DE10156326A1

DE10156326A1 - Surface decoration and surface hardening of ferrometallic parts includes encasing the parts with lattice-like shell elements made from an inert material, and embedding the encased parts in a carbon mixed granulate

Info

Publication number: DE10156326A1
Application number: DE2001156326
Authority: DE
Inventors: Joerg Schilling
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2021-11-20
Also published as: DE10156326B4

Abstract

Surface decoration and surface hardening of ferrometallic parts comprises: encasing the parts with lattice-like shell elements; embedding the encased parts in a carbon mixed granulate in an air-tight sealed container; heating the container to above the austenitic temperature; rapidly cooling the container to a goal temperature; and quenching the parts. Process for the surface decoration and surface hardening of ferrometallic parts comprises: (a) encasing the parts with lattice-like shell elements made from an inert material; (b) embedding the encased parts in a carbon mixed granulate made from wood charcoal and animal charcoal in an air-tight sealed container; (c) simultaneously heating the filled container to a goal temperature above the austenitic temperature; (d) maintaining the goal temperature for a prescribed austenizing time; (e) rapidly cooling the container to a stabilizing temperature; (f) maintaining the stabilizing temperature for 10-30 minutes; (g) positioning the closed opening of the container directly on the water surface of a quenching bath; and (h) quenching the parts to be hardened by opening and emptying the container into the bath. Preferred Features: The parts to be hardened are heated with carbonization granules and shell elements to a carbonization temperature of 900-960 deg C for 60-120 minutes and cooled. The shell elements are made from a high grade steel gauze having a mesh diameter of 1-3 mm which is wound around the parts to be hardened.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächendekoration und zum Oberflächenhärten von ferrometallischen Teilen, bei welchem die zu härtenden Teile in einem kohlenstoffabgebenden, kalziumphosphathaltigen, sauerstoffarmen Medium im Bereich der Austenitisierungstemperatur des jeweiligen ferrometallischen Werkstoffs erwärmt und anschließend in sauerstoffreichem Wasser abgeschreckt werden. Die Oberflächenbehandlung erfolgt dabei durch Ausbildung interferierender Korrosionsschutzschichten. The present invention relates to a method for Surface decoration and for surface hardening of ferrometallic parts, in which the parts to be hardened in one carbon donating, calcium phosphate containing, low oxygen medium in the range of the austenitizing temperature of the respective ferrometallic material heated and then quenched in oxygen-rich water. The Surface treatment takes place through training interfering corrosion protection layers.

Das hier beschriebene Verfahren beruht letztlich auf einem Austenitisierungsvorgang mit gezielter Abkühlung. Solche Verfahren sind auch unter den Begriffen Bunthärten bzw. Bunteinsatzhärten bekannt. Sie werden beispielsweise beim Härten von Waffenteilen und deren gleichzeitiger ästhetischer Gestaltung verwendet. Buntgehärtete Teile werden insbesondere an Jagd- und Sportwaffen eingesetzt, bei denen die optische Gestaltung eine wichtige Rolle spielt. Das Verfahren lässt sich aber auch bei anderen Eisenteilen einsetzen, selbst wenn es vorrangig um die Erzielung einer ästhetischen Wirkung durch spezielle Farbgebung (Marmorierung) und kaum um die Erhöhung des Härtegrades dieser Teile geht. The method described here is ultimately based on one Austenitization process with targeted cooling. Such Processes are also known under the terms colored hardness or Colorful case hardening known. They are used, for example, when hardening of weapon parts and their simultaneous aesthetic Design used. Color hardened parts are particularly used on hunting and sports weapons, where the optical Design plays an important role. The procedure leaves but also use other iron parts, even if it is primarily about achieving an aesthetic effect through special coloring (marbling) and hardly at all Increasing the degree of hardness of these parts.

In der EP 0 647 726 B1 ist ein Verfahren zum Behandeln von Teilen angegeben, bei welchem die Teile in einem Ofen bei Härtetemperaturen durch Einleiten eines Reaktionsgases gehärtet und homogen gebläut werden. Allgemein ist es bekannt, dass Eisenwerkstoffe durch Temperaturbehandlung gehärtet werden können, wenn geeignete Reaktionsbedingungen geschaffen werden, die eine Gefügeveränderung zulassen. Es gibt generell verschiedene Verfahren, die Oberflächenhärte von ferrometallischen Teilen zu erhöhen. EP 0 647 726 B1 describes a method for treating Parts specified, in which the parts in an oven Hardening temperatures by introducing a reaction gas be hardened and blued homogeneously. Generally it is known that ferrous materials hardened by temperature treatment can be created if appropriate reaction conditions are created that allow a structural change. There is generally different processes, the surface hardness of increase ferrometallic parts.

Neben dem technischen Aspekt der Erhöhung der Oberflächenhärte spielt bei der Oberflächenbehandlung von bestimmten ferrometallischen Teilen auch ein ästhetischer Effekt eine Rolle. Sichtbare Eisenteile sollen je nach Anwendungsfall ein ansprechendes Erscheinungsbild erhalten. Beim sogenannten Bläuen oder Anlaufen färben sich die Metalloberflächen leicht bläulich. Wenn Eisenteile bei erhöhter Temperatur atomsphärischer Luft ausgesetzt werden, bilden sich an den Oberflächen der Teile Schichten aus Oxiden, Sulfiden, Karbonaten und ggf. Chloriden. Diese Blaufärbung wird gelegentlich bewusst hervorgerufen, um ein entsprechendes Aussehen zu erzielen. In addition to the technical aspect of increasing the Surface hardness plays a role in the surface treatment of certain ferrometallic parts also have an aesthetic effect. Visible iron parts should be used depending on the application maintain an attractive appearance. With the so-called Blue or tarnish stain the metal surfaces slightly bluish. If iron parts at elevated temperature Exposed to atmospheric air form on the surfaces the parts layers of oxides, sulfides, carbonates and possibly Chlorides. This blue color is sometimes noticed caused to achieve an appropriate appearance.

