DD131183B1 - Verfahren zum haerten von staehlen,insbesondere von unlegierten einsatzstaehlen - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet

Das Verfahren betrifft das Härten von insbesondere unlegierten Einsatsstählen, die einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,05 % und 0,25 % aufweisen und bei dem ein geringer Härteverzug zulässig ist. Es ist bei Werkstücken ohne große Querschnittsänderungen verwendbar.

Bekannte technische Lösungen

Bekannt ist, daß zum Erreichen hoher Kärtewerte an der Oberfläche von Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,05 % und 0,25 % weiterer Kohlenstoff im Einsatzverfahren in die Oberfläche des Stahles bei Temperaturen von 840 bis 900 0 in einer Zeit von 4 bis 6 Stunden eingebracht wird. Im Anschluß an dieses Einsatzverfahren muß zur Härtung nochmals erwärmt und abgeschreckt werden. Zur Beseitigung unzulässiger Spannungen ist häufig noch ein Anlassen erforderlich.

Ein besonders hochproduktives Einsatzverfahren ist das Einsetzen im cyanidischen Salzbad. Bei 1/2 Stunde Einsatzzeifc kann 0,15 mm Kohlenstoffenndringtiefe einreicht werden. Nach dem Einsetzen werden die Teile unmittelbar aus dem Salzbad herausgenommen und abgeschreckt, weil bei Luftkühlung eine große Oxydationsgefahr für das Werkstück besteht. Danach erfolgt die eigentliche Härtung

mit der Erwärmung des Werkstoffes über die GOSE-Linie entsprechend des Eisen-Kohlenstoff-Diagramms und anschließend die Abschreckung in Wasser oder Öl. Auch bei diesem Verfahren werden die günstigsten Eigenschaften durch abschließendes Entspannen zwicchen 150⁰C und 200⁰C erreicht. Es entstehen dabei Oberflächenhärten von maximal 62 HRc sowie ein weiche, zäher Kern. Nachteilig wirkt sich bei diesem Einsätzverfahren die Notwendigkeit der mehrfachen Warmbehandlung aus.

Bekannt sind auch verschiedene Nitrierhärteverfahren. Die Werkstücke aus Nitrierstahl, d. h. Chrom, Aluminium, Vanadin legierte Stähle, werden im Airanoniak-Gasstrom bei 56O°C zwischen 15 und 50 Stunden geglüht. Der Stickstoff, der sich vom Ammoniakgas abspaltet, bildet mit den Legierungselementen Chrom, Aluminium oder Vanadin äußerst harte Nitride. Nach dem Abkühlen ist das Werkstück fertig gehärtet. Es entsteht auch hierbei eine Oberflächenhärte von 62 HRc. Der Kern des Werkstückes bleibt unverändert zäh und weich.

Als Nachteile sind auch hier die lange Warmbehandlung sowie die Notwendigkeit von Legierungsbestandteilen wie Chrom, Aluminium, Vanadin usw. im Werkstoff.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, Stähle insbesondere mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,05 % und 0,25 % tind ohne teure Legierungsbestandteile in einer kurzen Warmbehandlungszeit und mit geringen Mitteln an der Oberfläche eine wesentliche Steigerung der Härte zu erreichen und auch die Kernfestigkeit zu erhöhen.

Wesen der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Härten von Stählen, insbesondere von unlegierten Einsat«stahlen, bei dessen Anwendung eine hohe 5 Oberflächenhärte erreicht wird und die Kernfestigkeit steigt.

Die Ursache der bisherigen Mängel ist die schlechte Ausnutzung der zur Warmbehandlung notwendigen Energie sowie das Nichterkennen des Zusammenhangs der an sich bekannten Tatsachen, daß beim Erwärmen über die GOSE-Linie de3 Eisen-Kohlenstoff-Diagramms relativ schnell Stickstoff in das Material der Werkstücke diffundiert und beim Abschrecken агш diesen Temperaturen auch bei unlegierten EinsatzstähJ en eine erhöhte Festigkeit auch im Kern des Materials eitsteht.

