniak und dem restlichen Volumprozentsatz
an Stickstoff bei 5700C bearbeite wurde. Aus Fig. 10 ist ersichtlich, daß eine stick
stoffreiche Schicht relativ flach ist, wenn die Carba nitrierungsatmosphäre weder Luft noch Sauerstof
enthält. Wenn demgegenüber die Carbonitrierungsat mosphäre erfindungsgemäß selbst eire geringe Luft
menge enthält, beispielsweise S Volumprozent Luft so erzielt man eine tiefe stickstoffreiche Schicht, wii
in Fig. 11 gezeigt ist. Die Fig. 12 und 13 zeigen die
Ergebnisse der Analysen von Kohlenstoff in den Testproben nach der Behandlung unter den gleichen
Bedingungen wie in den Fällen von F i g. 10 bzw. 11,
d. h. gemäß dem herkömmlichen Verfahren bzw. gemaß dem Verfahren der Erfindung. Ein Vergleich
zwischen den F i g. 12 und 13 zeigt an, daß nach dem
Einführen von Luft, die Tiefe der kohlenstoffreichen Schicht sich steigert, im Gegensatz zu der leichten
Abnahme der diffundierten Kohlenstoffmenge beim Einführen von Luft in steigenden Mengen (in F i g. 9
gezeigt).
Die Fig. 14 bis 17 sind mikroskopische Aufnahmen
in 400facher Vergrößerung, welche die Qucrschnitts-Mikrostrukturen
von Metallproben zeigen, die unter verschiedenen Bedingungen carbonitriert sind. In den Aufnahmen gibt A die Verbundschicht
an, B bedeutet die Diffusionsschicht und C das Grundmetall bzw. den Kern. Die Analyse mittels
Röntgenstrahlenbeugung zeigt an. daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei Temperaturen von
450 bis 600° C erzielte Oberflächenverbundschicht, eine weiche FesN-Verbundschicht ist. Fig. 14 zeigt
das elektrolytische Eisen (0,0080O C), welches unter
den gleichen Bedingungen wie im Falle der Fi g. 10, also gemäß dem herkömmlichen Verfahren, carbonitridiert
ist. Fig. 15 zeigt das elektrolytische Eisen nach der Behandlung unter den gleichen Bedingungen
wie im Falle der F i g. 11, d. h. gemäß der Erfindung.
Ein Vergleich zwischen den F i g. 14 und 15
zeigt klar, daß es durch Hinzusetzen von Luft oder Sauerstoff zur Carbonitrieiungsatmosphärc möglich
ist, die tiefe der Verbundschicht zu steigern. Fig. 1
zeigt die Ergebnisse, welche mit S25C nach 90 Minuten dauernder Behandlung bei 570 C in einer Atmosphäre
aus 30 u/ii Kohlenmonoxyd, 30 "Zu Ammoniakgas,
5 ".Ό Luft, Rest Stickstoff, erzielt werden. Fig. 17 zeigt die Ergebnisse, welche mit S45C nach
der Behandlung unter den gleichen Bedingungen wie im Fall der Fig. 1 erzielt werden. Diese beiden Mikioaufnahmen
zeigen, daß erfindungsgemäß S25C und S45C in einer kürzeren Zeit bearbeitet werden
können als nach dem herkömmlichen Verfahren, um das gleiche Endergebnis zu ei reichen. Die Dicken der
Verbundschichten sind 10 bzw. 9 Mikron für S25C bzw. S45C, und die Tiefe der Diftusionsschicht beträgt
0,15 mm für S25C. S25C und S45C sind Slahllegierungen,
welche nach Japanese Industrial Standards definiert sind.
Die Tabelle 11 gibt die Ergebnisse einer einfachen Biegeermüdungsprüfung an, die mit dem 4-kgm-Ermüdungsprüfgerät
nach S h e η k mit Proben durchgeführt wurde, die nach dem »Tuffüiding«-Prozeß und
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurden. Die Größe »4 kgm« gibt an, daß mit dem
Prüfgerät Biegeprüfuniicn mit einer Arbeit bis zu 4 kgm durchgeführt werden können.
Aus Tabelle II ist ersichtlich, daß das nfindungsgemäße
Verfahren die Ermüdungsbcstniidigkcit bi?
zum gleichen Aufmaß verbessern kann wie der Tufftriding-Prozeß.
Behandlungsverfahren | Temperatur/ Zeit | Ermüdungsgrenze « wp (kg'mm2) | nach Behandlung |
Größe der Stei3erung |
|
Material | erfindungsgemäß 301VoCO 30 «/β NH 5 «/ο Luft Rest N2 |
570° C/90 Min. | vor Behandlung |
49,0 | 120,5 |
S25C Normalisiertes Material |
Tufftriding | 570°C/90Min. | 22,2 | 49,0 | 120,5 |
erfindungsgemäß 300/0 co 30«/oNH 5 «/0 Luft Rest N2 |
570° C/90 Min. | 22,2 | 62,0 | 118,2 | |
S45C Normalisiertes Material |
Tufftriding | 570° C/90 Min. | 28,9 | 62,0 | 118,2 |
28,9 | |||||
Der »Tufftriding«-Prozeß ist auch als Salzbad verfahren bekannt. Das Salzbad enthält dabei einen erheblichen Prozentsatz Cyanid. Bei dem für die Ergebnisse der Tabelle II benutzten »Tufftriding«-Pro-
zeß wurde ein Bad aus 55 Volumprozent KCN, 35 Volumprozent KCNO und 10 Volumprozent Na3-CO8 benutzt. Der zu behandelnde Körper wurde 90
Minuten m das 570° C heiße Bad eingetaucht.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem »Tufftriding«-Prozeß besteht darin,
daß es ohne Verwendung des giftigen Kaliumcyanids unter sonst gleichen Bedingungen im wesentliche
das gleiche Ergebnis liefert.