Im Gegensatz dazu wird beim sogenannten Bunteinsatzhärten (Bunthärten) eine Farbgebung angestrebt, bei welcher unterschiedliche Farben (z. B. Gelb, Rotbraun, Blau, Grau) vorhanden sind und diese Farben in einer marmorähnlichen Struktur auf der Oberfläche der Teile verteilt sind. Das Farbspektrum und die Farbstruktur können über die Prozessparameter beeinflusst werden. In contrast to this, so-called colorful case hardening (Colored hardness) striving for a color in which different colors (e.g. yellow, reddish brown, blue, gray) are present and these colors in a marble-like structure are distributed on the surface of the parts. The color spectrum and the color structure can be done via the process parameters to be influenced.

Das sogenannte Bunthärten wird heutzutage kaum noch eingesetzt, da es technologisch schwer zu beherrschen ist und in der Vergangenheit vor allem unter Nutzung von Erfahrungswissen ausgeführt wurde. Es sind daher nur wenige Dokumente erhalten, die Einzelheiten solcher Bunthärteverfahren beschreiben. In dem Buch "Die Moderne Gewehrfabrikation", Friedrich Brandeis, Bernhard Friedrich Voigt Verlag, 1881, Seite 345 ff., wird erläutert, dass zum Verstählen oder Einsetzen (d. h. Bunthärten) tierische Kohle (hauptsächlich verkohltes Leder) verwendet wird. Das Einsetzen geschieht demnach in speziellen Eisenkästen, die mit dieser Kohle gefüllt werden. Der verschlossene Einsetzkasten wird dann erwärmt, wobei eine gleichmäßige Erwärmung erfolgen soll. Schließlich sollen die Teile einschließlich der Lederkohle in ein Abschreckbad ausgeworfen werden, um die Teile dort abzuschrecken. Diese alte Druckschrift gibt auch an, dass die Farbgebung von verschiedensten Faktoren abhängt und es langjähriger Erfahrung bedarf, um ansehnliche Ergebnisse zu erzielen. Ein sicher nacharbeitbares Verfahren ist aus diesem Stand der Technik jedoch nicht zu entnehmen. The so-called colored hardening is hardly any more these days used because it is technologically difficult to master and in the past, especially using Experience knowledge was carried out. There are therefore only a few documents received the details of such colored hardening processes describe. In the book "Die Moderne Gewehrfabrikation", Friedrich Brandeis, Bernhard Friedrich Voigt Verlag, 1881, Page 345 ff., Explains that for steeling or Use (i.e., colored hardness) animal charcoal (mainly charred leather) is used. The insertion happens therefore in special iron boxes made with this coal be filled. The closed insert box is then warmed, whereby a uniform heating should take place. After all, the parts including the leather coal are said to be in a quench bath will be ejected to the parts there deter. This old publication also states that the Coloring depends on various factors and it Many years of experience are required in order to achieve respectable results achieve. A safe reworkable procedure is out of this However, the state of the art cannot be deduced.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zur Oberflächendekoration und zum Härten von ferrometallischen Teilen anzugeben, mit welchem das sogenannte Bunthärten einfach und mit im Wesentlichen gut vorhersehbaren Ergebnissen ausgeführt werden kann. Insbesondere soll es ermöglicht werden, den zu härtenden Teilen an sämtlichen gewünschten Oberflächenabschnitten einerseits einen ausreichenden Härtegrad zu verleihen und andererseits eine mehrfarbige dekorative Oberflächengestaltung zu geben. The object of the present invention is therefore a process for surface decoration and hardening of specify ferrometallic parts with which the so-called colored hardnesses simple and with essentially good predictable results can be performed. In particular it should be possible to attach the parts to be hardened all desired surface sections on the one hand sufficient degree of hardness and on the other hand a to give multicolored decorative surface design.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst, welches die folgenden Schritte umfasst:

- Umhüllen der Teile mit gitter- oder gazeförmigen Schalelementen aus weitgehend inertem Material mit zahlreichen Gittermaschen, wobei zwischen den Schalelementen und den zu härtenden Oberflächenabschnitten der Teile ein Abstand von 0,5 bis 3 mm belassen wird;
- Einbetten der umhüllten Teile in einem Kohlegemischgranulat aus Holzkohle und tierischer Kohle (Knochenkohle) in einem weitgehend luftdicht abgeschlossenen Einsatzbehälter, wobei das Kohlegemischgranulat auch in den Abstand zwischen den Schalelementen und den zu härtenden Oberflächenabschnitten der Teile eingebracht wird;
- gleichmäßiges Erwärmen des gefüllten Einsatzbehälters auf eine Zieltemperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur;
- Aufrechterhalten der Zieltemperatur für eine vorgegebene Austenitisierungszeit, die in Abhängigkeit von der Masse und dem ferrometallischen Werkstoff der zu härtenden Teile bestimmt ist;
- schnelles Abkühlen des Einsatzbehälters auf eine Stabilisierungstemperatur, die gleich der Austenitisierungstemperatur ist oder bis 100 K unter dieser liegt,
- Aufrechterhalten dieser Stabilisierungstemperatur für 10 bis 30 Minuten;
- Positionieren der verschlossenen Öffnung des Einsatzbehälters unmittelbar an der Wasseroberfläche eines Abschreckbades;
- Abschrecken der zu härtenden Teile durch Öffnen und Entleeren des Einsatzbehälters in das Abschreckbad, wobei die Teile mit den Schalelementen in das Abschreckbad fallen.