Merkmale der Erfindung

Die zu härtenden Stähle, insbesondere unlegierte Einsatzstähle mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,05% und 0,25% werden in einem normalen Nitrierofen auf eine Temperatur von 20° bis 50⁰C über die GOSE-Linie im Eisen-Kohlenstoff -Diagramm erhitzt und gleichmäßig mit Ammoniakgas umspült. Das Ammoniakgas spaltet sich bei diesen Temperaturen sofort in Stickstoff und Wasserstoff. Der Stickstoff diffundiert in die Oberfläche des Werkstoffes mit etwa 0,15 mm in 15 min. An der Oberfläche entsteht eine Schicht mit Metallnitriden, während in tieferen Schichten Stickstoff in gelöster oder ausgeschiedener Form im Material vorliegt. Nach Erreichung der erforderlichen Eindringtiefe erfolgt das Abschrecken des Materials direkt in Wasser oder auch in Öl. An der Oberfläche entsteht ein homogenes Stickstoff-Martensitgefüge mit guten Übergängen vom Rand zum Kern. Aber auch im Kern des Materials entstehen erhöhte Festigkeitswerte durch Martensitbildung. Diese erforderlichen Mittel zur Lösung der Aufgabe zeichnen sich insbesondere durch ihre ünkompliziertheit und damit durch ihre einfache praktische Anwendung aus.

Ausführungsbeispiel

Die fertig bearbeiteten Bauteile v/erden entfettet und in den Nitrierofen gelegt. Danach wird der Ofen dicht verschlossen. Anschließend werden die Bauteile auf eine Temperatur von 20° bis 5O⁰C über die GOSE-Linie im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm erhitzt. Gleichzeitig wird ein Ammoniakgasstrom darüber geleitet. Während des GlUhprozesses wird laufend frisches Ammoniakgas zugeführt, so daß im Uitrierofen ein Druck von 0,8 bis 1,2 bar gegeben ist. Bei der herrschenden Temperatur und dem gegebenen Druck zerfällt das Ammoniakgas insbesondere in Stickstoff, der in die Randschichten der Bauteile diffundiert. Dort bildet er mit dem Eisen harte Nitride. Die Nitriertiefe beträgt etwa in 15 min 0,15 mm.

Nach Erreichung der erforderlichen Nifcriertiefe wird das Ammoniakgas abgestellt und die Bauteile herausgenommen. Die heißen Bauteile müssen sofort in V/asser oder Öl, je nach der erforderlichen Härte, abgeschreckt werden. Die Bauteile haben eine hellgraue Farbe und sind .absolut zunderfrei. Ohne weitere Y/armbehandlung sind die Bauteile fertiggehärtet. Bei Bauteilen mit großen Querschnittsunterschieden ist mit geringem Ilärteverzug zuschnen.

Jiine Oberflächenharte von etwa 62 HRc wird erreicht, während auch die Kernfestigkeit des Materials erhöht wird.

Bei dynamisch hochbeanspruchten Teilen erhöht sich insbesondere die Standzeit gegenüber der gleichen Bauteile mit üblicher Kohlenstoff-Einsatzhärtung um 50 bis 100 %. Als weitere Vorteile sind die hohe Korrosionsbeständigkeit sowie die guten Gleit- und Notlaufeigenschaften zu nennen.

Claims (1)

1. -JF-

   Erfindungsanspruoh

   Verfahren zum Härten von unlegierten oder niedrig legierten Stählen, insbesondere bei Werkstücken mit unkomplizierter Gestalt, dadurch gekennzeichnet, daß an sioh bekannte Operationen

   1. Erhitzen des Werkstoffes im Nitrierofen auf Temperaturen von 20 K bis 50 K über die GOSE-Linie im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm

   2, Allseitiges und gleichmäßiges Umspülen der Werkstücke mit Ammoniakgas

   3_f Abkühlung des Werkstoffes in Abschreckmitteln,

   v/ie Wasser oder Öl kombiniert werden.