CH228712A - Process for the manufacture of objects from iron and steel with a corrosion-resistant surface. - Google Patents

Process for the manufacture of objects from iron and steel with a corrosion-resistant surface.

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CH228712A
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chromium
iron
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steel
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Gottfried Dr Phil Becker
Daeves Karl Ing Dr
Fritz Dr Phil Steinberg
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Gottfried Dr Phil Becker
Daeves Karl Ing Dr
Fritz Dr Phil Steinberg
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C10/00Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/28Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
    • C23C10/34Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation
    • C23C10/36Embedding in a powder mixture, i.e. pack cementation only one element being diffused
    • C23C10/38Chromising
    • C23C10/40Chromising of ferrous surfaces

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  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
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Description

  

  Verfahren zum Her stellen von Gegenständen aus Eisen und Stahl  mit korrosionsfester     Oberfläche.       Man kann die Oberfläche von Gegenstän  den aus Eisen oder Stahl dadurch korrosions  fest machen, dass man sie durch thermische  Diffusion     chromiert.    Bei diesem bekannten,  im allgemeinen unter Verwendung gasförmi  ger Chromträger durchgeführten Verfahren  tauscht sich das Chrom aus dem Gase gegen  eine etwa gleiche Menge Eisen der zu behan  delnden Teile aus, indem bei diesem Aus  tausch auf der Oberfläche der Gegenstände  Chromschichten entstehen, die ähnlich wie  die bei der     Zementation    erzeugten, mit dem  Grundwerkstoff auf das innigste verbunden  und verwachsen sind.  



  Bekanntlich macht nun der Kohlenstoff  gehalt der zur Herstellung der zu     chromie-          renden    Gegenstände verwendeten Eisen- und  Stahllegierungen beim     Chromieren    insofern  erhebliche Schwierigkeiten, als der Kohlen  stoff des Grundwerkstoffes mit dem eindif-         fundierenden    Chrom zusammen Karbide bil  det, die das weitere     Eindringen    der Chrom  schichten hemmen.  



  Diesem Übelstand glaubte man mit der  Vorschrift, den Kohlenstoffgehalt des Eisens  nicht über 0,2%     hinaus    zu steigern, genü  gend begegnen zu können. Die Aasmelder  fanden jedoch, dass für die     Chromierungs-          fähigkeit    und die Güte der dabei erzeugten       Chromierungszonen    der Eisenkohlenstoff  legierungen nicht nur der prozentuale Koh  lenstoffgehalt der Legierungen, vielmehr die  Gesamtmenge des     in    den zu     chromierenden     Gegenständen     enthaltenen    Kohlenstoffes  massgeblich ist,

   wonach dann neben dem  Kohlenstoffgehalt in Prozenten der Legie  rung auch noch der     Querschnitt    der zu be  handelnden Teile berücksichtigt werden       muss,    aus dem heraus der     Kohlenstoff    wäh  rend der     Chromierung    an die Oberfläche ge  langen kann.      Weil die Berücksichtigung aller dieser  Umstände unter Umständen Schwierigkeiten  bereiten kann,     @vird    erfindungsgemäss der  Einfluss des Kohlenstoffgehaltes der zu be  handelnden Gegenstände und insbesondere  seine Wanderung zur Oberfläche dadurch  unterbunden, dass man die zu     chromierenden     Gegenstände aus legiertem Eisen oder Stahl  herstellt.

      Nun zeigte sich, dass nicht sämtliche der  bekannten und sogar die bekanntesten Legie  rungselemente, für sich allein dem Eisen zu  gesetzt, imstande sind, die     Kohlenstoffwan-          derung    beim     Chromieren    aufzuhalten. So  konnte beispielsweise diese     Kohlenstoffwan-          derung    auch beim     Chromieren    eines Grund  werkstoffes mit     0,1/,-,    und weniger Kohlen  stoff und zusätzlich 2 %     Molybdän    nicht un  terbunden werden.

   Eine Beseitigung des  Übelstandes trat auch dann nicht ein, wenn  man den zu     chromierenden    Eisenkohlenstoff  legierungen von vornherein einen solchen  Chromzuschlag gab, dass der Kohlenstoff  gehalt der Legierungen als daran gebunden  zu gelten hatte. So wanderte beispielsweise  auch bei einem Stahl mit 0,1% Kohlenstoff  und 3 % Chrom der Kohlenstoff im Quer  schnitt des Grundwerkstoffes dem eindif  fundierenden Chrom entgegen, so dass sich  auch hier als Folge     Chromierungszonen    mit       unbefriedigenden    physikalischen und chemi  schen Eigenschaften ergaben.

