DD140761A1 - PROCESS FOR THE LOCAL PROTECTION OF IRON AND STEEL PARTS FOR HEAT TREATMENTS - Google Patents

PROCESS FOR THE LOCAL PROTECTION OF IRON AND STEEL PARTS FOR HEAT TREATMENTS Download PDF

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DD140761A1 DD78209958A DD20995878A DD140761A1 DD 140761 A1 DD140761 A1 DD 140761A1 DD 78209958 A DD78209958 A DD 78209958A DD 20995878 A DD20995878 A DD 20995878A DD 140761 A1 DD140761 A1 DD 140761A1
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Description

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Titel der Erfindung .Title of the invention.

Verfahren zum lokalen Schutz von Eisen- und Stahlteilen bei WärmebehandlungenProcess for the local protection of iron and steel parts during heat treatment

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum lokalen Schutz der Oberfläche von Eisen- und Stahlteilen vor der Aufnahme von Kohlenstoff, Stickstoff und Bor beim Glühen in gasförmigen und festen Medien bis 1100 0C.The invention relates to a method for local protection of the surface of iron and steel parts prior to the uptake of carbon, nitrogen and boron during annealing in gaseous and solid media up to 1100 0 C.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Bei der chemisch-thermischen Wärmebehandlung von Eisen und Stahl ist es oftmals erforderlich ausgewählte Partien der Oberfläche des Werkstückes vor der Einwirkung von Kohlenstoff, Stickstoff oder Bor lokal zu schützen, während andere Partien möglichst vollständig der Einwirkung dieser Mittel ausgesetzt sein sollen. Beispielsweise können dadurch bei nachträglichem Abschrecken wesentliche örtliche Härteunterschiede des Werkstückes erreicht werden. Die weicheren Partien die z. B. weniger Kohlenstoff enthalten, können dann leicht mechanisch nachgearbeitet werden, während die ungeschützten Stellen eine hohe Sollhärte erreicht haben. Außerdem sind je nach Beanspruchungsart des Werkstückes auch die unterschiedlichen Festigkeitswerte des Werkstückes von Bedeutung. Es sind eine größere Zahl von Verfahren bekannt, durch die ein lokaler Schutz erreicht werden kann.Characteristic of the known technical solutions In the chemical-thermal heat treatment of iron and steel, it is often necessary to locally protect selected parts of the surface of the workpiece from the action of carbon, nitrogen or boron, while other parts should be as fully exposed to the action of these agents , For example, this can be achieved in subsequent quenching significant local hardness differences of the workpiece. The softer parts the z. B. contain less carbon, can then be easily reworked mechanically, while the unprotected sites have reached a high target hardness. In addition, depending on the type of stress of the workpiece and the different strength values of the workpiece are of importance. There are a large number of known methods by which local protection can be achieved.

So werden die zu schützenden Stellen des Werkstückes durch Stahlteile abgedeckt, die dann allerdings einem starken Verschleiß unterliegen. Bekannt ist weiterhin das Abdecken mit Mitteln auf der Basis von Borsäure, Wasserglas und Glaspulver, die meistens mit Metalloxiden gemischt und mit organischen Lösungsmitteln und Füllstoffen angereichert sind. Ferner ist bekannt, daß zu diesem Zweck verschiedene Metallschichten aufgebracht werden können. Bei hohen Anforderungen an die Schutzwirkung hat sich aber nur Kupfer bewährt, das auf den betreffenden Stellen des Werkstückes galvanisch abgeschieden wird.Thus, the parts of the workpiece to be protected are covered by steel parts, which are then subject to heavy wear. It is also known covering with agents based on boric acid, water glass and glass powder, which are mostly mixed with metal oxides and enriched with organic solvents and fillers. It is also known that various metal layers can be applied for this purpose. For high demands on the protective effect but only copper has proven that is deposited on the relevant points of the workpiece galvanically.