This object is achieved by the method according to the invention, which comprises the following steps:

- Enveloping the parts with lattice or gauze-shaped formwork elements made of largely inert material with numerous lattice meshes, a distance of 0.5 to 3 mm being left between the formwork elements and the surface sections of the parts to be hardened;
- Embedding the coated parts in a coal mixture granulate made from charcoal and animal coal (bone coal) in a largely airtight container, the coal mixture granulate also being introduced into the distance between the formwork elements and the surface sections of the parts to be hardened;
- uniform heating of the filled insert container to a target temperature above the austenitizing temperature;
- maintaining the target temperature for a predetermined austenitizing time, which is determined as a function of the mass and the ferrometallic material of the parts to be hardened;
rapid cooling of the insert container to a stabilizing temperature which is equal to the austenitizing temperature or is up to 100 K below this,
Maintaining this stabilization temperature for 10 to 30 minutes;
- Positioning the closed opening of the insert container directly on the water surface of a quench bath;
- Quenching the parts to be hardened by opening and emptying the insert container into the quenching bath, the parts with the formwork elements falling into the quenching bath.

Es hat sich gezeigt, dass bei Ausführung der genannter Verfahrensschritte nachvollziehbare Ergebnisse beim Bunthärten erzielt werden können. Es entstehen gleichmäßige Oberflächendekorationen und ausreichende Härtegrade bei den ferrometallischen Teilen. It has been shown that when the aforementioned Process steps understandable results at Color hardness can be achieved. Uniform results Surface decorations and sufficient degrees of hardness in the ferrometallic parts.

Die Verwendung von gitterförmigen Schalelementen, welche die zu härtenden Teile umhüllen, hat zur Folge, dass im Moment des Entleerens des Einsatzbehälters in das Abschreckbad die Kohlegemischpartikel ausreichend lange an den zu härtenden Teilen anhaften, um im Abschreckbad die gewünschten chemischen Reaktionen auszulösen, die die angestrebte Farbgebung hervorrufen. Außerdem ist es vorteilhaft, durch die Positionierung der Öffnung des Einsatzbehälters unmittelbar an der Wasseroberfläche des Abschreckbades den Zeitraum sehr klein zu halten, in welchem die zu härtenden Teile der Atmosphäre ausgesetzt sind. Da der Einsatzbehälter während der Erwärmung der Teile im Wesentlichen luftdicht abgeschlossen ist und das Kohlungsgranulat eine inerte Atmosphäre innerhalb des Einsatzbehälters erzeugt, können die Teile trotz erhöhter Temperatur nicht mit Sauerstoff reagieren, was für den Härteprozess wesentlich ist. Andernfalls wird dadurch eine ausschließliche Farbreaktion mit dem Sauerstoff des Abschreckwassers ermöglicht und Zunderbildung vermieden. The use of grid-shaped formwork elements, which the encasing parts to be hardened has the consequence that at the moment emptying the insert container into the quenching bath Coal mixture particles on the to be hardened sufficiently long Adhere parts to the desired in the quench bath trigger chemical reactions that target the coloring cause. It is also beneficial through Position the opening of the insert container directly on the Water surface of the quench bath made the period very small to keep in which the parts of the atmosphere to be hardened are exposed. Because the insert container during heating the parts are essentially airtight and that Carbonic granulate an inert atmosphere within the Insert container generated, the parts can be increased despite Temperature does not react with oxygen, what for Hardening process is essential. Otherwise, it becomes a exclusive color reaction with the oxygen of the Quench water enables and scaling avoided.