      Überraschenderweise wurde nun gefun  den, dass die     Kohlenstoffwanderung    und da  mit ihre Nachteile behoben werden können,  wenn man die zu     chromierenden    Gegenstände  aus einer     Eisenkohlenstofflegierung    herstellt,  die Chrom im Verein mit andern Legierungs  elementen, die, wenn sie allein im Eisen ent  halten sind, wenigstens in den vorgesehenen  Gehalten keine Wirkung zeigen, enthält. So  vermag     zum    Beispiel ein Zusatz von allein 3 %  Chrom zu einem Stahl mit 0,06 % Kohlen  stoff die     Kohlenstoffwanderung    im Grund  werkstoff nicht aufzuhalten.

   Das gleiche gilt  für einen Stahl, der     ausser    0,06 % Kohlen  stoff und den sonstigen Eisenbegleitern    allein 0,5     Gr        Vanadium    enthält. Durch den  gleichzeitigen Zuschlag von 3 % Chrom und       0,5/'Ö        Vanadium    zu den Stählen wird aber  die     Kohlenstoffwanderung    praktisch völlig  unterbunden und damit eine     chromierte    Ober  fläche geschaffen, die höchsten physikali  schen und chemischen Beanspruchungen  standhalten kann.

      Ausser Chrom und     Vanadium    können die  Legierungen, aus denen erfindungsgemäss  Gegenstände mit einwandfreien     Chromie-          rungSsehichten    hergestellt werden sollen,  auch noch 0,3 bis 3 %     Itloly        bdän    enthalten, ,  das ganz oder teilweise durch Wolfram er  setzt werden kann. Ein Stahl mit 0,12  Kohlenstoff, 1,2% Chrom, 1,2%     Molybdän     und<B>0,6%</B>     Vanadium    liess sich besonders gut       chromieren.     



  Gegenstand der Erfindung ist demgemäss  ein Verfahren zur Herstellung von Gegen  ständen aus Eisen und Stahl mit korrosions  fester Oberfläche durch     Eindiffundieren    von  Chrom in die Oberfläche bei Temperaturen  von etwa 900 bis 1100 , gemäss dem man die  zu     chromierenden    Gegenstände aus Legie  rungen des Eisens herstellt, die weniger als  0,2% Kohlenstoff (vorzugsweise     0,1%    Koh  lenstoff), 0,5 bis 6% Chrom (vorzugsweise  3 bis 4 % Chrom), 0,3 bis 3 %     Vanadium    (vor  zugsweise 0,5 bis 1,5 %     Vanadium),    enthal  ten, und die aus diesen Legierungen beste  henden Gegenstände alsdann     chromiert    wer  den.

   Ausser Chrom und     Vanadium    können  die Legierungen auch noch 0,3 bis 3 % Mo  lybdän enthalten, wobei dann zweckmässiger  weise der Chromgehalt 0,5 bis 5 % (vorzugs  weise 1 bis ? ö ) und der     Vanadiumgehalt     wiederum 0,3 bis 3 % (vorzugsweise 0,5 bis  1 %) beträgt. Das     i4loly        bdän    in der Legie  rung kann ganz oder teilweise durch Wolf  ram ersetzt werden.  



  Ein     Siliziumgehalt    in diesen Werkstof  fen hat auf die physikalische und chemische  Eigenschaft der Zonen keinen ausschlag  gebenden Einfluss; in Mengen von 1 bis 2  erleichtert er jedoch das     Eindiffundieren    des  Chroms bis zu einem gewissen Grade.



  Process for the manufacture of objects made of iron and steel with a corrosion-resistant surface. The surface of objects made of iron or steel can be made corrosion-resistant by chrome-plating them through thermal diffusion. In this known, generally carried out using gaseous chromium carriers, the chromium is exchanged from the gases for an approximately equal amount of iron from the parts to be treated by creating chromium layers similar to those on the surface of the objects during this exchange generated during cementation, are closely connected and fused with the base material.



  It is well known that the carbon content of the iron and steel alloys used to manufacture the objects to be chromed causes considerable difficulties during chromium plating, as the carbon of the base material and the diffusing chromium together form carbides which layer the further penetration of the chromium inhibit.



  It was believed that this problem could be adequately countered by stipulating that the carbon content of iron should not exceed 0.2%. The detectors found, however, that the chromating ability and the quality of the chromizing zones of the iron-carbon alloys created in the process are not only determined by the percentage carbon content of the alloys, but rather the total amount of carbon contained in the objects to be chromed.

   according to which, in addition to the carbon content as a percentage of the alloy, the cross-section of the parts to be treated must also be taken into account, from which the carbon can reach the surface during the chrome plating. Because the consideration of all these circumstances can cause difficulties under certain circumstances, according to the invention the influence of the carbon content of the objects to be treated and in particular its migration to the surface is prevented by making the objects to be chromed from alloyed iron or steel.

      It has now been shown that not all of the well-known and even the most well-known alloying elements, added to iron alone, are capable of stopping the migration of carbon during chromium plating. For example, this carbon migration could not be prevented even when chroming a base material with 0.1 /, -, and less carbon and an additional 2% molybdenum.

