DE69902169T2 - METHOD FOR LOW PRESSURE NITROCARBURING METAL WORKPIECES - Google Patents
METHOD FOR LOW PRESSURE NITROCARBURING METAL WORKPIECESInfo
- Publication number
- DE69902169T2 DE69902169T2 DE69902169T DE69902169T DE69902169T2 DE 69902169 T2 DE69902169 T2 DE 69902169T2 DE 69902169 T DE69902169 T DE 69902169T DE 69902169 T DE69902169 T DE 69902169T DE 69902169 T2 DE69902169 T2 DE 69902169T2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- parts
- nitrogen
- carbon
- nitriding gas
- action
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 title description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 63
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 238000005256 carbonitriding Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims abstract description 17
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 32
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 15
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 11
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 9
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 2
- 208000018459 dissociative disease Diseases 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 101100311330 Schizosaccharomyces pombe (strain 972 / ATCC 24843) uap56 gene Proteins 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 chromium carbides Chemical class 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004320 controlled atmosphere Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000006396 nitration reaction Methods 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 101150018444 sub2 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/28—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases more than one element being applied in one step
- C23C8/30—Carbo-nitriding
- C23C8/32—Carbo-nitriding of ferrous surfaces
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
Description
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Carbonitrierung von Teilen aus einer Metalllegierung. Sie wird vor allem zur Carbonitrierung von Teilen aus Stahl, insbesondere chromreichen Stählen, die in den Hochindustriezweigen und der Kraftfahrzeugindustrie verwendbar sind, angewandt.The object of the present invention is a method for carbonitriding parts made of a metal alloy. It is used primarily for carbonitriding parts made of steel, in particular chromium-rich steels, which are used in the high-tech industries and the automotive industry.
Die Carbonitrierung ist eine thermochemische Behandlung einer gleichzeitigen Diffusion von Kohlenstoff und Stickstoff von der Oberfläche einer Eisenlegierung im festen Zustand aus. Sie erfolgt im Allgemeinen in einem hermetisch geschlossenen Ofen, in dem eine kontrollierte Atmosphäre, die aus einem Trägergas besteht, dem bei Bedarf, um die gewünschte Kohlenstoffhöhe zu erreichen, ein Kohlenstoffanreicherungsgas und ferner ein stickstoffhaltiges Gas hinzugefügt werden, aufrechterhalten wird. Im Allgemeinen ist das Trägergas ein endothermes Generatorgas, das ein Alkan, das zu Kohlenmonoxid CO oxidiert ist, umfasst, denn die Oxidation wird unter Luftmangel in Bezug auf die stöchiometrische Reaktion, die den ganzen Kohlenstoff in CO&sub2; umwandeln würde, durchgeführt. Die verwendeten Gase können Gemische Stickstoff/Methanol oder endotherme Gemische auf der Basis von Kohlenwasserstoff und Ammoniak gemäß der Beschreibung "Les Techniques de l'Ingenieur, M1226-8 vom 14. Juli 1994 [1] sein.Carbonitriding is a thermochemical treatment involving the simultaneous diffusion of carbon and nitrogen from the surface of a solid-state iron alloy. It is generally carried out in a hermetically sealed furnace in which a controlled atmosphere is maintained consisting of a carrier gas to which a carbon enrichment gas and a nitrogen-containing gas are added if necessary to reach the desired carbon level. In general, the carrier gas is an endothermic generator gas comprising an alkane oxidized to carbon monoxide CO, since the oxidation is carried out in the absence of air with respect to the stoichiometric reaction that would convert all the carbon into CO2. The gases used can be nitrogen/methanol mixtures or endothermic mixtures based on hydrocarbons and ammonia, as described in "Les Techniques de l'Ingenieur, M1226-8 of 14 July 1994 [1].
So verwendet das klassische Verfahren Atmosphären, die den gesamten Sauerstoff auf Grund des Vorhandenseins oder der Bildung von CO enthalten: Der durch die Zersetzung des CO freigesetzte Sauerstoff führt zu einer oberflächlichen Oxidation des Stahls, die einerseits die Absorption des Kohlenstoffs hemmt und andererseits im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften des behandelten Teils zu ungünstigen Strukturen, beispielsweise schlechtem Kontakt führt. Es ist anzumerken, dass die auf diese Weise carbonitrierten Teile sehr häufig in dem Zustand ohne eine mechanische Überarbeitung der Oberfläche verwendet werden.Thus, the classic process uses atmospheres that contain all the oxygen due to the presence or formation of CO: the oxygen released by the decomposition of CO leads to a superficial oxidation of the steel, which on the one hand inhibits the absorption of carbon and on the other hand leads to structures that are unfavourable to the mechanical properties of the treated part, such as poor contact. It should be noted that the parts carbonitrided in this way are very often used in the state without any mechanical treatment of the surface.
