CH366848A - Verfahren zum Nitrieren von Metallen, insbesondere Eisenlegierungen, in alkalicyanid- und alkalicyanathaltigen Salzbädern - Google Patents

Description

  Verfahren zum Nitrieren von     MetaRen,     insbesondere Eisenlegierungen, in     alkalieyanid-    und     alkalieyanathaltigen    Salzbädern    Es ist bekannt, Werkstücke aus Stahl dadurch zu  nitrieren,     dass    man sie bei Temperaturen zwischen  etwa<B>500</B> und     60011   <B>C</B> in ein Salzbad taucht, welches  aus     Cyanid    und     Cyanat    besteht.

   Solche Bäder werden  in der Praxis mit     Cyanatgehalten    zwischen 20 und  40     O/o"    berechnet als     KCNO,    und     Cyanidgehalten    zwi  schen<B>30</B> und<B>60</B>     1/@,    berechnet als     NaCN,    betrieben.  Der Rest besteht aus     Alkalikarbonat,    welches von  selbst durch Oxydation beim Betrieb der Bäder ent  steht. Solche Bäder können auch noch Chloride ent  halten, um an wertvollem     Cyanid    und     Cyanat    zu  sparen oder den Schmelzpunkt herabzusetzen.  



  Es stellte sich nun heraus,     dass    die     Nitrierwirkung     solcher Bäder von der Tiefe der     Badbehälter    abhängig  ist. Je tiefer die Bäder sind, desto schlechter nitrieren  sie.  



  Beispielsweise wurde in einem Ofen von 40 cm  Tiefe in<B>90</B> Minuten auf dem behandelten Stahl eine  aus     Nitriden    und Karbiden bestehende     sogenannte     Verbindungsschicht von<B>6-10</B>     Mikron    Dicke<B>je</B> nach  Alter des Bades erzielt. Bei     öfen    von etwa<B>1</B> m Tiefe  kann man dagegen erfahrungsgemäss auf die Dauer  so dicke Schichten nicht erzielen. Auch Bewegen des  Bades durch elektrische oder mechanische Mittel  führt nicht zu einem technisch ins Gewicht fallenden  Erfolg.  



  Es wurde nun gefunden,     dass    eine wesentliche  Steigerung der     Nitrierwirkung    derartiger Salzbäder  dadurch erreicht werden kann,     dass    durch das Bad  ein oxydierendes Gas, vorzugsweise Luft, in feiner  Verteilung hindurchgeleitet wird. Eine Abhängigkeit  der     Nitrierwirkung    solcher Bäder von der Tiefe der       Badbehälter    ist nicht mehr vorhanden.  



  Weitere Vorteile der Erfindung sind im folgenden  anhand eines Beispiels erläutert:    Beispielsweise liefert ein Ofen von<B>60</B> cm Durch  messer und<B>1</B> m Tiefe mit einem Bad von<B>3 5 %</B>     KCNO     und 40     111o,        NaCN,    Rest     Alkalikarbonat,    Verbindungs  zonen von<B>2-3 a</B> Dicke. Wurde durch ein ins Bad  tauchendes Rohr, welches auf dem Grund des Bades  eine Schleife bildet, die mit vielen kleinen Löchern  versehen war, Luft in das Bad eingeleitet, so stieg die       Nitrierwirkung    sofort und auf die Dauer derart an,       dass    Verbindungszonen von<B>8-12  </B> Dicke erzielt  wurden.  



  Günstig ist ein     Kaliumgehalt    des Salzgemisches       von        18,14,        mindestens        101/o,        höchstens        30%,.        Dabei     ist der     Kaliumgehalt    als reines K berechnet, wobei  dieser Stoff an     CN    oder     CNO    gebunden ist. Der  Rest des     Alkalimetalls    liegt in der Salzmischung als  Na vor.  



  Durch Dosierung der Luftmenge kann in gewissem  Umfange die     Nitrierwirkung    geregelt werden. Im  allgemeinen wird man aus wirtschaftlichen Gründen  die     Nitrierwirkung    auf das     höchstmöglichste    Mass  steigern.  



  Für die Bestimmung der Luftmenge L ist eine  Formel anwendbar, die berücksichtigt,     dass    der Durch  messer des     Badbehälters    von grösserem     Einfluss    ist als  dessen Tiefe. Sie lautet wie folgt:  
EMI0001.0053     
    In dieser Formel bedeutet r den Radius,<B>d</B> die  Tiefe des Bades in cm und 1/h Liter pro Stunde.  



