CH374870A - Verfahren zum Nitrieren der Oberfläche von Gegenständen aus einer Metallegierung - Google Patents

Description

  Verfahren     zum    Nitrieren der Oberfläche von Gegenständen aus einer Metallegierung    Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein  Verfahren zum Nitrieren der     Oberflläche    von Gegen  ständen aus einer     Metallegierung    in einer     stickstoff-          haltigen    Gasatmosphäre bei erhöhter Temperatur.  



  Die bekannten Verfahren zur     Nitrierung    von       Gegenständen    aus Eisen und Eisenlegierungen bei  einer Temperatur von 520 bis 550 C in einer Am       moniakgasatmosphäre    beruhen auf der Tatsache, dass  an der erhitzten     Oberfläche    der Gegenstände eine  Dissoziation des Ammoniaks stattfindet und     d'a'bei     aktivierter     Stickstoff    entsteht, der in die betreffende  Oberfläche     hineindiffundiert    und     in    bekannter Weise  deren Härtung bewirkt.

   Obwohl die Ursache der   Aktivierung  des gebildeten     Stickstoffes    nicht ge  nau bekannt ist, hat sich ganz allgemein gezeigt,     d'ass     eine gewisse Mitwirkung der     eisenhaltigen    Oberfläche       unerlässlich    ist, so dass hochlegierte Stähle mit ent  sprechend geringerem Eisengehalt     merklich    schlechter  zu nitrieren sind, grösseren Verbrauch an     Nitriergas     und wesentlich längere Behandlungsdauer erforder  lich machen. Ausser anderen Ursachen dürfte dies  auch von der ungenügenden Erzeugung von aktivem  Stickstoff an der eisenarmen Oberfläche herrühren.  



  Diese schlechtere     Nitrierbarkeit    von hochlegier  ten Stählen zeigt sich besonders bei in einem Schmelz  verfahren gewonnenen     Stahlnegierungen.    Aber auch  bei gesinterten Gegenständen aus solchen Legierun  gen ist die     Nitrierbarkeit    normalerweise unbefriedi  gend.  



  Die     vorliegende    Erfindung ermöglicht eine Besei  tigung des beschriebenen Mangels. und ist dadurch ge  kennzeichnet, dass bei einer     nitrierbare    Elemente ent  haltenden Legierung, die einen Gehalt an Nichteisen  metallen von 15 bis     10011/o,    aufweist,     durch    eine  wenigstens zeitweise Erzeugung einer     elektrischen     Glimmentladung an der zu nitrierenden Oberfläche,         zusätzlicher    aktivierter Stickstoff gebildet wird, der in  die     Metalloberfläche        hineindiffundiert.     



  Das     erfindungsgemässe    Verfahren wird nachste  hend in einem Ausführungsbeispiel näher     erläutert.     Ein Probestück einer Eisenlegierung mit weniger       als        85        %        Eisengehalt        wurde        zuerst        in        üblicher        Weise     durch     30stündige    Behandlung bei 520  C in Am  moniakgas nitriert.

   Hierbei wurde eine sehr dünne       Nitrierschicht    erzeugt, die eine Gesamtdicke von nur  etwa 0,005     man    besass und bereits bei der üblichen       Vickers-Härteprüfung    zum Absplittern     neigte.    Eine  derartige, viel zu dünne und     mit    dem Kernmaterial  kaum verzahnte     Nitrierschicht    ist für praktische Ver  wendung kaum geeignet.  



       Ein    gleiches     Probestück    von etwa 500 g Gewicht  mit genau gleichen Legierungsbestandteilen wurde an  schliessend nach. dem erfindungsgemässen     Verfahren     nitriert. Hierzu wurde das     Probestück    nach ober  flächlicher Entfettung     in    einem eisernen,

   aussen was  sergekühlten Gefäss isoliert von     den    Wandungen an  gebracht und mit     einer        Stromdurchführung    in der       Gefässwandung        verbunden.    Im Gefäss wurde     zuerst     eine Wasserstoffatmosphäre von 5 mm     Hg    Druck  hergestellt und     durch    Anlegen einer Gleichspannung  von 480 Volt an die Stromdurchführung auf dem als  Kathode     geschalteten    Probestück eine elektrische       Glimmentladung    erzeugt.

