DE1170218B

DE1170218B - Verfahren zur Herstellung von UEberzuegen aus harten Carbiden auf Werkzeugen und Maschinenteilen

Info

Publication number: DE1170218B
Application number: DEM24383A
Authority: DE
Inventors: Dr Arnold Muenster; Dr Wilhelm Ruppert; Gottfried Schwedler
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1954-03-12
Filing date: 1954-09-06
Publication date: 1964-05-14
Also published as: FR1124973A; DE1056449B; GB785236A; CH347057A

Description

Verfahren zur Herstellung von Überzügen aus halten Carbiden auf Werkzeugen und Maschinenteilen Zusatz zur Anmeldung: M 22308 VI b / 48 b -Auslegeschrift 1056 449 In der Patentanmeldung M 22308 VI b / 48 b ist ein Verfahren zur Herstellung von Überzügen aus harten Carbiden der Metalle der III. bis VI. Gruppe des Periodischen Systems, beispielsweise Titan, Vanadin und Wolfram, auf metallischen und nichtmetallischen Gegenständen geschützt, das darin besteht, daß eine Halogenverbindung des betreffenden Metalls bei Temperaturen von 900 bis 1200° C mit einem Gasgemisch zur Reaktion gebracht wird, in dem Wasserstoff und nicht mehr flüchtige Kohlenstoffverbindungen enthalten sind, als ihrem Gleichgewicht mit Wasserstoff entspricht.
Es wurde nun gefunden, daß das Verfahren der Hauptpatentanmeldung vorteilhaft für Werkstücke aus härtbaren Stählen verwendet werden kann. Da die Überzüge nach dem Verfahren der Hauptpatentanmeldung sich durch sehr geringe Oberflächenrauhigkeit und überaus feinkörnige dichte Struktur auszeichnen, wenn sie auf einer glatten Metalloberfläche aufgebracht sind, eignen sie sich besonders als Oberflächenschutz für Werkstücke, Werkzeuge und Maschinenteile, die mechanischem Verschleiß, insbesondere gleitender Reibung, Erosion und Korrosion unterworfen sind. Als Grundwerkstoff für derartige Werkstücke sind in besonderem Maß maßänderungsarme Stähle und Stähle hoher Durchhärtung geeignet.
Es ist bereits ein Verfahren zum Herstellen von harten Auflagen für Messer, Schneidwerkzeuge und sonstige Arbeitsgeräte bekannt, bei dem eine Suspension von Metallcarbiden, -nitriden oder -boriden und gegebenenfalls einem Hilfsmetall bzw. einer Metallegierung in einem Dispersionsmittel auf die einer Abnutzung unterliegenden Flächen an Werkzeugen aufgestrichen und der Gegenstand daraufhin einer Erhitzung zwecks Sinterung der Auftragung und Diffusion mit dieser unterzogen wird. Will man hierbei eine feste Verbindung zwischen dem aufgesinterten Hartstoff und der Unterlage schaffen, dann sind so hohe Sintertemperaturen erforderlich, daß der Grundwerkstoff seine Aushärtungsfähigkeit verliert. Es ist daher bei diesem Verfahren nicht möglich, Werkstoffkombinationen zu erzeugen, die aus einer aufgesinterten Carbidschicht und einem ausgehärteten Werkzeugstahl bestehen. Derartig aufgesinterte Auflagen aus Hartstoffen sind außerdem rauh, meist porös und ihre Glättung ist daher mit Schwierigkeiten verbunden.
Die Überzüge, die nach dem Verfahren der Hauptpatentanmeldung aufgebracht sind, legen sich der Oberfläche, auf die sie aufgebracht werden, praktisch gleichmäßig an, so daß sie diese, gegebenenfalls mit allen Unebenheiten, abbilden. Für die Anwendung derartiger Überzüge, insbesondere Titancarbidüberzüge; als Oberflächenschutz von Werkstücken, Werkzeugen und Maschinenteilen, die überwiegend auf mechanischen Verschleiß, insbesondere gleitende Reibung; beansprucht werden, ist es vorteilhaft, mindestens die mechanisch stark beanspruchten Oberflächen dieser Gegenstände vor dem Aufbringen der Überzüge feinst zu bearbeiten. Man erhält dann Titancarbidüberzüge mit einer Oberflächenrauhigkeit von etwa 2 w, die sich durch Polieren, beispielsweise mit Diamantstaub, Borcarbidpulver oder auch mit durch Zerspanen gewonnenem Graphitpulver, noch wesentlich unter 1 w vermindern läßt.
Für Maschinenteile und Werkzeuge mit rauher Oberfläche, beispielsweise Feilen und Raspeln, wird die Oberfläche des Grundwerkstoffes in die Endform gebracht und dann der Carbidüberzug aufgebracht.