   The deficiency was not eliminated even if the iron-carbon alloys to be chromed were given such a chromium addition from the outset that the carbon content of the alloys had to be regarded as bound to it. For example, in a steel with 0.1% carbon and 3% chromium, the carbon in the cross-section of the base material migrated towards the diffusing chromium, so that chromium-plating zones with unsatisfactory physical and chemical properties resulted here as well.

      Surprisingly, it has now been found that the carbon migration and its disadvantages can be eliminated if the objects to be chromed are manufactured from an iron-carbon alloy, the chromium in combination with other alloy elements which, if they are contained in iron alone, at least show no effect in the intended levels. For example, adding 3% chromium to a steel with 0.06% carbon cannot stop the migration of carbon in the base material.

   The same applies to a steel that contains 0.06% carbon and the other iron components only 0.5 gr vanadium. Due to the simultaneous addition of 3% chromium and 0.5% vanadium to the steels, however, carbon migration is practically completely prevented and a chromium-plated surface is created that can withstand the highest physical and chemical stresses.

      In addition to chromium and vanadium, the alloys from which objects with flawless chromium plating layers are to be produced according to the invention can also contain 0.3 to 3% itlolybdenum, which can be wholly or partially replaced by tungsten. A steel with 0.12 carbon, 1.2% chromium, 1.2% molybdenum and <B> 0.6% </B> vanadium could be chrome-plated particularly well.



  The invention accordingly provides a process for the production of objects made of iron and steel with a corrosion-resistant surface by diffusing chromium into the surface at temperatures of about 900 to 1100, according to which the objects to be chromed are produced from alloys of iron that less than 0.2% carbon (preferably 0.1% carbon), 0.5 to 6% chromium (preferably 3 to 4% chromium), 0.3 to 3% vanadium (preferably 0.5 to 1.5 % Vanadium), and the objects made from these alloys are then chromed.

   In addition to chromium and vanadium, the alloys can also contain 0.3 to 3% molybdenum, in which case the chromium content is more conveniently 0.5 to 5% (preferably 1 to?) And the vanadium content in turn 0.3 to 3% ( preferably 0.5 to 1%). The i4loly bden in the alloy can be completely or partially replaced by tungsten.



  A silicon content in these materials has no decisive influence on the physical and chemical properties of the zones; in amounts of 1 to 2, however, it facilitates diffusion of the chromium to a certain extent.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von Gegen ständen aus Eisen und Stahl mit korrosions fester Oberfläche durch Eindiffundieren von Chrom in die Oberfläche bei Temperaturen von 900 bis 1100 , dadurch gekennzeichnet, dass die zu chromierenden Gegenstände aus Legierungen des Eisens gefertigt werden, die -eniger als 0,2% Kohlenstoff, 0,5 bis 6 Chrom und 0,3 bis 311o Vanadium enthalten, und die aus diesen Legierungen bestehenden Gegenstände alsdann chromiert werden. UNTERANSPRüCHE: 1. PATENT CLAIM: Process for the production of objects made of iron and steel with a corrosion-resistant surface by diffusing chromium into the surface at temperatures from 900 to 1100, characterized in that the objects to be chromed are made from alloys of iron that are less than 0 , 2% carbon, 0.5 to 6 chromium and 0.3 to 3110 vanadium, and the articles made of these alloys are then chromium plated. SUBCLAIMS: 1. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die verwendete Legierung noch Molybdän enthält. 2. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die verwendete Legierung noch Wolfram enthält. 3. Verfahren nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die verwendete Legierung zu sammen 0,3 bis<B>3</B>% Molybdän und Wolfram enthält. 4. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die verwendete Legierung noch 1 bis 2 % Silizium enthält. 5. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass Legierungen des Eisens verwendet werden, die<B>0,1%</B> Koh lenstoff, 3 bis 4 % Chrom, 0,5 bis<B>1,5%</B> Va nadium enthalten. 6. Method according to claim, characterized in that the alloy used still contains molybdenum. 2. The method according to claim, characterized in that the alloy used still contains tungsten. 3. The method according to patent claim and dependent claims 1 and 2, characterized in that the alloy used contains 0.3 to 3% molybdenum and tungsten together. 4. The method according to claim, characterized in that the alloy used still contains 1 to 2% silicon. 5. The method according to claim, characterized in that alloys of iron are used, which <B> 0.1% </B> carbon, 3 to 4% chromium, 0.5 to <B> 1.5% < / B> Va nadium included. 6th Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass Legierungen des Eisens mit weniger als 0,2% Kohlenstoff, 0,5 bis 5 % Chrom, 0,3 bis 3 % Vanadium, 0,3 bis 3 % Molybdän verwendet werden. Method according to claim, characterized in that alloys of iron with less than 0.2% carbon, 0.5 to 5% chromium, 0.3 to 3% vanadium, 0.3 to 3% molybdenum are used.
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