Insbesondere bei der Verwendung von Teilen mit einem geringen Kohlestoffanteil im Eisenmaterial ist es vorteilhaft, die zu härtenden Teile vor dem eigentlichen Bunthärten einem Aufkohlungsprozess zu unterziehen, in dem die Teile in einem Aufkohlungsbehälter mit Aufkohlungsgranulat umgeben werden und auf eine Aufkohlungstemperatur von 900°C bis 960°C erwärmt und anschließend langsam abgekühlt werden. Daran schließen sich die o. g. Verfahrensschritte zur Durchführung des Bunthärtens an. Es lassen sich dadurch besonders hohe Härtegrade und Aufkohlungstiefen erzielen, die bei den genannten Materialien allein bei Ausführung des Bunthärtens nicht möglich wären. Bei abgewandelten Ausführungsformen können die Aufkohlungsschritte auch unmittelbar in das Bunthärteverfahren integriert werden. Especially when using parts with a small Carbon content in the iron material, it is advantageous to hardening parts before the actual color hardening Undergo carburizing process in which the parts in one Carburizing containers are surrounded with carburizing granules and to a carburizing temperature of 900 ° C to 960 ° C warmed and then slowly cooled. it the above mentioned close Procedural steps for implementation of colored hardening. This makes it particularly high Achieve degrees of hardness and carburization depth that the mentioned materials only when performing color hardening would not be possible. In modified embodiments the carburizing steps can also be carried out directly in the Color hardness processes can be integrated.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Schalelemente durch eine Edelstahlgaze gebildet werden, wobei die Gittermaschen einen Öffnungsdurchmesser von etwa 1 mm bis 3 mm aufweisen sollten. Die zu härtenden Teile werden in das Gewebe aus Edelstahl eingewickelt, wobei auch hier der Abstand zwischen dem Schalelement und den zu härtenden Teilen aufrechterhalten wird. Das Edelstahlnetz weist üblicherweise eine ausreichende Eigenstabilität auf, um diesen Abstand sicherzustellen, wenn es lose um die Teile gelegt wird. Bei höheren Genauigkeitsanforderungen können aber auch Abstandselemente verwendet werden, die einen definierten Abstand zwischen der Gaze und den Oberflächen der Teile sicherstellen. Es können aber auch Wickelvorrichtungen verwendet werden, die beispielsweise durch geeignete Formen das automatisierte Einwickeln der Teile und das Aufrechterhalten des nötigen Abstands gewährleisten, beispielsweise durch unmittelbares Einbringen einer vorgegebenen Schichtdicke von Kohlegranulat zwischen Schalelement und Eisenteil. Je nach verwendetem Kohlegranulat (Granulatgröße) ist es ohne weiteres möglich, nach dem Umwickeln der Teile mit dem Edelstahlnetz die einzelnen Kohlekörner durch die Netzmaschen rieseln zu lassen, um den Abstand zwischen Schalelement und Teiloberfläche ausreichend mit dem Kohlegemisch zu verfüllen. Das Kohlegemisch kann aber auch während des Umhüllvorgangs eingebracht werden. It is particularly advantageous if the formwork elements through a stainless steel gauze are formed, the meshes have an opening diameter of about 1 mm to 3 mm should. The parts to be hardened are made into the tissue Stainless steel wrapped, the distance between maintain the formwork element and the parts to be hardened becomes. The stainless steel net usually has a sufficient one Intrinsic stability to ensure this distance when it is placed loosely around the parts. At higher Precision requirements can also use spacers be a defined distance between the gauze and ensure the surfaces of the parts. But it can also Winding devices are used, for example through suitable forms, the automated wrapping of the Divide and maintain the necessary distance ensure, for example by directly introducing a predetermined layer thickness of coal granules between Formwork element and iron part. Depending on the coal granulate used (Pellet size) it is easily possible after the Wrapping the individual parts with the stainless steel net Let coal grains trickle through the mesh to increase the distance sufficient between the formwork element and partial surface with the To fill coal mixture. The coal mixture can also be introduced during the wrapping process.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Einsatzbehälter vollständig aus Edelstahl. Dieses Material eignet sich besonders, da bei Edelstahl auch bei den erforderlichen Austenitisierungstemperaturen keine nennenswerten Materialausgasungen oder Oxidationsreaktionen erfolgen die das Verfahren beeinträchtigen würden. Bei abgewandelten Ausführungsformen könnten andere Materialien ebenso verwendet werden. Beispielsweise würden sich Keramikbehälter eignen. Die gleichen Kriterien gelten hinsichtlich der Materialauswahl für die Schalelemente, wobei sich insbesondere flexible Schalelemente eignen, um an unterschiedliche Formen von zu härtenden Teilen angepasst zu werden. Wenn jedoch bei größeren Teilestückzahlen gleichbleibende Formen vorhanden sind, können die Schalelemente auch aus härteren Materialen mit angepasster Formgebung bestehen. Beispielsweise wäre es denkbar, spezielle Hülsen aus Keramikmaterialen oder Edelstahl herzustellen, die ebenfalls zahlreiche Gittermaschen bzw. Löcher aufweisen und an die spezielle Form der zu härtenden Teile angepasst sind. Besonders gute Ergebnisse sowohl hinsichtlich des Härtens als auch hinsichtlich der Oberflächengestaltung werden erzielt, wenn das Kohlegemisch ein Mischungsverhältnis von Knochenkohle zu Holzkohle wie 40 : 60 bezogen auf die Masseanteile besitzt. According to a preferred embodiment, the Insert container made entirely of stainless steel. This material is suitable especially because with stainless steel also with the necessary Austenitizing temperatures no noteworthy Outgassing or oxidation reactions occur Would affect procedures. With modified Embodiments could use other materials as well become. For example, ceramic containers would be suitable. The same criteria apply to the Material selection for the formwork elements, with particular flexibility Formwork elements are suitable to adapt to different shapes hardening parts to be adapted. However, if at constant shapes are available for larger numbers of parts, the formwork elements can also be made of harder materials adapted shape exist. For example it would be conceivable, special sleeves made of ceramic materials or stainless steel to produce, which also numerous meshes or Have holes and the special shape of the to be hardened Parts are adjusted. Particularly good results both in terms of hardening as well as in terms of Surface finishes are achieved when the coal mixture is a Mixing ratio of bone charcoal to charcoal like 40:60 in relation to the mass fractions.

Vorzugsweise wird das Wasser im Abschreckbad, in welchem die Teile abgeschreckt werden, vor dem Abschrecken auf 8°C bis 10°C temperiert und mit Sauerstoff angereichert. Vorzugsweise wird technischer Sauerstoff fein verteilt in das Abschreckbad eingeleitet, bis es dort zu einer Sauerstoffanreicherung von etwa 150-200% kommt. Durch die Menge des zugeführten Sauerstoffs ist es außerdem möglich, die entstehenden Farben auf der Oberfläche der zu härtenden Teile zu beeinflussen. Wenn etwa 5-10 l Sauerstoff pro Minute in eine Wassermenge von etwa 70 l eingeleitet werden, stellt sich nach einigen Minuten eine Sauerstoffkonzentration ein, die vor allem die Ausbildung von Brauntönen auf den Oberflächen der Teile zur Folge hat. Wird die Sauerstoffzufuhr bei gleichen Rahmenbedingungen auf 10-30 l pro Minute erhöht, werden vor allem blaue und violette Farbgebungen erreicht. Der für die Erzielung der gewünschten Farbreaktion in Prozent angegebene Sauerstoffgehalt bezieht sich auf den Sauerstoffgehalt des Abschreckwassers ohne Anreicherung, was 100% Sauerstoffgehalt entspricht. Preferably, the water in the quench bath in which the Parts are quenched before quenching to 8 ° C 10 ° C tempered and enriched with oxygen. Preferably technical oxygen is finely divided into the quench bath initiated until there is an oxygenation of about 150-200% comes. By the amount of feed It is also possible to oxygenate the resulting colors to influence the surface of the parts to be hardened. If about 5-10 l of oxygen per minute in an amount of water some 70 l are introduced, according to some Minutes an oxygen concentration, especially the Formation of brown tones on the surfaces of the parts Consequence. If the oxygen supply is the same General conditions are increased to 10-30 l per minute, above all blue and violet colors achieved. The one for the Achievement of the desired color reaction given in percent Oxygen content refers to the oxygen content of the Quench water without enrichment, which is 100% oxygen content equivalent.

Zur Erzielung gleichmäßiger Farbgebungen ist es vorteilhaft, die zu härtenden Teile vor dem Bunthärten zu polieren oder durch Glasperlenstrahlen (Körnung 0-50 µm) zu behandeln und sorgfältig zu entfetten. Als Poliermittel können Polierscheiben eingesetzt werden, die unter dem Handelsnamen "Artifax" erhältlich sind. Gute Entfettungsergebnisse werden erzielt, wenn die Teile im Ultraschallbad mit Azeton, Isopropanol oder Sodalösung behandelt werden. In order to achieve uniform colors, it is advantageous polish the parts to be hardened before color hardening or to be treated by glass bead blasting (grain size 0-50 µm) and degrease carefully. Can be used as a polishing agent Polishing discs are used, which are under the trade name "Artifax" are available. Good degreasing results are achieved if the parts are in an ultrasonic bath with acetone, isopropanol or Soda solution to be treated.