Weiterhin ist bekannt, daß oxidbildende Stahlbegleiter im allgemeinen den Durchtritt von Kohlenstoff und Stickstoff durch die Oberfläche des Eisenwerkstoffes hemmen. Eine notwendige Bedingung für die Wirkung dieser Elemente besteht darin, daß diese trotz ihrer Verdünnung im Stahl, schon bei einem geringeren Sauerstoffpotential als Eisen oxidiert werden und eine entsprechende oxidierende Atmosphäre während des Glühprozesses vorhanden ist. Natürlich kann aus einer solchen allgemeinen Aussage kein Verfahren zum lokalen Oberflächenschutz bei chemisch-^thermischen Behandlungen abgeleitet werden, daß darin bestünde, beliebige leicht oxidierbare Metallschichten aufzubringen, da insbesondere über die Haftfestigkeit und die Porosität derartiger Schichten keine allgemeine Voraussage möglich ist.It is also known that oxide-forming steel companions generally inhibit the passage of carbon and nitrogen through the surface of the ferrous material. A necessary condition for the effect of these elements is that they are oxidized despite their dilution in steel, even at a lower oxygen potential than iron and a corresponding oxidizing atmosphere is present during the annealing process. Of course, such a general statement can not derive any method of local surface protection in chemical thermal treatments that would involve the application of any easily oxidizable metal layers, since in particular the adhesion and porosity of such layers does not allow a general prediction.

Andererseits sind eine Vielzahl technischer Lösungen bekannt, die die Wirkung von leicht oxidierbaren Metallen als Zunder- und Korrosionsschutz nutzen, u.a. das Aufbringen von Kanthai und Aluminium, auch mit Magnesium- und Zinkzusätzen, sowie von einigen hochlegierten Stählen durch chemisch-thermische und spritzmetallurgische Verfahren und durch Tauchverfahren. Bekannt ist, daß Aluminium mit einer Schichtdicke von 200 ,via Schutz vor Verzunderung bis 600 C bietet. Eine Hemmung der Verzunde-On the other hand, a variety of technical solutions are known that use the effect of easily oxidizable metals as scale and corrosion protection, including the application of Kanthai and aluminum, with magnesium and zinc additives, as well as some high-alloy steels by chemical-thermal and injection metallurgical processes and by dipping method. It is known that aluminum with a layer thickness of 200 , provides protection against scaling to 600 C. An inhibition of the

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rung kann auch bis 950 0C durch Aluminium bewirkt werden, wenn die Schichtdicke ca. 300 /Um beträgt. Dazu ist aber eine Vorglühung des Werkstückes (Alitierung) von mehreren Stunden bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes von Aluminium erforderlich, um es durch eine Festkörperreaktion vollständig mit den oberflächennahen Gebieten des Stahles umzusetzen, wodurch ein Abtropfen sowohl bei der Alitierung, als auch bei der Anwendung bei höheren Temperaturen ausgeschlossen ist. Die bei der Vorglühung entstehende breite Verbindungs- und Diffusionszone verhindert die Verzunderung des Grundwerkstoffes. Es ist auch bekannt, daß derartige dicke Aluminiumschichten einen Schutz gegen die Entkohlung hochkohlenstoffhaltiger Stähle bei Glüh- und Warmverformungsbehandlung bewirken (DE-OS 23 19 673).tion may also be up to 950 0 C caused by aluminum, the layer thickness of about 300 / .mu.m. For this purpose, however, a pre-annealing of the workpiece (Alitierung) of several hours at a temperature below the melting point of aluminum is required to fully implement it by a solid state reaction with the near-surface areas of the steel, causing dripping both in the Alitierung, as well as in the application is excluded at higher temperatures. The wide connection and diffusion zone created during preheating prevents scaling of the base material. It is also known that such thick aluminum layers provide protection against the decarburization of high-carbon steels in annealing and hot deformation treatment (DE-OS 23 19 673).

Heuerdings wurde durch die DE-OS 23 19 678 vorgeschlagen, Aluminium mit Cer und anderen Lanthaniden zu versetzen und durch ein Tauchverfahren und eine nachträgliche Hochtemperaturbehandlung an der Luft, offensichtlich zum Zwecke der Ausbildung einer besonders dicken Cer/Aluminium-Mischoxidschicht als Schutz vor der Verzunderung, aber auch der Kohlenstoffaufnahme bei Pyrolyseprozessen, auszunutzen. Eine technische Lösung, Aluminium zum lokalen Oberflächenschutz bei chemisch-thermischen Behandlungen von Werkstücken zu nutzen, ist nicht bekannt.Heuerdings was proposed by DE-OS 23 19 678, aluminum with cerium and other lanthanides and offset by a dipping method and a subsequent high-temperature treatment in the air, obviously for the purpose of forming a particularly thick cerium / aluminum mixed oxide layer as protection against scaling , But also the carbon uptake in pyrolysis processes exploit. A technical solution to use aluminum for local surface protection in chemical-thermal treatments of workpieces is not known.

