Verfahren zum Auf kohlen und Carbonitrieren von Eisen oder Stahl Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzielung besonders dicker Härteschichten beim .Aufkohlen und Carbonitrieren von Eisen oder Stahl in einem Salz bad.
Es ist bekannt, Gegenstände aus Eisen oder Stahl in flüssigen Salzbädern, die Cyanide enthalten, zu zementieren, das heisst wenigstens bis zu einer ge wissen Tiefe unter die Oberfläche aufzukohlen. Die bekannten Salzbäder für diesen Zweck enthalten .als wesentlichen Bestandteil Alkali- und/oder Erdalkali- halogenide und als Kohlenstoffträger ein oder mehrere Cyanide. Die Abnahme des Kohlenstoffgehalts mit zunehmender Entfernung von der Oberfläche des Werkstücks und damit die <RTI
ID="0001.0016"> Aufkohlungsdauer hängt dabei im wesentlichen ab vom Cyanidgehalt des Bades, von der Anwesenheit von Beschleunigern, z. B. ge wissen Erdalkalihalogeniden, und nicht zuletzt von der Aufkohlungstemperatur.
;Bäder ohne Aktivator ergeben einen niedrigen Kohlenstoffgehalt der Randzone, doch sorgt der gleichzeitig aus dem Cyanid abgespaltene Stickstoff dafür, dass hohe Randhärten erzielt werden. Mit der artigen Bädern lassen sich jedoch keine grossen Koh- lungstiefen erreichen, und die mit ihnen erzeugten Härtezonen können nicht abgeschliffen werden, ohne dass die Härte stark sinkt. Dagegen sind die Bäder geeignet für die Erzielung sehr dünner Kohlungs- schichten bei Temperaturen unter dem Perlitpunkt, über etwa 600 , vorzugsweise etwa 650 bis 700 .
Die so erzielten Schichten sind sehr hart, und wegen der niedrigen Temperatur ist das .mit dieser Behandlung verbundene Verziehen sehr gering. Es ist jedoch bisher nicht gelungen, die Schichtdicke in ausrei chendem Masse zu verstärken, so dass diese Technik bisher nur relativ selten Anwendung fand. Bäder ohne Aktivator weisen im allgemeinen einen Cyanidgehalt von mehr als 40 /a auf. Jedoch werden diese Bäder aus Gründen der Wirtschaftlich keit, der grossen Cyanidverluste bei höheren Tempe raturen wegen nur unterhalb 900 betrieben.
Bei Salzbädern mit .die Kohlenstoffabgabe beschleunigen den Zusätzen ist der Gehalt an Cyanid wesentlich geringer und liegt bei etwa 10 9/a, während als Haupt bestandteil des Bades Bariumchlorid in einer Menge von etwa 50 bis 55 1/o vorhanden ist.
Die übliche Arbeitstemperatur für diese Bäder beträgt 930 C, wobei es im allgemeinen unmöglich ist, wesentlich höhere Aufkohlungstemperaturen, die an sich die Aufkohlung beschleunigen und die Aufkohlungstiefe erhöhen könnten, anzuwenden, da sonst uritunlich hohe Cyanidverluste eintreten.
Schliesslich ist auch schon vorgeschlagen worden, in vorwiegend aus Bariumsalzen bzw. -chlorid beste henden cyanidhaltigen Bädern bei Badtemperaturen von bis zu 1100 aufzukohlen, um die Kohlungstiefe zu vergrössern.
Es wurde nun gefunden, dass sowohl die Carbo- nitrierung als auch das Aufkohlen in cyanid- und cyanathaltigen Bädern in kürzerer Zeit zu einer wesentlich grösseren Schichtdicke geführt werden kann, als dies bisher bekannt war, wenn, die Salz- schmeJzbäder zwei oder mehrere der Elemente der 6.
Hauptgruppe des periodischen Systems, von denen eines Sauerstoff ist, in freier oder gebundener Form enthalten.