   Durch die Entladungsener  gie wurde das Probestück     innerhalb    von etwa 30  Minuten bis auf schwache Rotglut (etwa 500  C) er  hitzt und hierbei     durch    die reduzierende Wirkung  des Wasserstoffes eine Beseitigung aller Oberflächen  verunreinigungen bewirkt. Am Ende einer etwa ein  stündigen Behandlung konnte auf     diese    Weise eine       völlig        gleichmässige        Glimmentladung    längs der ge  samten zu nitrierenden Oberfläche- erzielt werden.

        Nach dieser     Vorbehandlung    wurde die Spannung  abgeschaltet und anstelle der     Wasserstoffatmosphäre     im     Gefäss    eine     Nitrieratmosphäre-hergestellt,    die Am  moniak und einen zusätzlichen     Wasserstoffanteil    von  30     Gew.o/o    enthielt. Der Wasserstoffanteil ist un  kritisch und kann auch bis zu 50     Gew:o/o    betragen.  Als Gasdruck wurde 5 mm     Hg    gewählt und dann  die     Betriebsspannung        angelegt,    die zu Beginn nur  etwa 430 Volt betrug.

   Die     Betriebsspannung    wurde  dabei impulsartig zwischen 430 und 250 Volt ge  ändert, wobei jeweils     etwa    0,5 sec lang die hohe und  etwa 1,0 sec lang die niedrigere Spannung vorhan  den war. Bei dieser Betriebsweise entstand an der       Oberfläche    des Probekörpers der     ebenfalls    als Ka  thode     geschaltet    war, eine     gleichmässige        Glimment-          ladung    wechselnder Energie.

   Durch     gleichzeitige     Steigerung der     Spannung        während    der     Hochleistungs-          intervalle    und des Gasdruckes wurde die Temperatur  des Probestückes     über    550  C erhöht, im vorliegen  den Fall bis auf etwa 590  C. Diese Behandlung  wurde während 25 Stunden ununterbrochen durch  geführt, dann die     Betriebsspannung    abgeschaltet und  das Probestück mehrere     Stunden    lang in derselben  Gasatmosphäre     abkühlen    gelassen und schliesslich  aus dem     Gefäss    ausgebaut.  



  Eine Untersuchung der erzeugten     Nitrierschicht     mittels eines     Schrägschliffes    ergab eine sehr gleich  mässige     Nitrierung    bis     in    eine Tiefe von etwa 0,2     mm.     Das mikroskopische     Schliffbild    zeigte eine ausgezeich  nete Verankerung zwischen     Nitrierschicht    und Kern  material.

   Bei der Härtemessung nach     Vikers    oder       Rockwell    ergaben die     Diamanteindrücke    keinerlei       Absplitterung,was    auf gute     Duktilität    der gehärteten       Oberfläche        hindeutet.    Der Stahl- bzw. Eisengehalt  des     Probestückes    war dabei geringer     ails    80     11/o    und  der Chromgehalt etwa 19 0/0, also eine Legierung, die  für eine     normale        Gasnitrierung        ungeeignet    gewesen  wäre, wie oben bereits erwähnt wurde.  



       Ähnliche        Ergebnisse    lassen sich mit dem vorlie  genden Verfahren zur     Nitrierung    von Metallgegen  ständen auch dann erzielen, wenn     praktisch    überhaupt  kein Eisen in der betreffenden Legierung vorhanden  ist. Solche     hochwarmfeste    und korrosionsfeste Legie  rung - wie sie beispielsweise unter den Bezeichnun  gen      VITALLIUM ,         NIMONIC     (geschützte Mar  ken) usw. bekannt sind - können     mit        diem    bekannten       Gasnitrierverfahren    kaum nitriert werden.  