Das Dokument FR-A-2 663 953 [2] beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einsatzhärtung von Teilen aus einer Metalllegierung bei niedrigem Druck, wobei das Vorhandensein von Sauerstoff vermieden wird. Dieses Niederdruckverfahren wurde bisher in keinster Weise zur Durchführung von Carbonitrierungsverfahren in Betracht gezogen.Document FR-A-2 663 953 [2] describes a process and a device for case hardening metal alloy parts at low pressure, avoiding the presence of oxygen. This low-pressure process has not previously been considered in any way for carrying out carbonitriding processes.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Carbonitrierung, bei dem das nachteilige Vorhandensein von Sauerstoff während der thermochemischen Behandlung der Diffusion von Kohlenstoff und Stickstoff in das Teil aus einer Metalllegierung vermieden werden kann.The object of the present invention is a process for carbonitriding in which the disadvantageous presence of oxygen during the thermochemical treatment of the diffusion of carbon and nitrogen into the part made of a metal alloy can be avoided.
Gemäß der Erfindung besteht das Verfahren zur Carbonitrierung von Teilen aus einer Metalllegierung aus dem Einwirken eines aus Ethylen und Wasserstoff bestehenden Kohlenstoffanreichungsgemischs und dem Einwirken eines aus Ammoniak bestehenden Nitriergases unter einem Druck von unter 100 hPa und bei einer Temperatur von etwa 750ºC bis etwa 1050ºC auf die Teile.According to the invention, the process for carbonitriding metal alloy parts consists in exposing the parts to a carbon enrichment mixture consisting of ethylene and hydrogen and to a nitriding gas consisting of ammonia under a pressure of less than 100 hPa and at a temperature of about 750°C to about 1050°C.
Bei diesem Verfahren erfolgt die Zufuhr von Kohlenstoff durch die direkte Dissoziation eines Kohlenwasserstoffs, in dem Fall Ethylen, im abgeschlossenen Raum eines Vakuumofens, und die Zufuhr von Stickstoff erfolgt durch die Dissoziation von Ammoniakgas gemäß der thermisch aktivierten Reaktion:In this process, the supply of carbon occurs through the direct dissociation of a hydrocarbon, in this case ethylene, in the closed space of a vacuum furnace, and the supply of nitrogen occurs through the dissociation of ammonia gas according to the thermally activated reaction:
2NH&sub3; → N&sub2; + 3H&sub2;2NH3 ? N&sub2; + 3H2
Erfindungsgemäß werden für diese Carbonitrierungsbehandlung höhere Temperaturen als die üblicherweise für diesen Reaktionstyp verwendeten, die im Allgemeinen im Bereich von 400ºC bis 600ºC liegen, verwendet.According to the invention, higher temperatures are used for this carbonitriding treatment than those usually used for this type of reaction, which are generally in the range of 400ºC to 600ºC.
Bei den erfindungsgemäß verwendeten höheren Temperaturen ist die Dissoziationsreaktion des Ammoniak thermodynamisch vollständig, deren Kinetik jedoch schwach. Deshalb ist es auf einer Höhe, bei der das Ammoniakteil dissoziiert, noch vorhanden, wobei aktiver naszierender Stickstoff erzeugt wird. Aus diesem Grund kann Ammoniak zur Lieferung von Stickstoff verwendet werden.At the higher temperatures used in the invention, the dissociation reaction of ammonia is thermodynamically complete, but its kinetics are weak. Therefore, it is still present at a level where the ammonia moiety dissociates, producing active nascent nitrogen. For this reason, ammonia can be used to supply nitrogen.
Andererseits kann durch die Tatsache des Arbeitens unter vermindertem Druck in vorteilhafter Weise eine Geschwindigkeit für die Passage des Gases in der Charge, die größer als die Dissoziationskinetik ist, verwendet werden.On the other hand, the fact of working under reduced pressure allows advantageously a speed for the passage of the gas in the charge which is greater than the dissociation kinetics to be used.
Der verwendete Druck kann insbesondere im Bereich von 10 bis 100 hPa sein.The pressure used can be in the range of 10 to 100 hPa.