Da sich im allgemeinen in cyanidhaltigen Bädern automatisch ein geringer Gehalt an Cyanat und damit an Sauerstoff einstellt, muss nurmehr dafür gesorgt werden, dass zumindest ein weiteres Element der 6. Hauptgruppe des periodischen Systems, z. B. Schwefel, in der Salzschmelze enthalten ist. Besonders gute Ergebnisse wurden mit Selen und/oder Tellur enthaltenden Bädern erzielt.
Dabei reicht es im allge- meinen aus, weniger als 5 o/a der genannten Elemente den an sich bekannten Bädern hinzuzufügen, wobei an Stelle der Elemente auch Verbindungen derselben in entsprechenden Mengen mit gutem Erfolg einge- setzt werden können.
Die überraschende Wirkung des erfindungsge mässen Verfahrens wird im folgenden an Hand eines Beispiels gezeigt. Ein Bad aus 50 % Natriumcyanid, 10 % Natrium- cyanat,
Rest Natriumcarbonat wurde mit einem Bad der gleichen Zusammensetzung unter Zusatz von 1%- Selen in Form von Natriumselenit bei einer Arbeits temperatur von 700 verglichen. In beiden Bädern wurden Proben aus kohlenstoffarmem Stahl 1, 2, 5 und 10 Stunden lang behandelt.
Hierauf wurde mikroskopisch die Dicke der sogenannten Verbin dungszonen und die Gesamtdicke der Härteschicht bestimmt. Es ergaben sich folgende Werte:
EMI0002.0032
ohne <SEP> Se <SEP> mit <SEP> Se
<tb> Stunden <SEP> Gesamtdicke <SEP> Verbindungszone <SEP> Gesamtdicke <SEP> Verbindungszone
<tb> mm <SEP> mm <SEP> mm <SEP> mm
<tb> 1 <SEP> 0,038 <SEP> 0,005 <SEP> 0,06 <SEP> 0,01
<tb> 2 <SEP> 0,038 <SEP> 0,01 <SEP> <I>0,084</I> <SEP> 0,04
<tb> 5 <SEP> 0,038 <SEP> 0,012 <SEP> 0,21 <SEP> 0,14
<tb> 10 <SEP> 0,038 <SEP> 0,038 <SEP> 0,32 <SEP> 0,25 Der nicht durch die Verbindungszone gebildete Anteil der Härteschicht ist im wesentlichen marten- sitisch. Bei Zusatz von Selen zeigt sich,
dass .schon nach einer Stunde Behandlungsdauer die Gesamt schichtdicke wesentlich höher liegt. Die Schichtdicke der Verbindungszone ist sogar rund doppelt so hoch. Das Verhältnis verschlechtert sich bei längerer Be handlungsdauer zusehends noch zu Ungunsten des nicht mit Selen versetzten Bades. Besonders wesent lich aber ist, dass in selenfreien Bädern die Summe von Verbindungszone und Martensitschicht zwischen 1 und 10 Stunden Behandlungsdauer nicht mehr zu nimmt, während sie bei Zusatz von Selen erstaun licherweise auf über das 5fache ansteigt.
Ganz analoge Ergebnisse liefern Versuche bei höheren Temperaturen. Der Einsatz von Tellur an Stelle von Selen ergibt gleichfalls ,eine Verstärkung der Kohlungs- und Nitrierwirkung der Bäder.
Method for carburizing and carbonitriding of iron or steel The invention relates to a method for achieving particularly thick hardness layers during carburizing and carbonitriding of iron or steel in a salt bath.
It is known to cement objects made of iron or steel in liquid salt baths that contain cyanides, that is to say to carburize at least to a ge know depth below the surface. The known salt baths for this purpose contain alkali and / or alkaline earth halides as an essential component and one or more cyanides as carbon carriers. The decrease in the carbon content with increasing distance from the surface of the workpiece and thus the <RTI
ID = "0001.0016"> The duration of the carburization essentially depends on the cyanide content of the bath, the presence of accelerators, e.g. B. ge know alkaline earth halides, and not least of the carburization temperature.