  Die feine Verteilung der Luft in kleine Bläschen  wird z. B. dadurch erzielt,     dass    man sie aus einem  mit vielen feinen Bohrungen versehenen Rohr aus  strömen     lässt,    welches auf dem Grunde des Bad-           behälters    liegt. Anstelle eines solchen mit Löchern  versehenen Rohres können auch poröse Körper aus  Metall oder Keramik verwendet werden, die die Luft  auf bekannte Weise in Form von kleinen Bläschen  austreten lassen. Man kann die Menge der hindurch  geleiteten Luft so dosieren,     dass    die jeweils günstigste       Nitrierwirkung    erreicht wird.  



  Das beschriebene Verfahren hat noch den Vorteil,       dass    es das     Cyanid    des Bades zu     Cyanat    oxydiert.  Beim Nachfüllen des Bades gibt man daher im wesent  lichen     Cyanid    nach, während man bisher ein Gemisch  von 4 Teilen     Cyanat    und<B>6</B> Teilen     Cyanid    nachgeben       musste,    um ein wenigstens in nicht zu tiefen     öfen     wirksames Bad zu erzielen.     Alkalicyanid    ist aber  wesentlich billiger als     Alkalicyanat.     



  In den Abbildungen sind beispielsweise Ausfüh  rungen von     Nitrieröfen    zur Ausführung der Erfin  dung dargestellt, und zwar zeigt     Abb.   <B>1</B> und 2 einen  Ofen mit einem rohrförmigen Zuleitungskörper, wäh  rend die     Abb.   <B>3</B> einen Teil eines Ofens mit Gas  zuführung durch ein porösen Körper wiedergibt.  



  Bei dem Ofen nach     Abb.   <B>1</B> ist in einem Gehäuse<B>1</B>  ein     Badbehälter    2 angeordnet, wobei zwischen den  beiden Teilen<B>1</B> und 2     Wärmeisolationsmaterial    und  ein nicht dargestellter Widerstandsheizkörper liegt, der  das Salzbad aufheizt. In den Behälter 2 ist von       oben        ein        Rohr   <B>3</B>     eing        geführt,        das        zur        Zuführung        der     oxydierenden Gase, z. B. Luft, dient.

   An dieses Rohr  <B>3</B> ist ein horizontal verlaufendes Rohr 4 angeschlossen,  das am Rande der Bodenfläche des     Badbehälters    ver  läuft. In den horizontalen Teil sind beispielsweise im  Abstand von 20 mm Löcher von<B>0,5</B> mm Durch  messer gebohrt, aus denen Gas austreten kann. Durch  die dargestellte Ausführung wird eine feine Vertei-         lung    des Gases in dem gesamten Salzbad erreicht,  wodurch eine wesentliche Erhöhung der     Nitrierwir-          kung    erreicht wird. Gleichzeitig wird aber der nutz  bare Innenraum des     Badbehälters    2 nur unwesentlich  verkleinert.  



  In dem Rohr 4 können weiterhin auswechselbare  Düsen vorgesehen sein, um bei längerer Betriebszeit  durch Auswechseln derselben einen konstanten     Gas-          durchtritt    zu gewährleisten.  



  Bei der Ausführung zu     Abb.   <B>3</B> ist in Bodennähe  des     Badbehälters    2 eine Platte<B>5</B> aus porösem Mate  rial angeordnet, unter die durch ein Rohr<B>6</B> Gas ge  drückt werden kann. Aus der Platte tritt dieses Gas  in kleinen Bläschen aus und durchströmt dann das  Salzbad.  



  Die verbesserte     Nitrierwirkung    zeigt folgendes  Beispiel: In einem Stahltiegel von<B>600</B> mm<B>0</B> und  <B>1000</B> mm Tiefe wurde ein Bad mit 45 %     NaCN,     <B>32</B>     11/e        KCNO    und<B>23 %</B>     Na.C03    eingeschmolzen.  Durch das Bad wurden feinverteilt durch Düsen  stündlich<B>700</B> Liter Luft hindurchgeleitet.  



  In der Schmelze wurden Proben aus     unlegiertem          Stahl        mit        0,15        %,        Kohle        zur        Feststellung        der        Verbin-          dungszone    und der Diffusionszone,     Dauerbiegeproben     aus     unlegiertem    Stahl zur Feststellung der bis zum  Bruch ertragenen Lastwechsel, eine Probe aus chrom  legiertem Vergütungsstahl     (0,3511/o   <B>C,</B>     111/0        Cr,

            0,7"/o,    Mn) zur Prüfung der erzielten Härtesteigerung  und eine Verschleissprobe zur Feststellung der bis  zum Fressen ertragenen Last eingehängt.  