Einer der anderen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Oberfläche des Teils in einem viel größeren Temperaturbereich, von etwa 750 bis etwa 1050ºC entsprechend den geplanten Folgen der Anreicherung an Kohlenstoff und Stickstoff angereichert werden kann. Tatsächlich ermöglicht die Verwendung der Dissoziationsreaktion von Ethylen bei niedrigem Druck, Kohlenstoff ab 750ºC zuführen zu können, und daher durch Vermindern der Temperatur von einer stärkeren Nitrierungswirkung von Ammoniak profitieren zu können, da die Verfügbarkeit von zur Diffusion verwendbarem atomarem Stickstoff größer ist. Dadurch können die Möglichkeiten einer Oberflächenanreicherung an Kohlenstoff und Stickstoff erhöht werden.One of the other advantages of the process according to the invention is that the surface of the part can be enriched in carbon and nitrogen over a much wider temperature range, from about 750 to about 1050°C, according to the planned sequences of enrichment. In fact, the use of the dissociation reaction of ethylene at low pressure makes it possible to add carbon from 750°C and therefore, by reducing the temperature, to benefit from a greater nitriding effect of ammonia, since the availability of atomic nitrogen usable for diffusion is greater. This makes it possible to increase the possibilities of Surface enrichment in carbon and nitrogen can be increased.
So können gemäß der Erfindung ein gewünschter Grad und eine gewünschte Tiefe der Anreicherung an Kohlenstoff und Stickstoff erhalten werden, indem in geeigneter Weise die Ethylen- und Ammoniakmenge, die Temperatur und die Dauer der Behandlung durch das Kohlenstoffanreicherungsgemisch und das Nitriergas als Funktion der Legierung, aus denen die Teile bestehen, gewählt werden.Thus, according to the invention, a desired degree and depth of carbon and nitrogen enrichment can be obtained by suitably choosing the amount of ethylene and ammonia, the temperature and the duration of the treatment by the carbon enrichment mixture and the nitriding gas as a function of the alloy of which the parts are made.
Erfindungsgemäß kann die Carbonitrierung durchgeführt werden, indem die Teile der gleichzeitigen Einwirkung des Kohlenstoffanreicherungsgemischs und des Nitriergases ausgesetzt werden oder die Teile der aufeinanderfolgenden Einwirkung des Kohlenstoffanreicherungsgemischs und des Nitriergases ausgesetzt werden.According to the invention, carbonitriding can be carried out by subjecting the parts to the simultaneous action of the carbon enrichment mixture and the nitriding gas or by subjecting the parts to the sequential action of the carbon enrichment mixture and the nitriding gas.
Die Behandlung kann auch durchgeführt werden, indem die Teile der gleichzeitigen Einwirkung des Kohlenstoffanreicherungsgemischs und des Nitriergases ausgesetzt werden und diese dann der Wirkung des Nitriergases allein ausgesetzt werden.The treatment can also be carried out by subjecting the parts to the simultaneous action of the carbon enrichment mixture and the nitriding gas and then subjecting them to the action of the nitriding gas alone.
Diese Stufen können wiederholt und miteinander kombiniert werden, wobei unterschiedliche Mengen, Temperaturen und Zeitdauern verwendet werden, die innerhalb der im vorhergehenden angegebenen Bereiche liegen.These steps can be repeated and combined using different amounts, temperatures and times within the ranges given above.
Schließlich kann das erfindungsgemäße Verfahren eine zusätzliche Stufe einer Vakuumdiffusionsbehandlung der Teile, nachdem sie der Einwirkung des Kohlenstoffanreicherungsgemischs und des Nitriergases ausgesetzt waren, umfassen, Diese Behandlung kann bei einer Temperatur von etwa 750ºC bis etwa 1050ºC bei einem Druck von nicht mehr als 100 hPa durchgeführt werden.Finally, the process according to the invention can comprise an additional step of vacuum diffusion treatment of the parts after they have been exposed to the carbon enrichment mixture and the nitriding gas. This treatment can be carried out at a temperature of about 750°C to about 1050°C at a pressure of not more than 100 hPa.
