CS258988B1

CS258988B1 - Method of nitridation or carbonitridation in salt melts

Info

Publication number: CS258988B1
Application number: CS863026A
Authority: CS
Inventors: Jiri Bures; Jiri Korinek
Original assignee: Jiri Bures; Jiri Korinek
Priority date: 1986-04-25
Filing date: 1986-04-25
Publication date: 1988-09-16
Also published as: CS302686A1

Abstract

Způsob povrchové úpravy oceli, litiny a slinutých ocelových výlisků, využívající střídavé působení solné nitrační lázně a jejího anolytu nebo katolytu s možnosti současného použití elektrodových potenciálů do + IV. Výsledkem je vytvoření vrstevnaté struktury povrchové vrstvy s trvalým tlakovým pnutím ve všech mezivrstváoh. Tím se výrazně zvyšuje protikorozní odolnost a odolnost proti opotřebení takto ošetřených povrchů a současně dochází k úspoře kyanatanu - hlavní účinné složky lázně.Method of surface treatment of steel, cast iron and sintered steel moldings utilizing alternating action of the nitrating bath a its anolyte or catholyte with options current use of electrode potentials to + IV. The result is creating a layered one the surface layer structure of the permanent layer pressure stress in all interlayer. This greatly increases the corrosion resistance and wear resistance as follows treated surfaces and simultaneously occurs saving cyanate - the main active ingredient spa.

Description

Vynález řeší zvýšení užitné hodnoty povrchových vrstev na ocelích, litinách a slinutých ocelových výliscích v solných taveninách se současným zvýšením využití nitridačních solí.The invention solves an increase in the utility value of surface layers on steels, cast iron and sintered steel moldings in salt melts, while at the same time increasing the use of nitriding salts.