das gleiche Ergebnis liefert.
Aus dem Vergleich der Fig. 10 und 11 sowie 1
und 15 ist ersichtlich, daß erfindungsgemäß die Bi
und 15 ist ersichtlich, daß erfindungsgemäß die Bi
handlungszeit stark herabgesetzt werden kann, we
die Verbundschicht an den Oberflächen der zu b<
handelnden Metalle schneller gebildet wird mit sie
ergebenden Steigerungen hinsichtlich der Verschleil
beständigkeit, der Ermüdungsbeständigkeit und d<
Hierzu 7 Blatt Zeichnungen 409581/3
Claims (5)
1 2
ein Gasgemisch aus Kohlenmonoxyd und Ammoniak
Patentansprüche: verwendet, wobei man das Kohleniiionoxyd durch
unvollständige Verbrennung von Holzkohle gewinnt
*'-, ■ 1. Verfahren zur Behandlung von Eisen- und Bei diesem Gasverfahren werden die zu behandeln-Sfahlgegenständen
zur Bildung einer weichen, im 5 den Metalle in der Carbonitrierungsatmosphlu-e etwa
wesentlichen von Fe2N freien Nitridschicht αύί 1,5 bis 2 Stunden bei Temperaturen von 550 bis
ihnen durch Einbringen der Gegenstände in einen 570° C gehalten. Dieses Verfahren ist jedoch in vie-Ofen
einer Temperatur von 450 bis 650° C, der ler Hinsicht, wie Tiefe der Verbundschicht, Vermit
einem stickstoffhaltigen und gegebenenfalls Schleißfestigkeit und Ermüdungseigenschaften, dem
Kohlenmonoxyd enthaltenden Behandlungsgas io Salzbadverfahren unterlegen.
gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, Die GB-PS 1 034 157 beschreibt ein Behandlungs-
daß man die Behandlung in einem Gas mit bis zu gas für die Carbonitrierung, das aus 15 bis 40%
30 Volumprozent Kohlenmonoxyd und 0,i bis Ammoniak, 5 bis 15 0Zo Erdgas und im übrigen aus
2 Volumprozent Sauerstoff in einer Zeit von 1 bis einem Trägergas besteht, das 20 % Kohlenmonoxyd
10 Stunden durchführt. 15 enthalten kann. Hierbei wird der Kohlenstoff für die
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Carbonitrierung von dem Erdgas geliefert, nicht von
kennzeichnet, daß das Behandlungsgas minde- dem Kohlenmonoxyd, das lediglich Bestandteil des
stens 90 Volumprozent Ammoniak, insbesondere Trägergases ist. Die Zusammensetzung des Trägergamindestens
98 Volumprozent Ammoniak enthält. ses ist hiernach von untergeordneter Bedeutung.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch so Schließlich beschreibt die GB-PS 952 363 die
gekennzeichnet, daß das Behandlungsgas zur Ni- Stahlbehandlung mit einem Gas aui 88 bis 99,5 0O
trierung 0,1 bis 1 Volumprozent Sauerstott ent- Sackstoff und 0,5 bis 2,0 "0 Kohlenwasserstoff zum
hält. Zwecke der oberflächlichen Aufkohlung (Zementa-
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- tion). Zum Stande der Technik wird auch ein Kohkennzeichnet,
daß das Behandlungsgas zur Car- 25 lenmonoxyd enthaltendes Trägergas erwähnt, wobei
boniirierung 1 bis 2 Volumprozent Sauerstoff jedoch das zugesetzte Methan die Aufkohlung beenthält,
wirkt. Kohlenmonoxyd soll hiernach sogar eine ober-
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- flächliche Entkohlung zur Folge haben,
kennzeichnet, daß das Behandlungsgas bis zu 30 Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die für Volumprozent Ammoniak und mindestens 30 30 die Nitrierung und Carbonitrierung erforderliche Zeit Volumprozent Stickstoff enthält. herabzusetzen, die Tiefe der Nitridschicht bei vorgegebener Behandlungszeit zu vergrößern und insbe-
kennzeichnet, daß das Behandlungsgas bis zu 30 Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die für Volumprozent Ammoniak und mindestens 30 30 die Nitrierung und Carbonitrierung erforderliche Zeit Volumprozent Stickstoff enthält. herabzusetzen, die Tiefe der Nitridschicht bei vorgegebener Behandlungszeit zu vergrößern und insbe-
sondere die Bildung einer harten und spröden
Schicht aus Ferro-ferri-mononitrid (Fe2N) zu vermei-35
den, die von dem behandelten Gegenstand leicht ab-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behänd- blättert.