Die Metalllegierungen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren behandelt werden können, können verschiedener Art sein. Insbesondere können Stähle und Superlegierungen auf der Basis von Kobalt verwendet werden. Von diesen Stählen wird das Verfahren vorteilhafterweise zur Behandlung von passivierbaren Stählen, die beispielsweise 2 bis 9% Chrom enthalten, und zur Behandlung von rostfreien Stählen, die beispielsweise 9 bis 18% Chrom enthalten, dank des Niederdruckverfahrens verwendet. Durch die Behandlung dieser Stähle können sie weiter an Stickstoff bis zu einem hohen Grad, der 4% erreichen kann, angereichert werden.The metal alloys that can be treated by the process according to the invention can be of various types. In particular, steels and superalloys based on cobalt can be used. Of these steels, the process is advantageously used for the treatment of passivable steels containing, for example, 2 to 9% chromium and for the treatment of stainless steels containing, for example, 9 to 18% chromium, thanks to the low pressure process. The treatment of these steels allows them to be further enriched in nitrogen to a high degree that can reach 4%.
Tatsächlich werden die rostfreien Stähle für bestimmte zweckgebundene Anwendungen im einsatzgehärteten Zustand verwendet. Nach Einsatzhärtung und Einsatzbehandlung ist die gehärtete Oberflächenschicht sehr reich an Chromcarbiden, was die Korrosionsbeständigkeit der vor einem Einsatzhärten natürlicherweise rostfreien Stähle stark vermindert.In fact, stainless steels are used in the case-hardened state for specific purpose applications. After case hardening and case treatment, the hardened surface layer is very rich in chromium carbides, which significantly reduces the corrosion resistance of the steels that were naturally stainless before case hardening.
Die Tatsache, dass auf der Oberfläche ein Teil des Kohlenstoffs durch Stickstoff ersetzt werden kann, ermöglicht die Bildung von Ausscheidungen unterschiedlicher Natur und so den Verbrauch von weniger Chrom aus der Matrix. Stickstoff kann auch teilweise als Mischkristall in die Matrix eintreten, wobei dessen vorteilhafte Wirkung in dieser Form auf die Korrosionsfestigkeit bereits bekannt ist.The fact that part of the carbon on the surface can be replaced by nitrogen enables the formation of precipitates of different nature and thus the consumption of less chromium from the matrix. Nitrogen can also partially enter the matrix as a solid solution, and its beneficial effect in this form on corrosion resistance is already known.
Durch seine Anpassungsfähigkeit macht es das erfindungsgemäße Verfahren daher möglich, für diese Stähle in der Oberflächenschicht beispielsweise ein C/N-Verhältnis, das den besten Kompromiss für die angestrebten Eigenschaften der Gebrauchsbeständigkeit und/oder Korrosionsbeständigkeit bietet, zu erhalten.Due to its adaptability, the process according to the invention therefore makes it possible to obtain for these steels in the surface layer, for example, a C/N ratio that offers the best compromise for the desired properties of durability and/or corrosion resistance.
Tatsächlich macht es das erfindungsgemäße Verfahren möglich, durch Vergrößern des Temperaturbereichs, durch die Möglichkeit, in einfacher Weise unterschiedliche und gleichzeitige oder abwechselnde Anreicherungssequenzen an Kohlenstoff und/oder Stickstoff aneinander zu reihen, sehr unterschiedliche Gradienten von Kohlenstoff und Stickstoff und dies an sehr unterschiedlichen Stählen, sogar passiven, zu realisieren.Indeed, the process according to the invention makes it possible to achieve very different carbon and nitrogen gradients, and this on very different steels, even passive ones, by increasing the temperature range and by the possibility of easily combining different and simultaneous or alternating carbon and/or nitrogen enrichment sequences.
Aufgabe der Erfindung sind auch Stahlteile, die durch dieses Verfahren erhalten wurden. Diese Teile können beispielsweise Teile aus passivierbarem Stahl, der 2 bis 9% Chrom enthält, die auf ihrer Oberfläche bis zu einem Gehalt von 2 Masse-% an Stickstoff angereichert sind, oder Teile aus rostfreiem Stahl, der 9 bis 18% Chrom umfasst, die auf ihrer Oberfläche bis zu einem Gehalt von 4 Masse-% an Stickstoff angereichert sind, sein.The invention also relates to steel parts obtained by this method. These parts can be, for example, parts made of passivable steel containing 2 to 9% chromium, which are enriched on their surface with nitrogen up to a content of 2% by mass, or parts made of stainless steel containing 9 to 18% chromium, which are enriched on their surface with nitrogen up to a content of 4% by mass.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Doppelvakuumofen mit sogenannten warmen Wänden oder ein Ofen mit kalten Wänden, wie die in FR-A-2 663 953 beschriebenen Vorrichtungen, verwendet werden.To carry out the process according to the invention, a double vacuum furnace with so-called warm walls or a furnace with cold walls, such as the devices described in FR-A-2 663 953, can be used.