Um Härtespannungen der behandelten Teile und eine Beschädigung der die Farbgebung bewirkenden Oberflächenschichten zu vermeiden, ist es besonders zweckmäßig, die gehärteten Teile nach dem Abschreckvorgang bei etwa 150°C zu trocknen und anschließend mit einer transparenten Lackschicht zu versehen die gleichzeitig die Farbbrillanz steigert. Während des Trocknungsvorgangs bei der genannten Temperatur kommt es gleichzeitig zu einer gewissen Gefügenormalisierung und damit zur Entspannung der Materialien. Die Schutzschicht kann beispielsweise aus einem transparenten, kratzfesten Thermolack bestehen. To hardness tensions of the treated parts and a Damage to the surface layers causing the coloring avoid, it is particularly appropriate to use the hardened parts after quenching to dry at about 150 ° C and then provided with a transparent lacquer layer which increases the color brilliance at the same time. During the Drying process at the temperature mentioned at the same time to a certain structural normalization and thus to relax the materials. The protective layer can for example from a transparent, scratch-resistant Thermal lacquer exist.

Vorzugsweise erfolgt die Wärmebehandlung der zu härtenden Teile in einem möglichst gleichmäßig beheizten Ofen, wobei insbesondere elektrisch beheizte Umluftöfen vorteilhaft sind. Außerdem ist es zweckmäßig, den Ofen vor dem Einbringen des befüllten Einsatzbehälters bereits auf eine Temperatur von etwa 50-100 K unter der Austenitisierungstemperatur vorzuwärmen. Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. The heat treatment of those to be hardened is preferably carried out Parts in an oven heated as evenly as possible, whereby electrically heated convection ovens are particularly advantageous. In addition, it is advisable to put the oven in before filled insert container to a temperature of about 50-100 K below the austenitizing temperature preheat. Further advantages, details and further training result from the following description of a preferred Embodiment of the method according to the invention, under Reference to the drawing.

Die einzige Figur zeigt einen Ablaufplan einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zur Oberflächendekoration und zum Härten von ferrometallischen Teilen. The only figure shows a flow chart of a preferred one Embodiment of a method for surface decoration and for hardening ferrometallic parts.

Vor dem Beginn des eigentlichen Bunthärteverfahrens erfolgt normalerweise eine Vorbehandlung der zu härtenden Teile im Schritt 1. Dazu werden die Teile hochglänzend poliert und/oder glasperlengestrahlt, da eine spätere mechanische Oberflächenbehandlung nicht mehr möglich ist. Andernfalls würden die aufgebrachten Farbschichten zerstört werden. Außerdem müssen die Teile sorgfältig entfettet werden. Dazu können sie beispielsweise in einem Ultraschallbad mit Azeton, Isopropanol oder 10%iger Sodalösung entfettet und mit destilliertem (deionisiertem) Wasser nachbehandelt werden. Zufriedenstellende Ergebnisse werden erzielt, wenn das Ultraschallbad auf etwa 60°C bis 80°C erwärmt wird und die Entfettung etwa 15 bis 20 Minuten ausgeführt wird. Nach dem Entfetten müssen die Teile getrocknet werden, beispielsweise in einem Umluftofen bei Temperaturen von etwa 30°C bis 60°C. Before the actual color hardening process begins, the parts to be hardened are usually pretreated in step 1 . For this purpose, the parts are polished to a high gloss and / or glass bead blasted, since subsequent mechanical surface treatment is no longer possible. Otherwise the applied layers of paint would be destroyed. In addition, the parts must be degreased carefully. To do this, they can be degreased, for example, in an ultrasonic bath with acetone, isopropanol or 10% sodium carbonate solution and aftertreated with distilled (deionized) water. Satisfactory results are obtained when the ultrasonic bath is heated to about 60 ° C to 80 ° C and the degreasing is carried out for about 15 to 20 minutes. After degreasing, the parts must be dried, for example in a convection oven at temperatures of around 30 ° C to 60 ° C.

Im Schritt 2 werden an den zu härtenden Teilen Schalelemente angebracht, die später das Kohlegranulat für eine gewisse Zeit an der Oberfläche der Teile für chemische Reaktionen festhalten sollen. Gleichzeitig dürfen sie das Eindringen des Wassers als Abschreckmedium nicht wesentlich verzögern. Die Schalelemente werden so an den Teilen angeordnet, dass beim Abschreckvorgang die einzelnen Bereiche der Teile möglichst gleichmäßig und schnell abkühlen, um das Auftreten durch das Leidenfrostsche Phänomen bedingter, sogenannter Weichfleckigkeit zu vermeiden. Dazu muss das Abschreckwasser schnell und gleichmäßig an die Oberfläche der Teile geführt werden. Gleichzeitig müssen die Schalelemente eine ausreichende Haftung des Kohlegranulats gewährleisten, damit die Metalloxydschichten ausgebildet werden können, die für die Farbgebung verantwortlich sind. Als Schalelemente kommen unterschiedliche Hilfsmittel in Frage, beispielsweise Lochbleche aus Edelstahl, die Löcher mit einem Durchmesser von 1 mm bis 3 mm besitzen. Solche Lochbleche eignen sich vor allem zur Anbringung an zu härtenden Teilen mit regelmäßigen, sichtbaren Außenflächen. Wenn Teile behandelt werden sollen, die relativ unregelmäßige Formen besitzen, beispielsweise zu härtende Waffenteile, ist es häufig zweckmäßiger, Edelstahlgewebe oder Edelstahlgaze als Schalelemente zu verwenden. Derartige Gewebe sind flexibel und können einfach an beliebige Formen angepasst werden. In allen Fällen muss darauf geachtet werden, dass die Schalelemente zumindest in den zu härtenden Bereichen von der Oberfläche der Teile beabstandet sind, um zumindest eine dünne Schicht des Kohlegranulats zwischen die Schalelemente und die Oberfläche der Teile einzubringen und ein Abwaschen durch Blasenbildung beim Abschreckvorgang zu vermeiden. In step 2 , formwork elements are attached to the parts to be hardened, which are later to hold the carbon granulate for a certain time on the surface of the parts for chemical reactions. At the same time, they must not significantly delay the ingress of water as a quenching medium. The formwork elements are arranged on the parts in such a way that the individual areas of the parts cool as evenly and quickly as possible during the quenching process in order to avoid the occurrence of so-called soft spots caused by the Leidenfrost phenomenon. To do this, the quenching water must be led to the surface of the parts quickly and evenly. At the same time, the formwork elements must ensure sufficient adhesion of the carbon granulate so that the metal oxide layers responsible for the coloring can be formed. Different aids are possible as formwork elements, for example perforated sheets made of stainless steel, which have holes with a diameter of 1 mm to 3 mm. Such perforated sheets are particularly suitable for attachment to parts to be hardened with regular, visible outer surfaces. If parts that have relatively irregular shapes are to be treated, for example weapon parts to be hardened, it is often more expedient to use stainless steel mesh or stainless steel gauze as formwork elements. Such fabrics are flexible and can be easily adapted to any shape. In all cases, care must be taken to ensure that the formwork elements are spaced from the surface of the parts, at least in the areas to be hardened, in order to insert at least a thin layer of carbon granulate between the formwork elements and the surface of the parts and to avoid washing off due to bubbles during the quenching process ,