Weiterhin wird in der DD-WP 117 893 vorgeschlagen, daß vor der Wärmebehandlung auf die zu schützenden Partien der Oberfläche von Eisen- und Stahlteilen eine Schicht eines zur Oberflächensegregation neigende Metalles, insbesondere Antimon oder eine Verbindung eines solchen Metalles aufgebracht wird.Furthermore, DD-WP 117 893 proposes that a layer of a surface-segregating metal, in particular antimony or a compound of such a metal, is applied to the parts of the surface of iron and steel parts to be protected before the heat treatment.

Der Nachteil der angeführten Verfahren besteht in ihrer Störanfälligkeit. Mit Ausnahme der Verwendung galvanisch abgeschiedener Kupferüberzüge zeigen die Verfahren auch nur eine begrenzte Schutzwirkung. Bei Kupferüberzügen tre-The disadvantage of the mentioned methods is their susceptibility to interference. With the exception of the use of electrodeposited copper coatings, the methods have only a limited protective effect. For copper coatings,

ten Qualitätsmängel auf, wenn'die galvanische Abscheidung keine porenfreie Überzüge liefert. Das Verfahren ist allgemein unwirtschaftlich. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens ist die Gefährdung der Umwelt durch cyanidhaltiger Bäder, bzw..die Notwendigkeit der Verwendung teuerer Entgiftungsund Neutralisationsanlagen für die Abwässer. Weiterhin haben Kupferüberzüge bei den typischen Anwendungsfällen die unbeabsichtigte Nebenwirkung, daß sie auch nach den chemisch-thermischen Behandlungen noch fest am Werkstück haften und diese "bei den Folgeprozessen der Fertigung bestehen bleiben. Nachfolgende Glühbehandlungen, z. B. zum Zwecke der Beseitigung von Abschreckspannungen,, werden u. a. auch durch Erwärmung mit Mittelfrequenz durchgeführt, wobei wegen der höheren elektrischen Leitfähigkeit des Kupfers infolge des Skin-Effektes eine ungenügende Querschnittserwärmung eintritt.quality defects if the electrodeposition does not provide pore-free coatings. The process is generally uneconomical. Another disadvantage of the method is the endangerment of the environment by cyanide-containing baths, bzw..die need to use expensive detoxification and neutralization plants for the wastewater. Furthermore, in the typical applications, copper coatings have the unintended side effect that they still adhere firmly to the workpiece even after the chemical-thermal treatments and that they "remain in the subsequent processes of production. , are also carried out, inter alia, by heating at medium frequency, due to the higher electrical conductivity of the copper due to the skin effect an insufficient cross-sectional heating occurs.

Andere Metallüberzüge, außer Kupfer, z. B. Nickelüberzüge haben keine ausreichende Schutzwirkung oder sind unrentabel, wie im Falle des Verzinnens.Other metal coatings, except copper, e.g. B. Nickel coatings do not have sufficient protective effect or are unprofitable, as in the case of tinning.

Technische Lösungen, die die Wirkung von stark oxidierenden Metallen als lokales Schutzmittel bei chemisch-thermischen Behandlungen ausnutzen, sind unbekannt. Nicht nachgeglühte Aluminiumschichten der üblichen Art, sind ungeeignet. Alitierschichten, wie sie zum Korrosionsschutz bis 950 C .verwendet werden, können zum lokalen Schutz bei chemisch-thermischen Behandlungen nicht angewendet werden, da die Stähle oberhalb 900 C im allgemeinen bis in größere Tiefen auflegiert werden. Um die bekannten Alitierschichten zu nutzen, wären größere Aufmaße notwendig, die mit einem.hohen Materialverlust und Arbeitsaufwand bei einer nachträglichen Abarbeitung verbunden sind. Vor allem ist aber die Schutzwirkung, speziell gegen Anreicherung von Kohlenstoff unvollständig. Versuchsweise durch Alitieren geschützte Teile waren an der Oberfläche nach dem Absehrekken zu hart. Sicher wäre die auch bei den dicken Schichten notwendige Vorglühung keine wirtschaftliche Lösung. Offensichtlich sind das die Gründe, daß Aluminium als lokalesTechnical solutions that exploit the action of highly oxidizing metals as a local protective agent in chemical-thermal treatments are unknown. Non-afterglowed aluminum layers of the usual kind are unsuitable. Alloy layers, such as those used for corrosion protection up to 950 C, can not be used for local protection in chemical-thermal treatments, since the steels above 900 C are generally alloyed to greater depths. In order to use the known Alitierschichten, larger oversizes would be necessary, which are associated with eine.hohen loss of material and labor in a subsequent processing. Above all, however, the protective effect, especially against the accumulation of carbon is incomplete. Partially protected by Alitieren parts were too hard on the surface after the Absehrekken. Of course, the pre-annealing required for the thick layers would not be an economical solution. Obviously, these are the reasons that aluminum is considered local

