Claims (1)
Erfindungsanspruch:Invention claim:
Verfahren zur Nachbehandlung von Eisenwerkstoffen nach dem Gasphasenborieren, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise borierte Teile aus Eisenwerkstoffen einer Wärmebehandlung unter Schutzgas bei eutektischer Temperatur des Systems Fe-Fe3C-Fe2B (1 370K) unterzogen werden, wobei die Behandlungszeit von der Umwandlungstiefe von Verbindungs- und Diffusionszone, d. h., von der Ausdehnung der eutektischen Schicht, abhängig ist.Process for the aftertreatment of iron materials after gas phase boriding, characterized in that in known manner boronized parts of ferrous materials are subjected to a heat treatment under protective gas at eutectic temperature of the system Fe-Fe 3 C-Fe 2 B (1 370K), the treatment time depends on the transformation depth of the junction and diffusion zone, ie, on the extent of the eutectic layer.
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbehandlung von Eisenwerkstoffen nach dem Gasphasenborieren, 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 process for the aftertreatment of iron materials after gas phase boriding, 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 870-1400KBoridschichten auf Eisenwerkstoffen herstellbar sind. Es ist weiterhin bekannt, daß die Borierung inverschiedenen Temperaturstufen (JPS 7618946, DD-WP 225454) oder in mehreren Behandlungsstufen mit unterschiedlichem BCI3-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.It is known that by using boron trichloride (BCI 3 ) in admixture with hydrogen or in admixture with hydrogen and an inert gas, for example nitrogen or argon, at temperatures of 870-1400 K boride layers can be produced on iron materials. It is furthermore known that the boration can take place in different temperature stages (JPS 7618946, DD-WP 225454) or in several treatment stages with different BCI 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.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Die Erfindung hat das Ziel, eine hohe Härte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Verbundwerkstoffes im oberflächennahen Bereich zu erreichen und gleichzeitig die Oberflächengüte und Gleichmäßigkeit der Schicht zu verbessern.The invention aims to achieve a high hardness, wear resistance and corrosion resistance of the composite in the near-surface region while improving the surface quality and uniformity of the layer.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Nachbehandlung von Eisenwerkstoffen nach dem Gasphasenborieren zu entwickeln, um die Verbundstabilität und Haftfestigkeit der Boridschicht zu erhöhen und die Effektivität des Gasphasenborierens zu verbessern, ebenso eine Qualitätsverbesserung der Boridschicht in bezug auf Inhomogenitäten und Ausbrüche zu erreichen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach ansich bekannter Erzeugung einer Boridschicht in der Gasphase (BCI3-H2-Gemisch mit Gesamtgasdurchsatz von 6l/h, 2,3VoI.-% BCI3, Beschichtungstemperatur: 1170K, Beschichtungszeit: je nach Schichtdicke) dadurch gelöst, daß das borierte Substrat einer Wärmebehandlung unter Schutzgas unterzogen wird. Die Behandlungstemperatur entspricht dabei der eutektischen Temperatur des Zustandssysterris Fe-Fe3C-Fe2B. Die Behandlungszeit richtet sich nach der Behandlungstiefe von Verbindungs- und Diffusionszone (0-1 min). Dabei gilt, je länger die Behandlungszeit ist, um so vollständiger werden Verbindungs- und Diffusionszone in eine eutektische Schicht umgewandelt. Je kürzer die Behandlungszeit ist, um so mehr bleibt eine Fe2B-Schicht über einer eutektischen Zwischenzone erhalten. Das Abkühlungsregime entspricht dem notwendigen für das gewünschte Endgefüge. Während der Wärmebehandlung tritt eine eutektische Aufschmelzung der Randzone auf. Das Eutektikum besteht aus γ-Eisen, Fe2B und Fe3 (C, B). Bei erhöhtem Kohlenstoffgehalt des Stahles sind borlegierte Perlitdepdriten (Normalglühen) oder borlegierte Martensitdendriten (Härten) in das Eutektikum eingelagert. Die Endmorphologie und die Eigenschaften der eutektischen Struktur der Zwischenschicht sind von der Abkühlungsgeschwindigkeit abhängig. Durch die eutektische Aufschmelzung im kritischen Übergangsbereich von Boridschicht und Substrat werden Eigenspanungen abgebaut, was nicht nur zur Erhöhung der Verbundstabilität und Haftfestigkeit der Boridschicht, sondern auch zur Qualitätserhöhung (hinsichtlich Ausbrüche und Inhomogenitäten) dieser führt. Dadurch verbessern sich die damit in Verbindung