  Die Teile wurden<B>90</B> Minuten bei<B>5700 C</B> behan  delt und alle in Wasser abgeschreckt. Der gleiche  Versuch wurde auch ohne Luft durchgeführt. Es erga  ben sich folgende Resultate:  
EMI0002.0060     
  
    mit <SEP> Luft <SEP> ohne <SEP> Luft
<tb>  Dicke <SEP> der <SEP> Verbindungszone <SEP> <B>10 <SEP> u</B> <SEP> 2 <SEP> It
<tb>  Nadeltiefe <SEP> <B>0,39</B> <SEP> mm <SEP> <B>0,23</B> <SEP> mm
<tb>  Vickershärte <SEP> HV <SEP> <B>1 <SEP> 550</B> <SEP> kg/mm-- <SEP> HV <SEP> <B>1</B> <SEP> 541 <SEP> kg/mm2
<tb>  Belastung <SEP> der <SEP> Verschleissprobe
<tb>  bis <SEP> zum <SEP> Fressen <SEP> <B>350 <SEP> kg</B> <SEP> 145 <SEP> <B>kg</B>
<tb>  Lastwechsel <SEP> bis <SEP> zum <SEP> Bruch <SEP> der <SEP> nach <SEP> 7,4 <SEP> Mill.

   <SEP> nach <SEP> <B>53 <SEP> 000</B> <SEP> Last  Dauerbiegeprobe <SEP> Lastwechseln <SEP> noch <SEP> wechseln <SEP> gebrochen
<tb>  nicht <SEP> gebrochen       Aus dieser Zusammenstellung geht der enorme  Vorteil der Belüftung des Bades hervor. Die Härte  ist sehr wenig gestiegen.  



  Mit den Ausdrücken  Nadeltiefe  und  Ver  schleissprobe  werden übliche Untersuchungsmetho  den bezüglich der Oberflächeneigenschaften von  nitrierten Werkstoffen bezeichnet. Unter Verschleiss  probe ist eine Belastungsuntersuchung zu verstehen,  durch die das Verschleissverhalten der Oberflächen  schichten bestimmt wird, z. B. mit einer Maschine  von     Faville-Levally.    Ein in einem Lager gelagertes,  rotierendes Werkstück wird so lange belastet, bis ein  Fressen an der Lagerstelle eintritt. Aus dem Beispiel    geht hervor,     dass    die Verschleissfestigkeit durch das  Nitrieren wesentlich erhöht wird.

Claims (1)

1. <B>PATENTANSPRÜCHE</B> <B>1.</B> Verfahren zum Nitrieren von Metallen, insbe sondere Eisenlegierungen, in alkalicyanid- und alkali- cyanathaltigen Salzbädern, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Bad ein oxydierendes Gas in feiner Verteilung hindurchgeleitet wird.

   <B>11.</B> Salzbadofen zur Durchführung der Verfahrens nach Patentanspruch<B>1,</B> dadurch gekennzeichnet, dass im Badbehälter (2) in der Nähe seines Bodens ein mindestens angenähert horizontal verlaufendes, mit einer Vielzahl kleiner Löcher versehenes Gaseinlei- tungsrohrstück (4) angeordnet ist. <B>UNTERANSPRÜCHE</B> <B>1.</B> Verfahren nach Patentanspruch<B>1,</B> dadurch ge kennzeichnet, dass durch das Salzbad Luft hindurch geleitet wird. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch<B>1,</B> dadurch ge kennzeichnet, dass das oxydierende Gas durch ein am Boden des Badbehälters angeordnetes, mit einer Viel zahl von kleinen Löchern verschenes Rohrstück in das Bad eingeführt wird. <B>3.</B> Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass das oxydierende Gas durch poröse Körper aus Metall oder keramischem Material hin durch in das Bad eingeführt wird. 4.

   Verfahren nach Patentansprach <B>1,</B> dadurch gekennzeichnet, dass als erste Füllung des Behälters Salzmischungen verwendet werden, die<B>25</B> bis 4011/o KCNO und<B>60-75</B> 1/o NaCN enthalten.

   <B>5.</B> Verfahren nach Patentanspruch<B>1,</B> dadurch gekennzeichnet, dass zum Nachfüllen des Bades Salz- mischungen verwendet werden, die bis zu 10,% KCNO, 20-300/9 KCN und 60-7011/9 NaCN ent halten.

   <B>6.</B> Verfahren nach Patentanspruch<B>1,</B> dadurch gekennzeichnet, dass das Alkalisalzgemisch <B>18</B> "/o Ka lium enthält. <B>7.</B> Salzbadofen nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrstück (4) dem Rand des Behälterbodens entlang verläuft.