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Schutzmittel bei chemisch-thermischen Wärmebehandlungen nicht angewendet wird. Weiterhin -wird·die Begrenzung auf 950 0C als Mangel empfunden, da einige Behandlungen, z. B. Borieren bis 1100 0C benötigen. Die Ursache für den zu hohen Kohlenstoffgehalt in randnahen Schichten, der bei üblichen Alitierschichten auftritt, wurde erkannt. Sie soll am Beispiel eines Einsatzstahles mit 0,2 % Kohlenstoff, der mit 300 /um Aluminium überzogen wird, erläutert werden.Protective agent is not used in chemical-thermal heat treatments. Furthermore, the limitation to 950 0 C is felt to be a defect, since some treatments, eg. B. Borieren to 1100 0 C need. The cause of the excessive carbon content in near-surface layers, which occurs in conventional Alitierschichten was recognized. It will be explained using the example of a case steel with 0.2 % carbon, which is coated with 300 / um aluminum.

Während der zur Alitierung gehörenden Vorglühung unterhalb des Schmelzpunktes von Aluminium bildet sich die bekannte Alitierschicht mit ihrer Diffusionszone aus, die sich bei der nachfolgenden chemisch-thermischen Behandlung noch verbreitert. Die Diffusionszone besteht vorwiegend aus aluminiumhaltigen ferritischen Material, in dem sich jedoch nur unbedeutend wenig Kohlenstoff löst. Dieser wird deshalb gleichzeitig mit der Bildung und dem Wachstum der Diffusionszone in die bei Glühtermperatur austenitischen, tieferen Schichten des Stahles überführt, wodurch sich der Kohlenstoffgehalt an der Phasengrenze zwischen dem Randferrit und dem Stahl bis auf etwa 0,4 % erhöht. Diese Konzentrationszunahme genügt aber bereits, um nach dem Abschrecken ungeeignet hohe Härtewerte zu bewirken. Der hohe Randkohlenstoffgehalt, der bei der versuchsweisen Anwendung von Alitierschichten auftritt, hat nicht seine Ursache in einer ungenügenden Schutzwirkung von Aluminium gegenüber angrenzenden Medien, sondern in dem geschilderten Verdrängungseffekt. Die Verwendung von Cer-Zusätzen zu Aluminium und die damit verbundene Hochtemperaturvorglühung läßt sich zumindest bei hochqualitativen Einsatzstählen nicht durchführen. Abgesehen von der Notwendigkeit einer Glüheinrichtung und dem Einsatz von Cer, die ein solches Verfahren unwirtschaftlieh machen würden, tritt bei Einsatzstählen während der Hochtemperaturglühung eine Kernvergrößerung und in der Folge davon ein Abfall der Festigkeit und der Plastizität des Werkstückes auf. Es istDuring the pre-annealing for alloying below the melting point of aluminum, the known Alitier layer forms with its diffusion zone, which widens during the subsequent chemical-thermal treatment. The diffusion zone consists mainly of aluminum-containing ferritic material, in which, however, dissolves only insignificantly little carbon. This is therefore transferred simultaneously with the formation and growth of the diffusion zone into the austenitic, at lower temperatures of the steel deeper layers of the steel, which increases the carbon content at the phase boundary between the edge ferrite and the steel to about 0.4%. However, this increase in concentration is already sufficient to cause unsuitably high hardness values after quenching. The high edge carbon content that occurs in the experimental use of Alitierschichten has not caused insufficient protection of aluminum against adjacent media, but in the described displacement effect. The use of cerium additions to aluminum and the associated Hochtemperaturvorglühung can not be performed, at least for high-quality case-hardened steels. Apart from the need for a glow device and the use of cerium, which would make such a method uneconomic, occurs in case of steels during high-temperature annealing, a core enlargement and, as a result, a decrease in the strength and plasticity of the workpiece. It is