Beispielsweise kann das Verfahren die folgenden Stufen umfassen:For example, the process may include the following steps:
1) Evakuieren des Ofenraums bis zu einem Druck von 10&supmin;¹ hPa zur Entfernung der Luft,1) Evacuate the furnace chamber to a pressure of 10⊃min;¹ hPa to remove the air,
2) Füllen des Raums durch Stickstoff mit atmosphärischem Druck,2) Filling the space with nitrogen at atmospheric pressure,
3) Beschicken des Raums, der die Metallteile enthält, und Evakuieren des Raum auf etwa 102 hPa,3) Fill the room containing the metal parts and evacuate the room to about 102 hPa,
4) Erhitzen bis zur Austenitisierungstemperatur mit bei Bedarf Stufen und Halten bei dieser Temperatur während 30 min zur Homogenisierung der Teile,4) Heat to the austenitizing temperature with steps if necessary and hold at this temperature for 30 min to homogenize the parts,
5) Einführen von Wasserstoff bis zu vorzugsweise 500 hPa oder weniger entsprechend der Art des Ofens,5) Introduction of hydrogen up to preferably 500 hPa or less depending on the type of furnace,
6) Carbonitrierungsbehandlung, die auf unterschiedliche Weisen durchgeführt werden kann:6) Carbonitriding treatment, which can be carried out in different ways:
a) eine Periode der Anreicherung an Kohlenstoff durch Einführung des Kohlenstoffanreicherungsgases Ethylen, gefolgt von einer Periode der Anreicherung an Stickstoff durch Einführung von Ammoniak oder umgekehrt, oder(a) a period of carbon enrichment by introducing the carbon enrichment gas ethylene, followed by a period of nitrogen enrichment by introducing ammonia, or vice versa, or
a') eine Periode der Anreicherung an Kohlenstoff und Stickstoff durch gleichzeitige Einführung von Ethylen und Ammoniak,a') a period of enrichment in carbon and nitrogen by simultaneous introduction of ethylene and ammonia,
7) gegebenenfalls eine zu der Stufe 6) analoge Anreicherungsbehandlung oder eine Vakuumdiffusionsbehandlung bei einer Temperatur von 750ºC bis 1050ºC unter einem Druck von 10&supmin;¹ hpa, beispielsweise, und7) optionally an enrichment treatment analogous to step 6) or a vacuum diffusion treatment at a temperature of 750ºC to 1050ºC under a pressure of 10⊃min;¹ hpa, for example, and
8) Einführen von Stickstoff in den Ofen im Hinblick auf das Entleeren des Ofens.8) Introducing nitrogen into the furnace with a view to emptying the furnace.
Es ist anzumerken, dass die Stufen 6) und 7) mehrere Male bei Bedarf wiederholt werden können.It should be noted that steps 6) and 7) can be repeated several times if necessary.
Während der Zufuhr der Gase Ethylen und Ammoniak wird der Druck im Ofenraum vorzugsweise bei etwa 25 hPa gehalten.During the supply of the gases ethylene and ammonia, the pressure in the furnace chamber is preferably kept at about 25 hPa.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die im Folgenden zur Erläuterung und nicht zur Beschränkung angegeben sind.Further features and advantages of the invention will become apparent from the embodiments given below for illustrative purposes and not for limitation.
In den folgenden Beispielen werden die in Tabelle 1 aufgelisteten Legierungen, deren Zusammensetzungen (Masse-%) gleicherweise in Tabelle 1 angegeben sind, verwendet.In the following examples, the alloys listed in Table 1, whose compositions (mass %) are also given in Table 1, are used.
In den Beispielen wurde der im vorhergehenden beschriebenen allgemeinen Arbeitsweise für die Stufen 1 bis 5 und 8 gefolgt und die Stufen 6 und 7 wurden durchgeführt, indem unterschiedliche Ethylen- und Ammoniakmengen und unterschiedliche Anreicherungs- und/oder Diffusionssequenzen verwendet wurden.In the examples, the general procedure described above for steps 1 to 5 and 8 was followed, and steps 6 and 7 were carried out using different amounts of ethylene and ammonia and different enrichment and/or diffusion sequences.
