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Verfahren zum Aufborieren von Eisenwerkstoffen unter Verwendung an sich bekannter Öfen oder Reaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß Teile aus Eisenwerkstoffen in einem BCI3-H2-Gemisch mit einem Mischungsverhältnis von 4-19 · 10~5 (Verdampfertemperatur BCI3: 220-245 K) solange boriert werden, bis die Löslichkeitsgrenze von Bor in Eisenwerkstoffen erreicht ist, so daß eine ausgeprägte Diffusionszone entsteht.A method for Aufborieren of ferrous materials by using a known furnaces or reactors, characterized in that parts made of ferrous materials in a BCI 3 -H 2 mixture having a mixing ratio of 4-19 · 10 -5 (evaporator temperature BCI 3: 220-245 K ) are boronized until the solubility limit of boron in iron materials is reached, so that a pronounced diffusion zone is formed.
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufborieren von Eisenwerkstoffen vorzugsweise auf Werkzeugen und Konstruktionsteilen. Die Erfindung findet vor allem zur Lösung von Verschleißproblemen im Textil-, Schwer- und allgemeinen Maschinenbau Anwendung.The invention relates to a method for boronizing iron materials, preferably on tools and structural parts. The invention is mainly used to solve wear problems in textile, heavy and general engineering application.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Es ist bekannt, daß durch Verwendung von Bortrichlorid (BCI3) im Gemisch mit Wasserstoff oder im Gemisch mit Wasserstoff und einem Inertgas, z. B. Stickstoff oder Argon, bei Temperaturen von 870-1400K Boridschichten auf Eisenwerkstoffen herstellbar sind. Es ist weiterhin bekannt, daß die Borierung in verschiedenen Temperaturstufen (JPS 7618946, DD-WP 225454) oder in mehreren Behandlungsstufen mit unterschiedlichem BCl3-Anteil in der Gasphase (DE-OS 3139462) erfolgen kann. Des weiteren können dem Boriergemisch andere Stoffe zugesetzt werden (DD-WP 139602, DE-OS 3139462). Dabei entstehen zweiphasige Boridschichten, wobei die FeB-Phase wegen ihrer Sprödigkeit möglichst unterdrückt werden soll und durch zusätzliche Wärmebehandlung in Fe2B umgewandelt werden kann. Bei den genannten Verfahren tritt oft nachteiliges Abplatzen, begründet durch unzureichende Haftfestigkeit und hohen Spannungszustand im Schicht-Matrix-Bereich, auf. Auf Grund des hohen Boranteils in der Gasphase entsteht meist sofort, eine Borverbindungszone, wobei eine Bordiffusion in den Grundwerkstoff nur schwer möglich ist. Besonders schwierig ist die Borierung von höherlegierten und hochkohlenstoffhaltigen Stählen — meist haften die Boridschichten nur schlecht. Die Oberflächengüte der borierten Werkstoffe ist unzureichend, da die Oberfläche stark aufgerauht ist.It is known that by using boron trichloride (BCI 3 ) in admixture with hydrogen or in admixture with hydrogen and an inert gas, for. As nitrogen or argon, at temperatures of 870-1400K Boridschichten on iron materials can be produced. It is furthermore known that the boration can be carried out in different temperature stages (JPS 7618946, DD-WP 225454) or in several treatment stages with different BCl 3 content in the gas phase (DE-OS 3139462). Furthermore, other substances can be added to the boriding mixture (DD-WP 139602, DE-OS 3139462). This results in two-phase boride layers, the FeB phase should be suppressed as possible because of their brittleness and can be converted by additional heat treatment in Fe 2 B. Adverse spalling, due to insufficient adhesive strength and high stress state in the layer-matrix region, often occurs in the abovementioned processes. Due to the high proportion of boron in the gas phase is usually immediately, a Borverbindungszone, with a boron diffusion into the base material is difficult. The boronization of high-alloy and high-carbon steels is particularly difficult - usually the boride layers adhere only poorly. The surface quality of the borated materials is insufficient because the surface is heavily roughened.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Die Erfindung hat das Ziel, die Härte, Verschleißfestigkeit, Zähigkeit und Dauerfestigkeit im oberflächennahen Bereich von Eisenwerkstoffen wesentlich zu verbessern, die Oberflächengüte des unbehandelten Werkstoffes zu erhalten und den Aufwand des Borierverfahrens zu verringern.The invention aims to substantially improve the hardness, wear resistance, toughness and fatigue strength in the near-surface region of ferrous materials, to obtain the surface quality of the untreated material and to reduce the burden of the boriding process.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufborieren von Eisenwerkstoffen zu entwickeln, um neben hoher Härte und Verschleißfestigkeit, eine bessere Zähigkeit und Dauerfestigkeit bei gleichzeitig guter Oberflächengüte der Randzone zu erreichen und dabei insbesondere auch hochkohlenstoffhaltige und höherlegierte Stähle aufzuborieren und anschließend zu borieren. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe unter Verwendung an sich bekannter Öfen dadurch gelöst, daß der Eisenwerkstoff einer Gasatmosphäre, bestehend aus einem BC!3-H2-Gemisch im Mischungsverhältnis von 4-19 · 10~5 (Verdampfertemperatur BCI3: 220-245 K), bei einer Temperatur von 1170 k 1-2 Stunden ausgesetzt wird. Durch die Ausnutzung des Vorteils des Gasborierens hinsichtlich der Möglichkeit der Einstellung bestimmter, variabler Gaszusammensetzungen kann durch einen definierten geringen Boranteil der Gasphase Bor in den Werkstoff eindiffundieren und liegt im Eisen getöst vor (borlegierter Stahl in der Randzone). Es kommt zu keiner Phasenausscheidungf Fe2B. Durch den Härtbarkeitseffektvon Bor im Stahl kann der Kohlenstoffgehalt des Werkstoffes erniedrigt werden, ohne daß eine Härteminderung eintritt bzw. erlangen kohlenstoffarme Stähle in der Randzone eine erhöhte Härtbarkeit, wenn sich dort gelöstes Bor befindet. Neben der Erhöhung der Härte durch den Borverfestigungseffekt tritt beim Eindiffundieren von Bor eine Dauerfestigkeitserhöhung auf. Wegen des geringen Borhalogenidanteils der Gasatmosphäre wird bei definierten Strömungsbedingungen ebenso der korrosive Angriff der Oberfläche während der Behandlung wesentlich herabgesetzt, was zu einer besseren Oberflächenqualität (niedrigere Rauhtiefe) des behandelten Eisenwerkstoffes führt. . The invention has for its object to develop a method for boriding iron materials to achieve next to high hardness and wear resistance, better toughness and fatigue strength at the same time good surface quality of the edge zone and in particular aufzuborieren high-carbon and high-alloy steels and then boron. According to the invention, the object is achieved by using conventional ovens in that the iron material of a gas atmosphere consisting of a BC! 3 -H2 mixture in a mixing ratio of 4-19 · 10 -5 (evaporator temperature BCI 3: 220-245 K), is subjected at a temperature of 1170 K for 1-2 hours. By exploiting the advantage of gas boriding with regard to the possibility of setting specific, variable gas compositions, boron can diffuse into the material due to a defined low boron content of the gas phase and is dissolved in the iron (boron-alloyed steel in the edge zone). There is no phase segregation f Fe 2 B. The boron hardenability effect in the steel can lower the carbon content of the material without a reduction in hardness, and low carbon steels in the edge zone have increased hardenability when there is dissolved boron. In addition to increasing the hardness by the Borverfestigungseffekt occurs when Eindiffundieren of boron fatigue increase. Due to the low boron halide content of the gas atmosphere, the corrosive attack of the surface during the treatment is significantly reduced under defined flow conditions, resulting in a better surface quality (lower surface roughness) of the treated iron material. ,
Nach der Aufborierung kann eine an sich bekannte Borierung durchgeführt werden, wobei dann im Anschluß an eine ausgeprägte Diffusionszone eine Verbindungszone Fe2B/FeB entsteht. Durch die Kombination dieser beiden Verfahren ist ein kontinuierlicher Härteübergang von der Oberfläche zum Kern des Werkstoffes vorhanden; die Eigenspannungen in der Übergangszone: Verbindungsschicht-Werkstoff werden abgebaut, so daß dadurch die Haftfestigkeit der Boridschicht erhöht wird. Die Erfindung ist vor allem auch für hochkohlenstoffhaltige und höherlegierte Stähle geeignet, da hier eine Bordiffusion in den oberflächennahen Bereich ermöglicht wird. Die Effektivität des Gasphasenborierens kann gesteigert werden, und es entstehen qualitativ bessere und gleichmäßigere Schichten. Wegen einer bedeutenden Kosteneinsparung können' Aufborierung, Borierung und Härten in einem Behandlungsprozeß kombiniert werden.After boriding, a boronization known per se can be carried out, in which case a connecting zone Fe 2 B / FeB is produced following a pronounced diffusion zone. The combination of these two processes provides a continuous hardness transfer from the surface to the core of the material; the residual stresses in the transition zone: bonding layer material are degraded, thereby increasing the adhesion of the boride layer. Above all, the invention is also suitable for high carbon-containing and higher-alloyed steels, since boron diffusion into the near-surface region is made possible here. The effectiveness of gas phase boriding can be increased, and there are qualitatively better and more uniform layers. Because of significant cost savings, boronization, boriding and curing can be combined in one treatment process.