auch zu erwarten, daß der Randkohlenstoffgehalt - durch die gleichen Ursachen bedingt, wie bei gewöhnlichen Alitierschichten - für die Anwendung als lokales Schutzmittel bei chemisch-thermischen Behandlungen noch zu hoch liegt.It is also to be expected that the marginal carbon content - due to the same causes as in ordinary aliquot layers - is still too high for use as a local protective agent in chemical-thermal treatments.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, auf die Verwendung von Kupfer als lokales Schutzmittel bei chemisch-thermischen Wärmebehandlungen von Eisen und Stahl zu verzichten, wodurch die damit verbundenen Verfahren bedingten Gefahren für die Umwelt beseitigt werden und einen Weg aufzuzeichnen, den lokalen Schutz auf billigere und einfachere Weise zu bewirken. .The aim of the invention is to dispense with the use of copper as a local protective agent in chemical-thermal heat treatments of iron and steel, thereby eliminating the related environmental hazards associated with the process and recording a way to make local protection cheaper and easier Way to effect. ,

Darlegung des Wesens der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum lokalen Schutz gegen die Aufnahme von Kohlenstoff, Stickstoff und Bor bei chemisch-thermischen Wärmebehandlungen bis 1100 C zu schaffen, das die gleiche Schutzwirkung wie galvanisch abgeschiedene Kupferschichten zeigt, jedoch weniger störanfällig ist. Außerdem soll das Verfahren so gestaltet sein, daß es ohne umfangreiche Vor- und Zwischenbehandlungen auskommt und wesentlich ökonomischer ist als das galvanische Verkupfern.DISCLOSURE OF THE INVENTION The object of the invention is to provide a method of local protection against the uptake of carbon, nitrogen and boron in chemical-thermal heat treatments up to 1100 C, which shows the same protective effect as electrodeposited copper layers, but is less susceptible to interference , In addition, the process should be designed so that it does not require extensive pre- and intermediate treatments and is much more economical than the galvanic copper plating.

Das erfinderische Verfahren soll sich besonders für den Einsatz in der Serienproduktion eignen und Automatisierungsmöglichkeiten anbieten.The inventive method should be particularly suitable for use in mass production and offer automation options.

Die Merlanale der Erfindung bestehen darin, daß Aluminium zum lokalen Schutz der Oberfläche von Eisen- und Stahlteilen in einer Schichtstärke von 10 bis 100 ,um. vor der Wärmebehandlung auf die zu schützenden Partien der Oberfläche mit Hilfe eines Flamnienspritzverfahrens aufgebracht wird, wobei der Aufbau der vorzugsweise mechanisiertenSpritzeinrichtung, die Parameter der Spritzpistole und der Abstand zum Werkstück, der etwa 15 bis 25 cm betragen soll, und die gewählte Zeitdauer sowieThe merlanals of the invention are that aluminum for local protection of the surface of iron and steel parts in a layer thickness of 10 to 100 , um. the structure of the preferably mechanized spray device, the parameters of the spray gun and the distance to the workpiece, which should be about 15 to 25 cm, and the selected period of time as well as to the workpiece to be protected

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die Intensität des Strahles so aufeinander abzustimmen sind, daß die Schichtdicke in der angegebenen Toleranz liegt. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, eine Schichtdicke von 10 bis 30 /um aufzuspritzen.the intensity of the beam are matched to one another so that the layer thickness is within the specified tolerance. It has proved to be advantageous to spray on a layer thickness of 10 to 30 μm.