Im nachfolgenden Schritt 3 werden die zu härtenden Teile im Einsatzbehälter angeordnet. Es ist vorteilhaft, einen zylindrischen Edelstahlbehälter als Einsatzbehälter zu verwenden, da dieser einerseits die Wärmeübertragung gut gewährleistet und die zylindrische Form andererseits eine allseitige gleichmäßige Erwärmung der eingefüllten Teile ermöglicht. Die Teile werden im Wesentlichen zentral im Behälter angeordnet und müssen allseits von dem Kohlegemisch umgeben sein, welches aus Holzkohle und tierischer Kohle besteht. Besonders zweckmäßig ist die Verwendung eines Kohlegemisches aus Knochenkohle und Holzkohle, bei einem Mischungsverhältnis von 40 : 60 Masseprozenten und einer Körnung des Kohlegranulats von 0,1 mm bis 2 mm. Das Kohlegranulat wird leicht verdichtet, insbesondere um sicherzustellen, dass ausreichend Kohlegranulat zwischen das Schalelement und die Oberfläche der zu härtenden Teile gelangt. Die jedes Teil umgebende Granulatschicht sollte mindestens eine Dicke von 20 mm bis 40 mm aufweisen, um während des Härteprozesses eine ausreichende Aufkohlung in den Oberflächenschichten zu erzielen und dabei eine reduzierende Umgebung zu gewährleisten. Die verdichteten Kohleschichten können die Zufuhr von Sauerstoff wirksam verhindern. Außerdem wird durch die ausreichend dicken Kohlegranulatschichten eine unerwünschte übermäßige Erwärmung der Oberflächenbereiche der zu härtenden Teile vermieden. In the following step 3 , the parts to be hardened are arranged in the insert container. It is advantageous to use a cylindrical stainless steel container as an insert container, since this ensures good heat transfer on the one hand and the cylindrical shape on the other hand enables uniform heating of the filled parts on all sides. The parts are arranged essentially centrally in the container and must be surrounded on all sides by the coal mixture, which consists of charcoal and animal coal. It is particularly expedient to use a coal mixture of bone coal and charcoal, with a mixing ratio of 40:60 mass percent and a grain size of the coal granulate of 0.1 mm to 2 mm. The carbon granulate is slightly compressed, in particular to ensure that sufficient carbon granulate gets between the formwork element and the surface of the parts to be hardened. The granulate layer surrounding each part should have a thickness of at least 20 mm to 40 mm in order to achieve a sufficient carburization in the surface layers during the hardening process and thereby to ensure a reducing environment. The densified layers of coal can effectively prevent the supply of oxygen. In addition, the sufficiently thick layers of carbon granules prevent undesirable excessive heating of the surface areas of the parts to be hardened.

Um später eine gleichmäßige Abschreckung einzelner Abschnitte der Teile zu ermöglichen, sollten die Teile vorzugsweise so im Einsatzbehälter angeordnet werden, dass die auftretenden Temperaturunterschiede beim Eintreten des heißen Teils in das Abschreckbad keine übermäßigen Materialspannungen erzeugen, die zu Verzugserscheinungen führen könnten. Insbesondere größere Teile werden daher so im Einsatzbehälter positioniert, dass sie mit dem Abschnitt des größeren Querschnitts zuerst in das Abschreckbad eintauchen. To later evenly deter individual sections of the parts, the parts should preferably be like this be arranged in the insert container that the occurring Temperature differences when the hot part enters the Quench bath does not generate excessive material stress, which could lead to delays. In particular Larger parts are therefore in the insert container positioned that with the section of the larger cross section first immerse in the quench bath.

Nach vollständiger Bestückung wird der Edelstahlbehälter mit einem Deckel aus Edelstahl verschlossen, um während der nachfolgenden Wärmebehandlung das Eindringen von Sauerstoff in den Behälter weitgehend auszuschließen und einen höheren Partialdruck im Inneren des Behälters zu erzielen. After complete assembly, the stainless steel container is also with a stainless steel lid closed to during the subsequent heat treatment the ingress of oxygen largely exclude the container and a higher one To achieve partial pressure inside the container.

Im Schritt 4 werden die Teile bis zum Erreichen einer Zieltemperatur erwärmt. Die Zieltemperatur entspricht mindestens der werkstoffspezifischen Austenitisierungstemperatur und liegt damit in der Regel oberhalb von 720°C. In step 4 , the parts are heated until a target temperature is reached. The target temperature corresponds at least to the material-specific austenitizing temperature and is therefore usually above 720 ° C.