; Baths without an activator result in a low carbon content in the edge zone, but the nitrogen that is split off from the cyanide at the same time ensures that high surface hardness is achieved. With such baths, however, no great carbon depths can be achieved, and the hardness zones created with them cannot be ground off without the hardness dropping sharply. On the other hand, the baths are suitable for producing very thin carbon layers at temperatures below the pearlite point, above about 600, preferably about 650 to 700.
The layers obtained in this way are very hard and, because of the low temperature, the warping associated with this treatment is very little. However, it has not yet been possible to increase the layer thickness to a sufficient extent, so that this technique has so far only been used relatively rarely. Baths without an activator generally have a cyanide content of more than 40 / a. However, for reasons of economy, the large cyanide losses at higher temperatures are operated only below 900 because of the.
In salt baths with additives that accelerate the release of carbon, the cyanide content is much lower and is around 10 9 / a, while the main component of the bath is barium chloride in an amount of around 50 to 55 1 / o.
The usual working temperature for these baths is 930 C, whereby it is generally impossible to use significantly higher carburizing temperatures, which in themselves could accelerate the carburization and increase the carburization depth, since otherwise extremely high cyanide losses occur.
Finally, it has also already been proposed that cyanide-containing baths consisting predominantly of barium salts or chloride be carburized at bath temperatures of up to 1100 in order to increase the depth of charring.
It has now been found that both the carbonitriding and the carburization in cyanide and cyanate baths can be carried out in a shorter time to a significantly greater layer thickness than was previously known if the salt melt baths have two or more of the elements the 6th
Main group of the periodic table, one of which is oxygen, in free or bound form.
Since, in general, a low content of cyanate and thus of oxygen automatically sets itself in cyanide-containing baths, it must only be ensured that at least one further element of the 6th main group of the periodic system, e.g. B. sulfur, is contained in the molten salt. Particularly good results have been achieved with baths containing selenium and / or tellurium.
It is generally sufficient to add less than 50 / a of the elements mentioned to the baths known per se, it being possible to use compounds of the same in corresponding amounts with good success instead of the elements.
The surprising effect of the method according to the invention is shown below using an example. A bath of 50% sodium cyanide, 10% sodium cyanate,
Remaining sodium carbonate was compared with a bath of the same composition with the addition of 1% selenium in the form of sodium selenite at a working temperature of 700. In both baths, samples of low carbon steel were treated for 1, 2, 5 and 10 hours.
Then the thickness of the so-called connec tion zones and the total thickness of the hardness layer were determined microscopically. The following values resulted:
EMI0002.0032
without <SEP> Se <SEP> with <SEP> Se
<tb> hours <SEP> total thickness <SEP> connection zone <SEP> total thickness <SEP> connection zone
<tb> mm <SEP> mm <SEP> mm <SEP> mm
<tb> 1 <SEP> 0.038 <SEP> 0.005 <SEP> 0.06 <SEP> 0.01
<tb> 2 <SEP> 0.038 <SEP> 0.01 <SEP> <I> 0.084 </I> <SEP> 0.04
<tb> 5 <SEP> 0.038 <SEP> 0.012 <SEP> 0.21 <SEP> 0.14
<tb> 10 <SEP> 0.038 <SEP> 0.038 <SEP> 0.32 <SEP> 0.25 The portion of the hardness layer not formed by the connection zone is essentially martensitic. The addition of selenium shows
that after just one hour of treatment, the total layer thickness is significantly higher. The layer thickness of the connection zone is around twice as high. The ratio deteriorates noticeably with a longer treatment period, to the disadvantage of the bath that has not been mixed with selenium. What is particularly important, however, is that in selenium-free baths the sum of the connection zone and martensite layer no longer increases between 1 and 10 hours of treatment, whereas it increases surprisingly to over 5 times when selenium is added.
Tests at higher temperatures give very similar results. The use of tellurium instead of selenium also increases the carbon and nitriding effect of the baths.