Jedním ze způsobů vytváření nitridových povrchových vrstev na ocelích, litinách a slinutých ocelových výliscích je nitridace v taveninách solí, obsahující kyanidy, kyanatany a uhličitany při teplotách difuse dusíku okolo 5OO-6OO°C. Součásti z železo obsahujících materiálů se upravují nitridací s cílem zvýšit odolnost povrchu proti opotřebení, korozní odolnost a odolnost proti únavě. V poslední době nové varianty nitridace v solných lázních vedle cenných materiálových vlastností proti klasickým řešením tepelným zpracováním a úpravami povrchu získaly také na vzhledové úpravě, takže nahrazují i úpravy vzhledové na povrchu součástí. Právě této výhody se dosahuje jednak zvýšením tlouštěk ochranných vrstev, jednak snížením drsnosti povrchu mezioperačním leštěním, lapováním, otryskáváním skleněnými perlemi a omíláním ve vibračních bubnech nebo broušením s kluznou úpravou. Složení lázní zůstává v podstatě klasické, lázně obsahují asi třetinu kyanidů, třetinu kyanatanů a třetinu uhličitanů. Hlavní účinnou složkou je kyanatan, který reakcí se železem pře258 988 chází na uhličitan. Zpětná reakce v solné tavenině je rovněž možná - z uhličitanu na kyanatan probíhá za přidání pryskyřice obsahující vedle sebe uhlík, dusík a vodík. Tím se výrazně snižuje podíl odpadajících solí s toxickým obsahem. Na povrchu kovů s hlavním podílem železa pak vzniká nekovová vrstva s obsahem E nitridu železa. Legury riitridotvorné snižují tloušlku vytvářené vrstvy, ale zvyšují její tvrdost. Byl prokázán příznivý vliv kyslíku ve vrstvě na její korozní odolnost a odolnost proti opotřebení přimazávaných povrchů, jakož i na rychlost difuse dusíku do povrchu. Pod tvrdou vrstvou se nachází vrstva spojovací asi stejné tloušlky jako vrstva hlavní, ta je však bez výrazných strukturálních změn. Drsnost povrchu se nitridací zvyšuje na více než dvojnásobek. Pokud se však povrch mezioperačne přeleští a drsnost jeho se sníží, tak se již při dalším zpracování drsnost povrchu více nemení, ač technické vlastnosti povrchu se dále ještě zlepší. Strukturální rovnováhy se u nízkolegovaných ocelí nejsnadněji dosahuje dodatečným ohřevem na teplotu 3OO-4OO°C a zvláště při tom příznivě působí slabě oxidující taveniny. Tohoto efektu se dociluje vháněním vzduchu do taveniny, popř. přenesením do oxidačně působící lázně. Podstatnou výhodou nitridace u legovaných a uhlíkových ocelí zůstává zřejmě možnost vytváření tvrdých vrstev na základním materiálu až po jeho tepelném zpracování. K urychlení tvorby a zrovnomernění tloušlky vytvářené nitridové vrstvy se k nitridaci určené předměty předehřívají a oxidují na vaduchu. Z porovnání cenových nákladů je však zřejmé, že jejich hlavní podíl připadá na údržbu a obnovu nitridační solné taveniny , u níž vysoká spotřeba hlavní účinné složky nepříznivě ovlivňuje celkovou skladbu nákladů, i když technolologie je sama o sobě velmi úsporná ve srovnání s jinými analogickými úpravami.One method of forming nitride coatings on steels, cast iron and sintered steel compacts is by salt melt nitriding containing cyanides, cyanates and carbonates at nitrogen diffusion temperatures of about 500 ° C to 600 ° C. Iron-containing materials are treated by nitriding to increase wear resistance, corrosion resistance and fatigue resistance. Recently, new variants of salt nitriding in addition to valuable material properties in comparison with classical solutions by heat treatment and surface treatment have also gained an appearance finish, thus replacing the appearance finishes on the surface of components. Precisely this advantage is achieved by increasing the thickness of the protective layers and, secondly, by reducing the surface roughness of the in-process polishing, lapping, blasting with glass beads and tumbling in vibratory drums or grinding with a sliding treatment. The composition of the baths remains essentially classical, containing about a third of cyanides, a third of cyanates and a third of carbonates. The main active ingredient is cyanate, which reacts with iron to carbonate. The salt melt back-reaction is also possible - from carbonate to cyanate, with the addition of carbon, nitrogen and hydrogen side-by-side resin. This greatly reduces the proportion of waste salts with a toxic content. A non-metallic layer containing iron nitride E is then formed on the metal surface with a major proportion of iron. Riton-forming alloys reduce the thickness of the layer formed but increase its hardness. A positive effect of oxygen in the layer on its corrosion resistance and wear resistance of lubricated surfaces as well as on the rate of nitrogen diffusion into the surface has been shown. Under the hard layer there is a connecting layer of about the same thickness as the main layer, but it is without significant structural changes. The surface roughness is more than doubled by nitriding. However, if the surface is polished between operations and its roughness is reduced, the surface roughness does not change anymore during further processing, although the technical properties of the surface are further improved. The structural equilibrium of low-alloy steels is most easily achieved by additional heating to a temperature of 300 ° C to 400 ° C, and in particular a weakly oxidizing melt has a favorable effect. This effect is achieved by blowing air into the melt, resp. transfer to an oxidizing bath. An important advantage of nitriding in alloyed and carbon steels remains the possibility of forming hard layers on the base material after its heat treatment. To accelerate the formation and uniformity of the thickness of the nitride layer to be formed, the nitriding articles to be nitrated are preheated and oxidized to malfunction. However, it is clear from the price cost comparison that their main share is in the maintenance and renewal of the nitriding salt melt, where high consumption of the main active ingredient adversely affects the overall cost structure, although technology itself is very economical compared to other analogous treatments.