In allen Beispielen wurde eine Vorstufe der Austenitisierung unter Vakuum bei 102 hPa bei einer Temperatur von 850ºC während 30 min durchgeführt. Danach wurden die Stufen 6) und 7) unter den in Tabelle 2 angegebenen Bedingungen durchgeführt. In dieser Tabelle ist in gleicher Weise auch die Bezeichnung der verwendeten Legierungen, deren Zusammensetzungen in Tabelle 1 angegeben sind, speziell angegeben.In all examples, a preliminary austenitization step was carried out under vacuum at 102 hPa at a temperature of 850ºC for 30 minutes. Then, steps 6) and 7) were carried out under the conditions given in Table 2. In this table, the designation of the used Alloys whose compositions are given in Table 1 are specifically indicated.
In den Beispielen 1 und 2 entspricht die Stufe 6) einer Carbonitrierung mit gleichzeitiger Zufuhr von Ethylen und Ammoniak und die Stufe 7) ist eine Vakuumdiffusionsbehandlung.In Examples 1 and 2, step 6) corresponds to a carbonitriding with simultaneous addition of ethylene and ammonia and step 7) is a vacuum diffusion treatment.
In den Beispielen 3 und 4 entspricht die Stufe 6) einer Carbonitrierung mit gleichzeitiger Zufuhr von Ethylen und Ammoniak (mit einer geringeren Menge) und die Stufe 7) ist eine Nitrierungsbehandlung durch nur Ammoniak.In examples 3 and 4, step 6) corresponds to a carbonitriding with simultaneous addition of ethylene and ammonia (in a smaller amount) and step 7) is a nitriding treatment by ammonia only.
In den Beispielen 5 und 6 entspricht die Stufe 6) einer Kohlenstoffanreicherung und die Stufe 7) einer Nitrierung.In examples 5 and 6, stage 6) corresponds to carbon enrichment and stage 7) to nitration.
In den Beispielen 7 bis 9 entspricht die Stufe 6) einer Carbonitrierung mit gleichzeitiger Zufuhr von Ethylen und Ammoniak, wobei die Ammoniakmenge sehr erhöht ist, und die Stufe 7) ist eine Vakuumdiffusionsbehandlung.In Examples 7 to 9, step 6) corresponds to a carbonitriding with simultaneous addition of ethylene and ammonia, the amount of ammonia being very high, and step 7) is a vacuum diffusion treatment.
In den Beispielen 10 bis 16 wird nur Stufe 6), die einer Carbonitrierung entspricht, durch gleichzeitige Zufuhr von Ethylen und Ammoniak während einer gegenüber den vorhergehenden Beispielen längeren Dauer durchgeführt.In Examples 10 to 16, only stage 6), which corresponds to carbonitration, is carried out by simultaneous addition of ethylene and ammonia for a longer period than in the previous examples.
Die in jedem Beispiel erhaltenen Ergebnisse, d. h. die Oberflächenanreicherungsprofile an Kohlenstoff und Stickstoff (in Masse-%) für jede der behandelten Legierungen, sind in den Tabellen 3 bis 8 angegeben.The results obtained in each example, i.e. the surface enrichment profiles in carbon and nitrogen (in mass %) for each of the alloys treated, are given in Tables 3 to 8.
Die in den Beispielen 1 bis 6 erhaltenen Ergebnisse bezüglich klassischer Carbonitrierungsnuancen sind benachbart zu denen, die man bei Durchführung einer klassischen Gascarbonitrierung erhält.The results obtained in Examples 1 to 6 regarding classical carbonitriding shades are close to those obtained by carrying out classical gas carbonitriding.
In den Beispielen 7 bis 9 werden gute Ergebnisse bei der Behandlung von chromreicheren, daher passiveren Legierungen erhalten.In examples 7 to 9, good results are obtained in the treatment of alloys that are richer in chromium and therefore more passive.
In den Beispielen 10 bis 16 wird beobachtet, dass oberflächlich sehr hohe Stickstoffwerte für chromreiche, rostfreie Stähle erhalten werden können, wobei die Stickstoffgehalte in den Beispielen 14 und 15 2,86 bzw. 4% Stickstoff erreichen. Daher ersetzt Stickstoff teilweise den Oberflächenkohlenstoff, was es ermöglicht, dass Schichten mit speziellen Eigenschaften erhalten werden.In Examples 10 to 16 it is observed that very high surface nitrogen values can be obtained for chromium-rich stainless steels, with the nitrogen contents in Examples 14 and 15 being 2.86 and 4% respectively. Nitrogen. Therefore, nitrogen partially replaces the surface carbon, which makes it possible to obtain layers with special properties.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher sehr vorteilhaft, da es zu viel höheren Graden einer Stickstoffanreicherung gegenüber Graden, die man mit klassischen Carbonitrierungsverfahren erhalten kann, bei denen die Stickstoffgehalte auf der Oberfläche höchstens etwa 0,3% betragen, führt.The process according to the invention is therefore very advantageous since it leads to much higher levels of nitrogen enrichment than those that can be obtained with classical carbonitriding processes in which the nitrogen contents on the surface are at most about 0.3%.