Die genannte niedrige Schichtdicke ermöglicht es, auf eine Vorglühung zur Erzeugung einer Alitierschicht zu verzichten, da die Schicht auch bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes von Aluminium infolge der Oberflächenspannung so lange erhalten bleibt, bis die Bildung der Legierungs- und Diffusionszone bei der Temperatur der chemisch-thermischen Wärmebehandlung auch ohne Vorglühung abgeschlossen ist. Bei dickeren Schichten besteht ohne eine längere Vorglühung. im Bereich um 600 0C die Gefahr des Abtropfens. Außerdem entstehen mit wachsenden Schichtdicken diejenigen Mängel, die auch den Einsatz von Alitierschichten unmöglich machen. Genauso ungünstig, wie eine au hohe Schichtdicke ist ein Unterschreiten von 10 /um. In diesem Falle lösen sich die intermetallischen Pe Al-Phasen bei der chemisch-thermischen Wärmebehandlung oberhalb 900 0C vollständig auf und die im allgemein verbleibende aluminiumhaltige ferritische Phase zeigt bei dem relativ geringen Sauerstoffpotential der umgebenden Kar- * burierungs-, Uitrierungs- und Borierungsmedien nicht mehr die ausreichende Schutzwirkung.The said low layer thickness makes it possible to dispense with a preheating to produce an Alitierschicht, since the layer is maintained even at a temperature above the melting point of aluminum due to the surface tension until the formation of the alloy and diffusion at the temperature of the chemical -thermal heat treatment is completed even without pre-annealing. For thicker layers, there is no longer preheating. in the range around 600 0 C the danger of dripping. In addition, with increasing layer thicknesses, those defects that make the use of Alitierschichten impossible. Just as unfavorable as an au high layer thickness is a drop below 10 / um. In this case, the intermetallic Pe Al phases completely dissolve in the chemical-thermal heat treatment above 900 0 C and in the generally remaining aluminum-containing ferritic phase does not show at the relatively low oxygen potential of the surrounding Kar * burierungs-, Uitrierungs- and Borierungsmedien more the sufficient protective effect.

Günstig wirkt es sich aus, daß Aluminium bei den Temperaturen der meisten chemisch-thermischen Wärmebehandlungen flüssig wird, so daß sich Ungleichmäßigkeiten im mikroskopischen Sinne, d, h., Poren usw. bereits während des Aufheizvorganges schnell ausgleichen. Das Verfahren versagt auch dann nicht, wenn die spritzmetallurgische Schicht im Mikroskop sichtbare Lücken aufweist, durch die der Grundwerkstoff noch zu erkennen ist.Conveniently, it turns out that aluminum becomes liquid at the temperatures of most chemical-thermal heat treatments, so that unevenness in the microscopic sense, d, h., Pores, etc. already compensate quickly during the heating process. The method does not fail even if the injection-metallurgical layer has visible gaps in the microscope through which the base material can still be seen.

Von neueren Spritzverfahren ist bekannt, da3 diese zwar schnell dicke Schichten auftragen, daß aber bei der Schaffung von dünnen Schichten und den damit verbundenen kürzeren Spritzzeiten Ungleichmäßigkeiten im makroskopischenIt is known from newer spraying methods that although they apply thick layers rapidly, irregularities in the macroscopic layer are the result of the creation of thin layers and the associated shorter injection times

Sinne auftreten, weshalb diese Spritzverfahren im vorliegenden Falle ungeeignet sind.Senses occur, which is why these spray methods are unsuitable in the present case.

Zweckmäßig ist es, zum Spritzen drahtförmiges Aluminium zu verwenden. An die Qualität des verwendeten Aluminiums werden keine besonderen Anforderungen gestellt, es kann u. a. Aluminium mit Magnesiumzusätzen Verwendung finden. Zum Schmelzen des Spritzgutes hat sich ein Brennstoffsauerstoffgemisch insbes. ein Propan-Sauerstoffgemisch oder Butan-Sauerstoffgemisch als vorteilhaft erwiesen. Weiterhin wird vorgeschlagen, diejenigen Bereiche der Oberfläche des Werkstückes, die nicht mit einer Schutzschicht versehen werden sollen oder gefährdete.Teile der Spritzeinrichtung mit Blechen oder ähnlich abzudecken oder/und mit Trennmitteln zu benetzen.It is expedient to use wire-shaped aluminum for spraying. The quality of the aluminum used no special requirements, it may u. a. Aluminum with magnesium additives find use. For melting the injection molding material, a fuel oxygen mixture esp. A propane-oxygen mixture or butane-oxygen mixture has proven to be advantageous. Furthermore, it is proposed to cover those areas of the surface of the workpiece that are not to be provided with a protective layer or endangered parts of the spraying device with metal sheets or similar and / or to be wetted with release agents.

Die aufgespritzten Aluminiumschichten erlauben es aufgrund ihrer Haftfähigkeit, daß das mit einer Schutzschicht versehene Werkstück vor der chemisch-thermischen'Wärmebehandlung mechanisch bearbeitet wird.The sprayed aluminum layers, because of their adhesiveness, allow the workpiece provided with a protective layer to be mechanically processed prior to the thermal-thermal treatment.