Vynález řeší způsob nitridace nebo karbonitridace v solných taveninách, jímž se dále zlepší užitné vlastnosti nitridačních vrstev při současně hospodárnějším využívání hlavní účinné složky tím, že na povrch oceli, litiny a slinutých ocelových výlisků se střídavě působí jednak samotnou solnou nitridační lázní, jednak jejím anolytem nebo katolytem. Výhodně se použije vkládaných elektrodových potencionálů do i 1 V při době jejich působeníThe present invention provides a process for nitriding or carbonitriding in salt melts which further improves the utility properties of the nitriding layers while at the same time making more efficient use of the main active ingredient by alternately treating the surface of steel, cast iron and sintered steel moldings with salt nitriding alone. catholyte. Preferably, insertion electrode potentials of up to 1 V are used at the time of their exposure

- 3 258 988 od 1 sekundy do cca 45 minut s možností několikanásobného opakování střídavého působení solné lázně a jejich anolytň a katolytů tak, že proces se s výhodou může ukončit anodovým cyklem, po němž pak již následují operace oplachování a sušení.3 258 988 from 1 second to about 45 minutes with the possibility of repeated repetition of the alternating action of the salt bath and their anolyte and catholyte so that the process can preferably be terminated by an anode cycle followed by rinsing and drying operations.

Způsobem podle vynálezu se tedy vytváří na povrchu nitridovaných součástí z ocelí, litiny a slinutých výlisků z oceli vrstevnatá struktura s trvalým pnutím ve všech mezivrstvách, Čímž všechny materiálové výhody zůstávají zachovány a navíc při zvětšené tlouštce vrstvy se zlepšuje dosti výrazně protikorozní odolnost a odolnost proti opotřebení. Způsobem podle vynálezu se však současně šetří i hlavní účinná složka lázně - kyanatan, neboí lázně se neobohacují kyslíkem v celé své hmotě, ale jen působením stejnosměrného elektrického proudu se rozdělují na anolyt s vyšším obsahem kyslíku (kyslíkovým potenciálem) a na katolyt - se sníženým obsahem kyslíku (kyslíkovým potenciálem). K použitelným napětím do i 1 V přísluší poměrně velmi vysoké proudové hustoty, řádově <The process according to the invention thus creates a layered structure with permanent stress in all interlayers on the surface of nitrided steel parts, cast iron and sintered steel moldings, thereby retaining all the material advantages and, in addition, increasing the anticorrosion and wear resistance with an increased layer thickness. . However, the main active ingredient of the bath - cyanate, is also saved by the method according to the invention, since the baths are not enriched with oxygen in their entire mass, but are separated into high-oxygen anolyte and oxygen-reduced catholyte. oxygen (oxygen potential). Applicable voltages up to i 1 V include relatively high current densities of the order of <