Im nachfolgenden Schritt S erfolgt die Wärmebehandlung bzw. das Austenitisieren. Bekannterweise erfolgt die Umwandlung von Ferrit in das sogenannte Austenit (γ-Eisen) oberhalb von etwa 720°C (AC₁). In Abhängigkeit von der Masse und der gewünschten Aufkohlungstiefe der zu härtenden Teile wird diese Temperatur für etwa 20-60 Minuten aufrechterhalten. In the subsequent step S, the heat treatment or austenitizing takes place. As is known, the conversion of ferrite into the so-called austenite (γ-iron) takes place above approximately 720 ° C. (AC ₁ ). Depending on the mass and the desired carburizing depth of the parts to be hardened, this temperature is maintained for about 20-60 minutes.

Die Besonderheit des Bunthärtens besteht darin, dass das Teilaustenitisieren und das Aufkohlen in einer Wärmebehandlung erfolgen müssen, um die Bauteile möglichst verzugsfrei abschrecken zu können. Bei erforderlichen Aufkohlungstiefen (größer 0,05 mm) und höheren Härtewerten (größer 400 HV1), muss eine separate Aufkohlung vorher durchgeführt werden. Im Schritt 6 erfolgt eine Abkühlung der Teile auf eine Stabilisierungstemperatur, die gleich der Austenitisierungstemperatur oder bis zu 100 K geringer sein kann. Einerseits soll die Stabilisierungstemperatur so gewählt werden, dass eine vollständige Rückumwandlung des Austenits vermieden wird. Andererseits soll der Härteverzug, der beim Abschrecken eintritt, möglichst klein gehalten werden, was durch eine geringere Ausgangstemperatur erzielbar ist. Die Stabilisierungstemperatur wird für etwa 10 bis 30 Minuten aufrechterhalten, wiederum abhängig von der Masse und dem Material der zu härtenden Teile. Da die Rückumwandlung des Austenits vor allem bei langsamen Abkühlvorgängen stattfindet, soll das Abkühlen von der Zieltemperatur auf die Stabilisierungstemperatur möglichst schnell erfolgen. Beispielsweise wird dies durch ein kurzzeitiges Öffnen des Ofens erreicht. The specialty of colored hardening is that the partial austenitizing and carburizing have to be carried out in a heat treatment in order to be able to quench the components with as little distortion as possible. If carburizing depths are required (greater than 0.05 mm) and higher hardness values (greater than 400 HV1), a separate carburizing must be carried out beforehand. In step 6 , the parts are cooled to a stabilizing temperature, which can be equal to the austenitizing temperature or up to 100 K lower. On the one hand, the stabilization temperature should be selected in such a way that a complete reverse transformation of the austenite is avoided. On the other hand, the delay in hardness that occurs during quenching should be kept as small as possible, which can be achieved by a lower starting temperature. The stabilization temperature is maintained for about 10 to 30 minutes, again depending on the mass and the material of the parts to be hardened. Since the austenite is primarily converted during slow cooling processes, cooling from the target temperature to the stabilization temperature should take place as quickly as possible. For example, this is achieved by briefly opening the furnace.

Im Schritt 7 werden die behandelten Teile anschließend in einem Abschreckbad abgeschreckt. Die gewünschten Farbgebungen auf der Oberfläche entstehen während dieses Abschreckvorgangs. Dabei bilden sich Metalloxydschichten aus, bei denen es zu Interferenzerscheinungen des Lichts an der polierten Bauteilfläche kommt, die durch unterschiedliche Schichtdicken als Farbverläufe mit marmorartiger Struktur sichtbar werden. Beim Abschrecken muss es vermieden werden, dass die Teile mit Luftsauerstoff in Verbindung kommen, was eine sofortige Oxydation an der Oberfläche zur Folge hätte (Verzundern). Dazu wird der Einsatzbehälter mit seiner Öffnung unmittelbar über der Wasseroberfläche des Abschreckbades positioniert. Die Öffnung des Einsatzbehälters wird dann durch Entfernen des Deckels freigegeben, so dass die im Einsatzbehälter enthaltenen Teile, die daran befestigten Schalelemente und das Kohlegranulat unverzögert in das Abschreckbad fallen. Im Abschreckbad kommt es an der Oberfläche der heißen Teile zu den gewünschten chemischen Reaktionen, die die Metalloxydschichten ausbilden. Um die speziellen Farbeffekte zu erzielen, muss das Kohlegranulat dabei zumindest während der ersten Abkühlzeit an der Oberfläche der Teile gehalten werden bevor es abgewaschen wird, was durch die Schalelemente sichergestellt ist. In step 7 , the treated parts are then quenched in a quenching bath. The desired colors on the surface are created during this quenching process. This forms metal oxide layers, which cause interference effects of the light on the polished component surface, which become visible as color gradients with a marble-like structure due to different layer thicknesses. When quenching, it must be avoided that the parts come into contact with atmospheric oxygen, which would result in immediate surface oxidation (scaling). For this purpose, the insert container is positioned with its opening directly above the water surface of the quenching bath. The opening of the insert container is then released by removing the lid, so that the parts contained in the insert container, the formwork elements attached to them and the carbon granulate immediately fall into the quenching bath. In the quenching bath, the desired chemical reactions that form the metal oxide layers occur on the surface of the hot parts. In order to achieve the special color effects, the carbon granulate must be held on the surface of the parts at least during the first cooling period before being washed off, which is ensured by the formwork elements.