[1] Techniques de l'Ingenieur M 1226-8, 14. Juli 1994[1] Techniques de l'Ingenieur M 1226-8, July 14, 1994
[2] FR-A-2 663 953 Tabelle 1 Tabelle 2 Tabelle 3 Tabelle 5 Tabelle 6 Tabelle 7 Tabelle 8 [2] FR-A-2 663 953 Table 1 Table 2 Table 3 Table 5 Table 6 Table 7 Table 8
Claims (12)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9805311A FR2777911B1 (en) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | LOW PRESSURE CARBONITRURATION OF METAL ALLOY PARTS |
| PCT/FR1999/000998 WO1999055928A1 (en) | 1998-04-28 | 1999-04-27 | Low pressure carbonitriding method for metal alloy parts |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE69902169D1 DE69902169D1 (en) | 2002-08-22 |
| DE69902169T2 true DE69902169T2 (en) | 2003-02-27 |
Family
ID=9525752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE69902169T Expired - Lifetime DE69902169T2 (en) | 1998-04-28 | 1999-04-27 | METHOD FOR LOW PRESSURE NITROCARBURING METAL WORKPIECES |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1080243B1 (en) |
| AT (1) | ATE220732T1 (en) |
| CA (1) | CA2326239C (en) |
| DE (1) | DE69902169T2 (en) |
| ES (1) | ES2179639T3 (en) |
| FR (1) | FR2777911B1 (en) |
| PT (1) | PT1080243E (en) |
| TW (1) | TW460620B (en) |
| WO (1) | WO1999055928A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004058838B4 (en) * | 2004-12-06 | 2007-11-29 | Schramm, Armin | Nozzle insert made of steel |
| EP1885904B2 (en) † | 2005-04-19 | 2017-02-01 | Ecm Technologies | Low pressure carbonitriding method |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1160349B1 (en) * | 2000-05-24 | 2004-08-18 | Ipsen International GmbH | Process and apparatus for heat treating of metallic workpieces |
| DE10118494C2 (en) * | 2001-04-04 | 2003-12-11 | Aichelin Gesmbh Moedling | Process for low pressure carbonitriding of steel parts |
| WO2003050321A1 (en) * | 2001-12-13 | 2003-06-19 | Koyo Thermo Systems Co., Ltd. | Vacuum carbo-nitriding method |
| KR101704849B1 (en) | 2009-08-07 | 2017-02-08 | 스와겔로크 컴패니 | Low temperature carburization under soft vacuum |
| EP2627795A1 (en) * | 2010-10-11 | 2013-08-21 | Ipsen International GmbH | Method and arrangement for carburizing and carbonitriding metallic materials |
| FR2981948B1 (en) | 2011-10-31 | 2014-01-03 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | LOW PRESSURE CARBONITRURATION PROCESS WITH REDUCED GRADIENT TEMPERATURE IN AN INITIAL NITRIDATION PHASE |
| FR2981947B1 (en) | 2011-10-31 | 2014-01-03 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | LOW PRESSURE CARBONITRURATION METHOD AT EXTENDED TEMPERATURE RANGE IN AN INITIAL NITRIDATION PHASE |
| US9617632B2 (en) | 2012-01-20 | 2017-04-11 | Swagelok Company | Concurrent flow of activating gas in low temperature carburization |
| JP7450557B2 (en) * | 2018-06-11 | 2024-03-15 | スウェージロック カンパニー | Chemical activation of self-passivating metals |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA692161A (en) * | 1964-08-11 | N. Ipsen Harold | Method of heat treating metal parts | |
| DE2336680A1 (en) * | 1973-07-19 | 1975-01-30 | Degussa | Nitriding steel in a low pressure gas atmosphere - by heating the workpiece to the nitriding temp. in a mixt. of ammonia and a carbon gas carrier |
| FR2288785A2 (en) * | 1974-10-21 | 1976-05-21 | Air Liquide | Gas mixtures for heat treating steel - esp. for controlled carburisation |
| FR2271295A1 (en) * | 1973-12-21 | 1975-12-12 | Air Liquide | Gas mixtures for heat treating steel - esp. for controlled carburisation |
-
1998