stehenden technologischen Eigenschaften. Werden sowohl Diffusionszone als auch Verbindungszone aufgeschmolzen, so entsteht eine harte, eutektische Schicht mit weniger harten Einlagerungen, je nach Kohlenstoffgehalt des Stahles (s.o.). Diese Schicht hat sehr gute Verschleißeigenschaften, ähnlich einer Dispersionsverschleißschutzschicht.The invention has for its object to develop a method for post-treatment of iron materials after the gas phase boring to increase the composite stability and adhesion of the boride layer and to improve the effectiveness of gas phase boriding, as well as to achieve a quality improvement of the boride layer with respect to inhomogeneities and outbreaks. The object is achieved according to the known per se known generation of a boride layer in the gas phase (BCI 3 -H 2 mixture with total gas flow rate of 6l / h, 2.3VoI .-% BCI 3 , coating temperature: 1170K, coating time: depending on the layer thickness), that the borated substrate is subjected to a heat treatment under inert gas. The treatment temperature corresponds to the eutectic temperature of the state system Fe-Fe 3 C-Fe 2 B. The treatment time depends on the treatment depth of the connection and diffusion zone (0-1 min). In this case, the longer the treatment time, the more complete the connection and diffusion zone are converted into a eutectic layer. The shorter the treatment time, the more an Fe 2 B layer is left over an eutectic intermediate zone. The cooling regime corresponds to the necessary for the desired final structure. During the heat treatment, a eutectic melting of the edge zone occurs. The eutectic consists of γ-iron, Fe 2 B and Fe 3 (C, B). At elevated carbon content of the steel, boron-alloyed perlite (normalized) or boron-alloyed martensite dendrites (hardening) are incorporated into the eutectic. The final morphology and the properties of the eutectic structure of the intermediate layer are dependent on the cooling rate. Due to the eutectic melting in the critical transition region of the boride layer and substrate, internal stresses are broken down, which not only leads to an increase in the bond stability and adhesion of the boride layer, but also to an increase in quality (with regard to outbreaks and inhomogeneities). This improves the related technological properties. If both the diffusion zone and the connection zone are melted, a hard, eutectic layer with less hard deposits, depending on the carbon content of the steel (see above), is formed. This layer has very good wear properties, similar to a dispersion wear protection layer.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben werden. Teile aus Eisenwerkstoffen (z. B. C45, C80, C130) werden entfettet, gespült und getrocknet. Sie werden im H^-Strom auf 1170K erwärmt und bei dieser Temperatur 2 Stunden in einem Gasstrom der Zusammensetzung 97,7 Vol.-% H2 und 2,3Vol.-% BCl3 mit einem Gasdurchsatz von 6l/h boriert. Es entstehen Boridschichten mit einer Gesamtschichtdicke FeB + Fe2B von rund 80 pm je nach Stahlsorte. Anschließend werden die Teile im Argonstrom auf 1370K erwärmt und ohne Haltezeit an der Luft abgekühlt. Es entstehen Schichten mit der Schichtfolge: Fe2B / eutektische Schicht (mit Perlitdendriten bei erhöhtem Kohlenstoffgehalt des Stahles, z. B. C130) / Grundwerkstoff. Der Härteabfall von der Schicht zum Kern des Substratwerkstoffes ist kontinuierlich, da das Eutektikum eine Härte von 1400 HV 0,02 besitzt (Fe2B: 1700HV 0,02; Matrix: je nach Grundwerkstoff). Werden die Teile nach derThe invention will be described below with reference to an embodiment. Parts made of ferrous materials (eg C45, C80, C130) are degreased, rinsed and dried. They are heated to 1170K in the H 2 stream and borated at this temperature for 2 hours in a gas stream of the composition 97.7% by volume of H 2 and 2.3% by volume of BCl 3 with a gas throughput of 6 l / h. This results in boride layers with a total layer thickness FeB + Fe 2 B of around 80 pm, depending on the steel grade. The parts are then heated in the argon stream to 1370K and cooled in the air without holding time. Layers with the layer sequence are formed: Fe 2 B / eutectic layer (with pearlite dendrites at elevated carbon content of the steel, eg, C 1 30) / base material. The hardness drop from the layer to the core of the substrate material is continuous since the eutectic has a hardness of 1400 HV 0.02 (Fe 2 B: 1700HV 0.02, matrix: depending on the base material). Will the parts after the