  Ferner wurde festgestellt, dass das erfindungs  gemässe     Verfahren    auch bei der     Nitrierung    der Ober  fläche von     Sinterkörpern    aus eisenarmen oder eisen  freien Metallegierungen von Vorteil ist. Es kann eine  merkliche Verringerung der     Behandlungszeit    bzw.  eine grössere Tiefe der durch     eindiffundierten    Stick  stoff veredelten     Oberflächenzone    erreicht werden.  



  Die     Nitrierung    von     Gegenständen    aus einer     Me-          tallegierung        mit        weniger        als        85        %        Eisengehalt        kann        in     einer     stickstoffhaltigen    Atmosphäre im Druckbereich  von 0,1 bis 1000 mm     Hg,        vorzugsweise    von 1 bis  100 mm     Hg,    vorgenommen werden.

   Die Temperatur    sollte     vorteilhafterweise    jeweils über 550 C liegen.  Bei Legierungen mit weniger als     1011/o    Eisengehalt       :ist        ein        Sil'iziumgehalt    von Vorteil. Ferner kann die  Legierung zur Erleichterung der     Nitrierschichtbildung     einen geringen Prozentsatz von     Niob    enthalten.

   Es  sei     schliesslich    noch darauf     hingewiesen,        d'ass    die       Nitrierbehand@lung    durch eine elektrische     Glimment-          ladung    möglich ist, welche sowohl durch technischen  Wechselstrom als auch durch Gleichstrom erzeugt  werden kann, wenn nur die betreffenden Oberflä  chenteile     wenigstens    zeitweise als Kathode arbeiten.  In     gewissen    Fällen kann auch eine     Zumischung    von       N2    Gas: zu einer     Ammoniakatmosphäre        vorteilhaft     sein.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zum Nitrieren der Oberfläche von Ge genständen aus einer Metallegierung in einer stick stoffhaltigen Gasatmosphäre bei erhöhter Tempera tur, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer nitrierbare Elemente enthaltenden Legierung, die :

   einen Gehalt an Nichteisenmetallen von 15 bis 100 0/0. aufweist, durch. eine wenigstens zeitweise Erzeugung einer elek trischen Glimmentladung an der zu nitrierenden Oberfläche, zusätzlicher aktivierter Stickstoff gebil det wird, der in die Metalloberfläche hineindiffun- diert. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren' nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die zu nitrierende Oberfläche auf über 550 C erhitzt wird. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Nitrierung in einer Ammoniak und bis zu 50 Gew.o/u Wasserstoff enthaltenden At mosphäre vorgenommen wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, d'ass die Nitrierung in einer Ammoniak und bis zu 50 Gew 9/o Stickstoffgas enthaltenden At mosphäre vorgenommen wird. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass vor der Nitrierbehandlung die Gegenstände in einer wasserstoffhaltigen, aber stick stofffreien Atmosphäre mittels einer elektrischen Glimmentladung erhitzt und von Oberflächenverun- reinigungen befreit werden. 5. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Nitrierung in einer Gasatmo sphäre bei einem Druck von 0,1 bis 1000 mm Hg vorgenommen wird. 6.

   Verfahren nach Unteranspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, dass die Nitrierung in einer Gasatmo sphäre bei einem Druck von 1 bis 100 mm Hg vor genommen wird. 7. Verfahren :nach Patentanspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Glimmentladung mittels eines Wechselstromes erzeugt wird.

   B. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die die Glimmentladung erzeu gende Spannung in Form von Impulsen hzw. im periodischen Wechsel von Intervallen hoher und niedriger Spannung zugeführt wird. 9. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Oberfläche einer siliziumhalti- gen Legierung nitriert wird, welche weniger als 10 9/a Eisen enthält. 10.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Oberfläche einer niobhaltigen Legierung nitriert wird.