Als Grundwerkstoff für Werkstücke, Werkzeuge und Maschinenteile, die mit einer Schutzschicht von Titancarbid nach dem Verfahren der Hauptpatentanmeldung versehen sind, haben sich durch Abschrecken an Luft und/oder Öl härtbare Stähle, insbesondere die maßänderungsarmen Stähle mit etwa 11 bis 15% Chrom und etwa 1,5 bis 2,5% Kohlenstoff, die Warmarbeitsstähle mit etwa 4 bis 10% Wolfram und die . Stähle hoher Durchhärtung mit etwa 4% Nickel und etwa 1 bis 1,5% Chrom bewährt. Diese Stähle können neben den genannten Legierungskomponenten noch in geringeren Mengen weitere Legierungskomponenten, beispielsweise Silizium, Mangan, Molybdän, Vanadin, enthalten. Beim Überziehen dieser Stähle mit Überzügen aus Titancarbid ist darauf zu achten, daß diese Stähle nicht überhitzt werden.
Nach dem Aufbringen der Überzüge bei 960 bis l000° C besitzen die Stähle ohne besondere Abschreckungsmaßnahmen Härten, die je nach Werkstoff und Versuchsbedingungen zwischen 400 und 700 HV, also zwischen etwa 42 und 59 HRC, liegen. Derartige Werkstoffe bestehen somit zumindest teilweise aus einem relativ mäßig harten Grundwerkstoff mit einem sehr harten Überzug. Sie sind ohne weitere Härtung des Grundwerkstoffs für solche Werkstücke, Werkzeuge und Maschinenteile zu verwenden, die auf gleitende Reibung ohne hohe Drücke, Erosion und Korrosion beansprucht werden. Derartige Werkstoffe sind beispielsweise .für Steinlager, Feinmaschinenlager, « Tastorgane von Meßgeräten, Absperrschieber, Ventile und bewegliche Teile von Maschinen, insbesondere Verbrennungskraftmaschinen, einzusetzen. Besonders vorteilhaft ist es, derartige Werkstoffe für Teile von Spinnereimaschinen, wie Fadenführer u. dgl., zu verwenden.
Werden die Werkstücke, Werkzeuge oder Maschinenteile auf gleitende Reibung, verbunden mit hohen Drücken, beansprucht, wie beispielsweise Ziehwerkzeuge und Lager, so ist es vorteilhaft, den Grundwerkstoff, der beispielsweise aus einem maßänderungsarmen Stahl bestehen kann, nach dem Aufbringen des Titancarbidüberzuges durch eine Wärmebehandlung unter einer Schutzgasatmosphäre, vorzugsweise unter durch Behandeln mit mit Magnesium, Calcium, Titan und/oder deren Nitriden gereinigtem Stickstoff, auf die gewünschte Arbeitshärte zu bringen.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen von Überzügen aus harten Carbiden der Metalle der III. bis VI. Gruppe des Periodischen Systems auf metallischen Werkstücken, insbesondere Werkzeugen und Maschinenbauteilen, durch Reaktion von Halogenverbindungen der betreffenden Metalle mit Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen, wobei eine Halogenverbindung des carbidbildenden Metalls mit einem Gasgemisch an den zu überziehenden Werkstücken bei Temperaturen von 900 bis 1200° C zur Reaktion gebracht wird und in dem Gasgemisch Wasserstoff und nicht mehr flüchtige Kohlenwasserstoffverbindungen enthalten sind als ihrem Gleichgewicht mit Kohlenstoff und Wasserstoff bei Abscheidungstemperatur entspricht, nach Patentanmeldung M 22308 VIb/48b, dadurch gekennz e i c h n e t, daß für die Werkstücke härtbare Stähle verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Werkstücke maßänderungsarme Stähle verwendet werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Werkstücke Stähle hoher Durchhärtung verwendet werden.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Werkstücke vor der Aufbringung des Carbidüberzuges geglättet, vorzugsweise poliert wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die überzogenen Werkstücke in einer Schutzgasatmosphäre, die frei von Sauerstoff oder sauerstoffabgebenden Verbindungen ist, vorzugsweise in durch Behandeln mit Magnesium, Calcium, Titan und/oder deren Nitriden gereinigtem Stickstoff, einer bekannten Warmbehandlung unterzogen werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 764 144.