lung von Eisen- und Stahlgegenständen zur Bildung Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch geeiner
weichen, im wesentlichen von Fe2N freien Ni- löst, daß man die Behandlung in einem Gas mit 0 bis
tridschicht auf ihnen durch Einbringen der Gegen- 30 Volumprozent Kohlenmonoxyd und 0,1 bis 2 Voitände
in einen Ofen einer Temperatur von 450 bis 40 lumprozent Sauerstoff in einer Zeit von 1 bis 10 Stun-650°
C, der mit einem stickstoffhaltigen und gegebe- den durchführt. Es hat sich gezeigt, daß der geringe
nenfalls Kohlenmonoxyd enthaltenden Behandlungs- Gehalt an Sauerstoff in dem Behandlungsgas eine
gas gefüllt ist. wesentliche Beschleunigung und Verstärkung der
Bei den herkömmlichen Nitrierungsverfahren mit Eindiffusion des Stickstoffs zur Folge hat, ohne daß
Ammoniak wirken die zu behandelnden Metalle, wie 45 sich gleichzeitig das unerwünschte Mononitrid bildet.
Stähle, Titan u. dgl., als Katalysatoren für die Disso- Nach einer Ausführungsform der Erfindung erhält
riation von Ammoniak in Wasserstoff und Stickstoff. das Behandlungsgas mindestens 90 Volumprozent
Der Stickstoff dringt bzw. diffundiert in die Ober- Ammoniak, insbesondere mindestens 98 Volumprofläche
der Metalle ein und bildet dort eine Nitrid- zent Ammoniak.
schicht. Da jedoch die Nitrierungsatmosphärc eine so Nach einer anderen Ausführungsform enthält das
geringe Stickstoffkonzentration aufweist, müssen die Behandlungsgas 0 bis 30 Volumprozent Ammoniak
Metalle eine lange Zeit, etwa 40 bis 60 Stunden, bei und mindestens 30 Volumprozent Stickstoff,
etwa 500° C behandelt werden. Infoige dieser Be- Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, daß das Behandlung besteht die Neigung, aut der Nitridschicht handlungsgas zur Nitrierung 0.1 bis 1 Volumprozent eine harte, spröde Verbundschicht aus Ferro-ferri- 55 Sauerstoff enthält. Demgegenüber enthält das Bemononitrid (Fe2N) zu bilden, die sich leicht abschält. handlungsgas zur Carbonitrierung zweckmäßiger-Außerdem sind die auf diese Weise nitrierbaren Me- weise 1 bis 2 Volumprozent Sauerstoff.
falle nur die sogenannten nitrierbaren Stähle, die als F i g. 1 der Zeichnungen ist eine graphische Dar-Legierungselemente Al, Cr, Ti, V, Mn, Si usw. ent- stellung, in welcher die Menge diffundierten Stickhalten. 60 Stoffs und die Tiefe einer gebildeten Verbundschicht,
etwa 500° C behandelt werden. Infoige dieser Be- Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, daß das Behandlung besteht die Neigung, aut der Nitridschicht handlungsgas zur Nitrierung 0.1 bis 1 Volumprozent eine harte, spröde Verbundschicht aus Ferro-ferri- 55 Sauerstoff enthält. Demgegenüber enthält das Bemononitrid (Fe2N) zu bilden, die sich leicht abschält. handlungsgas zur Carbonitrierung zweckmäßiger-Außerdem sind die auf diese Weise nitrierbaren Me- weise 1 bis 2 Volumprozent Sauerstoff.
falle nur die sogenannten nitrierbaren Stähle, die als F i g. 1 der Zeichnungen ist eine graphische Dar-Legierungselemente Al, Cr, Ti, V, Mn, Si usw. ent- stellung, in welcher die Menge diffundierten Stickhalten. 60 Stoffs und die Tiefe einer gebildeten Verbundschicht,
Für die Carbonilrierungsprozeße, die bei relativ gegen die Menge eingeführter Luft aufgetragen ist;
niedrigen Temperaturen von 450 bis 660° C durch- Fig.2 ist eine graphische Darstellung, welche die
geführt werden, ist ein Verfahren typisch, bei dem Diffusionstiefe des Stickstoffes, aufgetragen gegen
ein KCN-haltiges Salz als Bad verwendet wird. In- die Behandlungszeit, zeigt, wenn Metallproben nacr
folge des giftigen Kaliumcyanids ist dieses Verfahren 65 dem herkömmlichen Verfahren und nach dem erfin-
jedoch gefährlich, und man muß dafür sorgen, daß dungsgemäßen Verfahren behandelt werden;
eine Verschmutzung der Umgebung verhindert wird. Fig. 3 A und 3B sind Röntgenstrahlen-Beugungs·
Bei einem anderen Carbonitridierungsverfahren wird bilder der Oberflächenschichten von Metallproben
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EF | Willingness to grant licences |