- 1998-04-28 FR FR9805311A patent/FR2777911B1/en not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-04-27 WO PCT/FR1999/000998 patent/WO1999055928A1/en active IP Right Grant
- 1999-04-27 PT PT99915850T patent/PT1080243E/en unknown
- 1999-04-27 TW TW088106769A patent/TW460620B/en not_active IP Right Cessation
- 1999-04-27 ES ES99915850T patent/ES2179639T3/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-04-27 DE DE69902169T patent/DE69902169T2/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-04-27 AT AT99915850T patent/ATE220732T1/en active
- 1999-04-27 CA CA002326239A patent/CA2326239C/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-04-27 EP EP99915850A patent/EP1080243B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004058838B4 (en) * | 2004-12-06 | 2007-11-29 | Schramm, Armin | Nozzle insert made of steel |
| EP1885904B2 (en) † | 2005-04-19 | 2017-02-01 | Ecm Technologies | Low pressure carbonitriding method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW460620B (en) | 2001-10-21 |
| EP1080243B1 (en) | 2002-07-17 |
| EP1080243A1 (en) | 2001-03-07 |
| CA2326239C (en) | 2008-02-19 |
| FR2777911B1 (en) | 2000-07-28 |
| PT1080243E (en) | 2002-12-31 |
| CA2326239A1 (en) | 1999-11-04 |
| ES2179639T3 (en) | 2003-01-16 |
| DE69902169D1 (en) | 2002-08-22 |
| FR2777911A1 (en) | 1999-10-29 |
| ATE220732T1 (en) | 2002-08-15 |
| WO1999055928A1 (en) | 1999-11-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE2657644A1 (en) | GAS MIXTURE FOR IMPORTING IN A FERROUS METAL TREATMENT FURNACE | |
| DE2135763C3 (en) | 31 08 70 Japan 45 76202 Process for the treatment of iron and steel objects to form a nitride layer | |
| DE2450879A1 (en) | METHOD FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS METALS | |
| DE3038078A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR CARBONING METAL WORKPIECES | |
| DE69902169T2 (en) | METHOD FOR LOW PRESSURE NITROCARBURING METAL WORKPIECES | |
| DE69032144T2 (en) | Method and device for the thermal or thermochemical treatment of steel | |
| DE2934930C2 (en) | ||
| DE2324918A1 (en) | PROCESS FOR THE PRODUCTION OF EPSILON LARBONITRIDE LAYERS ON PARTS MADE OF IRON ALLOYS | |
| EP0662525B1 (en) | Process for preventing surface oxidation during steel carburizing | |
| EP1247875A2 (en) | Process and apparatus for low pressure carbonitriding of steel parts | |
| DE69619725T2 (en) | Process for nitriding steel | |
| DE19736514C5 (en) | Process for jointly oxidizing and heat treating parts | |
| CH632013A5 (en) | METHOD FOR GAS CARBONING WORKPIECE FROM STEEL. | |
| DE3810892A1 (en) | METHOD FOR NITROCARBURIZING AND NITRATING NON-IRONED SURFACES | |
| EP1122331B1 (en) | Process of nitriding and/or carbonitriding of high-alloyed steel | |
| DE19523956A1 (en) | Carburisation or carbonitriding with min. carbon di:oxide and no cyanide emissions | |
| DE2652382B2 (en) | Process for carbonitriding steel and pig iron products | |
| AT404139B (en) | METHOD FOR THE HEAT TREATMENT OF WORKPIECES UNDER TREATMENT GAS | |
| Somers | Verbindungsschichtbildung beim Nitrieren und Nitrocarburieren–Wissensstand und zukünftiger Forschungsbedarf | |
| DE2133284A1 (en) | Heat treatment of steel and cast iron in a gas atmosphere | |
| DE2315165B2 (en) | METHOD FOR GAS NITRATING FERROUS PARTS | |
| DE3716367C2 (en) | ||
| WO2001055471A1 (en) | Method for carbonitriding high-carbon and high-alloy steels | |
| DE2000060A1 (en) | Accelerating carburization of steel workpie - ces with generator carrier gas | |
| EP0049531B1 (en) | Method of case-hardening metallic pieces |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8364 | No opposition during term of opposition |