o značně přes 100 A/dmi Aby se zamezilo vzniku nežádoucích elektrodových reakcí jsou doby zapojení elektrického proudu velmi krátké, často v rozmezí zlomků sekund až několika málo minut. Doba zapojení značně závisí na vkládaném napětí; vkládaná napětí jsou obvykle v hodnotách 0,02 do 0,3 V. Vyšších napětí se dá použít jen ve speciálních případech, např. u vysokolegovaných ocelí ne bo neaktivních struktur. Rovněž u této technologie je vhodné mezioperačne zařazovat mechanické úpravy snižující drsnost nitridovaného povrchu, přičemž se povrchová úprava dokončí např. v oxidující lázni nebo v nitridační lázni se střídavým cyklem, zejména po anolytickém cyklu. Jako příklad se uvádí nitridace oceli 11 321.21, při níž se součásti z oceli nejdříve předehřívají na závěéech v kyslíkové atmosféře při 350°C a pak se vnesou do nitridační solné lázně, obsahující při 580°C 30% hm. kyanidu, 45% hm. kyanatanu a 25% hm. uhličitanu. Po 20 minutách působení této lázně na povrch oceli se vloží na součást anodické napětí v hodnotě okolo 0,1 V po dobu 30 sekund, po dalších 5 minutách se na součást vloží katodické napětí ve stejné hodnotě okolo 0,1 V, a to rovněž po dobu 30 sekund, načež se po dobu cca 30 minut naznačené cykly opakují. Cyklování se vesměs ukončí anodickým cyklem, součásti se přenesou do studené a pak horké vody, voda se vytěsní vytesnovačem. Povrch součástí se lapuje brusným papíremo considerably over 100 A / dmi In order to avoid unwanted electrode reactions, the electrical connection times are very short, often in fractions of seconds to a few minutes. The wiring time depends largely on the input voltage; input voltages are usually in the range of 0.02 to 0.3 V. Higher voltages can only be used in special cases, eg in high-alloy steels or inactive structures. Also in this technology, it is appropriate to inter-operatively incorporate mechanical treatments to reduce the roughness of the nitrided surface, whereby the surface finish is completed, e.g. By way of example, the nitriding of steel 11 321.21, in which the steel components are first preheated on suspensions in an oxygen atmosphere at 350 ° C and then introduced into a nitriding salt bath containing 30% by weight at 580 ° C. cyanide, 45 wt. cyanate and 25 wt. carbonate. After 20 minutes of application of the bath to the steel surface, an anodic voltage of about 0.1 V is applied to the component for 30 seconds, and after a further 5 minutes a cathodic voltage of about 0.1 V is applied to the component, also after 30 seconds, then the cycles are repeated for about 30 minutes. The cycling is generally terminated by an anodic cycle, the components are transferred to cold and then hot water, and the water is displaced by a disposer. The surface of the parts is lapped with sandpaper

- 4 258 988- 4,258,988

c. 500, součásti se vloží do oxidační lázně na bázi dusitanu a dusičnanu při 35O°C na dobu 10 minut, pak se opláchnou ve studené a horké vodě s případnou vyvářkou a nakoneo se osuší. Je výhodné pro další zvýšení korozní odolnosti povrch opatřit vrstvou přídavného inhibitoru koroze, vpraveriou do povrchu bučí v některé z posledních lázní, nebo při závěrečném leštění.c. 500, the components are placed in a nitrite-nitrate-based oxidation bath at 35 ° C for 10 minutes, then rinsed in cold and hot water with optional hot water and finally dried. It is advantageous to further coat the surface with a layer of additional corrosion inhibitor, to be evenly wetted in one of the last baths or in the final polishing.

Zkouškami bylo prokázáno, že korozní odolnost, odolnost proti proti opotřebení a odolnost proti únavovému namáhání je vyšší než u stejné součásti zpracované dosud známými způsoby, přičemž spotřeba hlavní účinné složky je cca až o 20% nižší.Tests have shown that the corrosion resistance, the wear resistance and the fatigue resistance are higher than those of the same component processed by known methods, with the consumption of the main active ingredient being about 20% lower.

předmět’ vynálezuobject of the invention

Claims

1. A process for nitriding or carbonitriding steel, cast iron and sintered steel moldings in salt melts, generally containing cyanate, cyanide and carbonate salts after oxidizing the surface in air, characterized in that the functional surface of the steel, cast iron or sintered part The steel molding alternately acts on the salt bath itself or on its anolyte or catholyte using the inserted electrode potentials.

2. The salt melt nitriding or carbonitriding process according to claim 1, wherein the amount of electrode potential to be inserted is í 1 V.

3. The salt melt nitriding or carbonitriding process of claim 1, wherein the duration of the base bath is 5 to 150 minutes, the anolyte is 1 to 15 minutes, and the catholyte is 3 to 15 times the anolyte.

4. The salt melt nitriding or carbonitriding process of claim 1 or 2, characterized in that, for shorter periods of action of the anolyte or catholyte, the treatment of the bath itself or its anolyte or catholyte is repeated several times.

5. The salt melt nitriding or carbonitriding process according to claims 1 to 3, characterized in that the formation of the layer is terminated preferably by an anode cycle, followed by a purification of the surface by rinsing, displacing and drying.