Die chemisch-thermische Behandlung des Werkstückes kann bis 1100 0C in festen und gasförmigen Medien, z. B. in Einsatzpulvern, in Endogas oder Tropfgas, in Ammoniak oder ammoniakhaltigen Gasen, also auch bei der Nitrierung und Karbonitrierung, und auch in festen Borverbindungen erfolgen. Dabei wird ein wirksamer lokaler Schutz vor der Aufnahme von Kohlenstoff, Stickstoff und Bor erreicht. Im allgemeinen ist nach dem Abhärten des Werkstückes eine Reinigung üblich. Diese wird durch mechanisches Strahlen durchgeführt, bei der die noch vorhandenen spröden Pe Al Phasen vollkommen beseitigt werden. Eine Entfernung der befindlichen festhaftenden ferritischen Phase ist bei der Verwendung des Werkstückes unter nicht oder wenig korrosiven Bedingung, z. B. in Motoren oder Getrieben nicht erforderlich. In anderen Fällen muß jeweils geprüft werden, ob die relativ weiche ferritische Schicht die beim Einsatz von Aluminiumschichten zwischen 10 bis 30 .-um nach der Wärmebehandlung etwa 100 /um beträgt, durch längeres Strahlen ebenfalls entfernt werden muß.The chemical-thermal treatment of the workpiece can be up to 1100 0 C in solid and gaseous media, eg. B. in feed powders, in endogas or dripping gas, in ammonia or ammonia-containing gases, including in the nitration and carbonitriding, and also in solid boron compounds. Effective local protection against the uptake of carbon, nitrogen and boron is achieved. In general, after curing of the workpiece cleaning is common. This is done by mechanical blasting, in which the remaining brittle Pe Al phases are completely eliminated. A removal of the adherent ferritic phase is when using the workpiece under no or little corrosive condition, for. B. not required in engines or transmissions. In other cases, it must be checked in each case whether the relatively soft ferritic layer, which is about 100 μm when using aluminum layers between 10 and 30 μm after the heat treatment, must likewise be removed by prolonged blasting.

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Eventuell erforderlich Mittelfrequenzerwärmungen von geschützten Werkstücken können nach der Härtung ohne eine Entfernung der Schutzschichten unmittelbar ausgeführt werden, da die elektrischen Kenngrößen der Diffusionszone denen des Grundwerkstoffes nahekommen.Possibly required medium frequency heats of protected workpieces can be performed immediately after curing without removal of the protective layers, since the electrical characteristics of the diffusion zone are close to those of the base material.

Ausführungsbeispielembodiment

Bei Pleuelstangen für Vergasermotoren aus dem Werkstoff 16 MnCr 5 müssen die Pleuelaugen einsatzgehärtet werden. Die chemisch-thermische Wärmebehandlung erfolgt in einer geregelten Gasatmosphäre bei 930 0G mit einem C-Potential ) von 0,9 %.For connecting rods for carburetor engines made of 16 MnCr 5, the connecting rod ends must be case hardened. The chemical-thermal heat treatment takes place in a controlled gas atmosphere at 930 0 G with a C potential) of 0.9%.

Die Einsatzhärtetiefe beträgt 1,2 mm. Der Schaft hat bei ausreichender Festigkeit noch erhöhte Plastizität zu besitzen. Deshalb ist es erforderlich, den Schaft vollständig vor dem Aufkohlen zu schützen.The case hardening depth is 1.2 mm. The shaft has sufficient strength to have even more plasticity. Therefore, it is necessary to completely protect the stem from carburizing.

Der Schutz wird dadurch gewährleistet, daß die Pleuelstangen nach der Eeinigung und Aufrauhung der Oberfläche durch mechanisches Strahlen mit einer Schicht aus Aluminium von 10 bis 30 /um versehen werden. Das Auftragen des Aluminiums, das als drahtförmiges Halbzeug vorliegt, erfolgt mittels Flammenspritzen durch ein Propan-Sauerstoffgemisch. Der Abstand zwischen der Spritzdüse und der Pleuelstange beträgt 20 cm.The protection is ensured by providing the connecting rods after cleaning and roughening the surface by mechanical blasting with a layer of aluminum of 10 to 30 / um. The application of the aluminum, which is present as a wire-shaped semifinished product, by means of flame spraying by a propane-oxygen mixture. The distance between the spray nozzle and the connecting rod is 20 cm.