Um besonders gute (vielfarbige) Farbeffekte zu erzielen, ist es vorteilhaft, das Wasser des Abschreckbades mit Sauerstoff anzureichern, bevor die Teile darin abgeschreckt werden. Gute Ergebnisse werden erzielt, wenn etwa 10-30 l pro Minute in ein Abschreckbad mit einer Wassermenge von 60-80 l eingeleitet werden, über einen Zeitraum von etwa 3 Minuten. Zur besseren Verteilung des Sauerstoffs im Abschreckwasser können sogenannte Sprudelsteine verwendet werden, die den Sauerstoff in kleinen Gasblasen in das Wasser einleiten. Auf diese Weise kann eine Sauerstoffanreicherung von etwa 180% erreicht werden. Dieser Sauerstoffgehalt bleibt für einige Minuten weitgehend konstant, in welcher der Abschreckvorgang auszuführen ist. Das Abschreckbad hat vorzugsweise eine Temperatur von 8-10°C. To achieve particularly good (multi-colored) color effects, is it is beneficial to oxygenate the water of the quench bath enrich before the parts are quenched. Quality Results are achieved when in about 10-30 L per minute a quench bath with a water volume of 60-80 l be initiated over a period of about 3 minutes. to better distribution of oxygen in the quench water So-called bubbling stones are used, the oxygen introduce into the water in small gas bubbles. In this way can reach about 180% oxygenation become. This oxygen content remains for a few minutes largely constant in which the quenching process is to be carried out. The quench bath is preferably at a temperature from 8-10 ° C.

Im Schritt 8 kann eine Nachbehandlung der gehärteten Teile erfolgen. Die Teile werden unmittelbar nach dem Abschreckvorgang aus dem Abschreckbad entnommen. Die Schalelemente können dann entfernt werden. Vorzugweise werden die Teile anschließend in einem Umluftofen bei etwa 150°C über 2 bis 3 Stunden getrocknet und entspannt. Eine besondere Farbbrillanz der Oberflächenschichten lässt sich erreichen, wenn eine transparente Lackschicht (z. B. Zaponlack, Thermolack) aufgetragen wird. Außerdem wird damit ein verbesserter Korrosionsschutz und eine erhöhte Abriebfestigkeit der ausgebildeten Metalloxydschichten erreicht. In step 8 , the hardened parts can be post-treated. The parts are removed from the quench bath immediately after the quenching process. The formwork elements can then be removed. The parts are then preferably dried and relaxed in a forced air oven at about 150 ° C. for 2 to 3 hours. A special color brilliance of the surface layers can be achieved if a transparent lacquer layer (e.g. Zapon lacquer, thermal lacquer) is applied. In addition, improved corrosion protection and increased abrasion resistance of the metal oxide layers formed are achieved.

Das dargestellte Verfahren kann bei abgewandelten Ausführungsformen im Detail verändert werden, wenn dies aufgrund der Eigenschaften der zu behandelnden Teile erforderlich ist. The method shown can be modified Embodiments can be changed in detail if due to the properties of the parts to be treated is required.

Claims

1. A method for surface decoration and for surface hardening of ferrometallic parts, in which the parts to be hardened are heated in a carbon-releasing, calcium-phosphate-containing, low-oxygen medium at least to the austenitizing temperature and then quenched in water, characterized in that the following process steps are carried out:

- Enveloping ( 2 ) the parts with lattice-shaped formwork elements made of largely inert material with numerous lattice meshes, a distance of 0.5 to 3 mm being left between the formwork elements and the surface sections of the parts to be hardened;

- Embedding ( 3 ) the coated parts in a coal mixture granulate of charcoal and animal coal in a largely airtight container, the coal mixture granules also being introduced into the distance between the formwork elements and the surface sections of the parts to be hardened;

- Uniform heating ( 4 ) of the filled insert container to a target temperature above the austenitizing temperature;

- maintaining ( 5 ) the target temperature for a predetermined austenitizing time, which is determined as a function of the mass and the desired carburizing depth of the parts to be hardened;

- Rapid cooling ( 6 ) of the insert container to a stabilization temperature which is equal to the austenitizing temperature or is up to 100 K below this;

Maintaining this stabilization temperature for 10 to 30 minutes;

- Positioning the closed opening of the insert container directly on the water surface of a quench bath;

- Quenching ( 7 ) the parts to be hardened by opening and emptying the insert container into the quenching bath, the parts with the formwork elements and the carbon mixture granulate falling into the quenching bath.

2. The method according to claim 1, characterized in that the parts to be hardened before wrapping them with Formwork elements in a carburizing container with carburizing granules to a carburizing temperature of 900 ° C to 960 ° C for a carburizing time of 60 to 120 minutes and then slowly cooled.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the formwork elements with a stainless steel gauze Mesh diameters of 1 to 3 mm are formed, which is wrapped around the parts to be hardened.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the formwork elements by perforated stainless steel sheets are formed, whose holes have a diameter of 1-3 mm have and the spacers on the to be hardened Parts are attached.

5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the formwork elements are made of ceramic and attached to the Shape of the parts to be hardened are adjusted.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized characterized that the parts in a completely Stainless steel existing insert containers are embedded.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized characterized that the coal mixture granulate from Bone char and charcoal are made up with a mixture ratio of 40: 60 percent by mass and a grain size of 0.5-2 mm.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized characterized that the target temperature for about 20-60 Minutes is maintained.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized characterized that the quench bath before quenching the parts cooled to a temperature of 8 ° C to 10 ° C and is enriched with oxygen.

10. The method according to claim 9, characterized in that about 10-30 liters of oxygen per minute in 70 liters Water volume as a quenching medium finely distributed is initiated until an oxygen enrichment of 150-180% is reached.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized characterized that the parts to be hardened before Color hardnesses polished and / or glass bead blasted and degreased become.

12. The method according to claim 11, characterized in that with acetone, isopropanol or soda solution in an ultrasonic bath is degreased.

13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized characterized that the hardened parts after the Quench at 150-180 ° C and be relaxed and then with a transparent one Corrosion protection layer are coated.

14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized characterized that the heating of the parts to be hardened in a uniformly heated oven, which is in front of the Insert the insert container filled with the parts to a temperature of about 50-100 K below that Austenitization temperature is preheated.

15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized characterized that the insert container before the Empty with its opening about 1-5 cm above the Water surface of the quench bath is positioned.