·' Das Aufspritzen des Aluminiums auf den Schaft der Pleuelstange wird in einer mechanisierten Anlage vorgenommen. Diese Anlage besteht im wesentlichen aus zwei hintereinanderliegenden, abgesetzten Transportbändern, auf denen die Pleuelstangen an den Spritzdüsen vorbeigeführt v/erden. Das Ausrichten der Pleuelstangen erfolgt mit Leitblechen. Zwischen beiden Transportbändern werden die Pleuelstangen ebenfalls mittels Leitblechen gewendet.· The spraying of the aluminum onto the shaft of the connecting rod is carried out in a mechanized system. This system consists essentially of two successive, remote conveyor belts on which the connecting rods led past the spray nozzles v / earth. The alignment of the connecting rods is done with baffles. Between the two conveyor belts, the connecting rods are also turned by means of baffles.

' Gefährdete Teile der Spritzanlage werden mit Trennmitteln benetzt, die Pleuelaugen werden abgedeckt. Die weitere spanende Bearbeitung an den Pleuelstangen erfolgt "nach dem Flammenspritzen.'Endangered parts of the spray system are wetted with release agents, the connecting rod eyes are covered. The further machining on the connecting rods takes place "after the flame spraying.

Nach dein Aufkohlen der ungeschützten. Partien und dem Härten werden die Pleuelstangen nochmals mechnisch gestrahlt, wobei die spröden Anteile der Aluminiumschicht beseitigt werden. Es folgt eine induktive Mittelfrequenzerwärmung des Schaftes zur Erreichung der geforderten erhöhten Plastizität.After your carburizing the unprotected. The connecting rods are again mechanically blasted and hardened, eliminating the brittle portions of the aluminum layer. This is followed by an inductive middle frequency heating of the shaft to achieve the required increased plasticity.

Claims (7)

209 958 Erfindungsanspruch209 958 claim of the invention 1. Verfahren zum lokalen Schutz der Oberfläche von Eisen- und Stahlteilen gegen die Aufnahme von Kohlenstoff, Stickstoff und Bor bei Wärmebehandlungen in karburierenden, nitrierenden und borierenden gasförmigen und festen Medien bis 1100 0C, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Wärmebehandlung die zu schützenden Bereiche der Oberfläche des Werkstückes durch ein Plammenspritzverfahren mit einer Aluminiumschicht von 10 bis 100 ,um versehen werden, wobei der Aufbau der vorzugsweise mechanisierten Spritzeinrichtung, die Parameter der Spritzpistole und der Abstand zum Werkstück, der etwa 15 bis 25 cm beträgt, und die gewählte Zeitdauer sowie die Intensität des Strahles, so aufeinander abzustimmen sind, daß die Schichtdicke in der angegebenen Toleranz liegt.1. A method for local protection of the surface of iron and steel parts against the uptake of carbon, nitrogen and boron in heat treatment in carburizing, nitrating and boron gaseous and solid media to 1100 0 C, characterized in that before the heat treatment, the areas to be protected the structure of the preferably mechanized spraying device, the parameters of the spray gun and the distance to the workpiece, which is about 15 to 25 cm, and the selected period of time as well as the surface of the workpiece by a Plammenspritzverfahren with an aluminum layer the intensity of the beam, are coordinated so that the layer thickness is within the specified tolerance. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht von 10 bis 30 /um aufgespritzt wird.2. The method according to item 1, characterized in that a layer of 10 to 30 / um is sprayed. 3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Spritzen drahtförmiges Halbzeug aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen verwendet werden.3. The method according to item 1 and 2, characterized in that wire-shaped semi-finished aluminum or aluminum alloys are used for spraying. - 12 -- 12 - 4. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schmelzen des Spritzgutes ein Brennstoff-Sauerstoffgemisch verwendet wird.4. The method according to item 1, characterized in that a fuel-oxygen mixture is used for melting the injection molding material. 5. Verfahren nach Punkt 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff Propan oder Butan verwendet werden.5. The method according to item 4, characterized in that are used as fuel propane or butane. 6. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche der Oberfläche des Werkstückes, die nicht gespritzt werden sollen, und gefährdete Teile der
Spritzeinrichtung abgedeckt oder/und mit Trennmittel benetzt werden.
6. The method according to item 1, characterized in that the areas of the surface of the workpiece, which are not to be injected, and vulnerable parts of the
Spraying device covered or / and wetted with release agent.
7· Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Schutzschicht versehene Werkstück vor der chemisch-thermischen Wärmebehandlung bearbeitet wird.7 · Method according to item 1, characterized in that the workpiece provided with the protective layer is processed before the chemical-thermal heat treatment.
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