DE1170657B

DE1170657B - Use of steel as a material for objects that are diffusion chrome-plated by inserting them into a solid chromizing agent

Info

Publication number: DE1170657B
Application number: DED33263A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Karl Bungardt; Dipl-Chem Dr Phil Gottf Becker
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1960-05-04
Filing date: 1960-05-04
Publication date: 1964-05-21

Description

Verwendung eines Stahles als Werkstoff für Gegenstände, die durch Einsetzen in ein festes Chromierungsmittel diffusionsverchromt werden Es ist bekannt, daß Teilen aus Eisen oder Stahl dadurch eine korrosionsbeständige Oberfläche verliehen werden kann, daß man Chrom in dieselben bis zu einer gewissen Tiefe eindiffundieren läßt. Dies geschieht üblicherweise, indem die Teile in zerkleinertes Ferrochrom oder Chrommetall eingebettet und bei erhöhten Temperaturen einige Stunden lang der Einwirkung von Halogenverbindungen ausgesetzt werden, die hierbei als Chrornübertrager wirken.Use of steel as a material for objects that pass through Insertion into a solid chromating agent to be diffusion chrome-plated It is known that parts made of iron or steel thereby imparted a corrosion-resistant surface It can be that chromium can be diffused into the same up to a certain depth leaves. This is usually done by putting the parts in crushed ferrochrome or chrome metal embedded and at elevated temperatures for a few hours Exposure to halogen compounds, which act as chromium carriers works.

Da mit steigendem Kohlenstoffgehalt im Grundwerkstoff das Eindiffundieren des Chroms erschwert wird, wählt man für diesen Zweck üblicherweise Grundwerkstoffe mit geringen Kohlenstoffgehalten, vorzugsweise unter 0,211/o. Da weiterhin festgestellt wurde, daß der Kohlenstoff aus dem Grundwerkstoff dem eindiffundierenden Chrom entgegenwandert und hierdurch in den Randzonen der Gegenstände auf einen nachteilig hohen Prozentsatz ansteigen kann, ist es bereits bekanntgeworden, diese Abwanderung durch Zugabe bestimmter Legierungselemente zum Grundwerkstoff zu unterbinden. Hierzu werden insbesondere die Elemente Titan, Niob und Tantal verwendet.Since with increasing carbon content in the base material the diffusion chromium is made more difficult, base materials are usually chosen for this purpose with low carbon contents, preferably below 0.211 / o. Since continued to be noted became that the carbon migrates from the base material towards the diffusing chromium and as a result in the edge zones of the objects to a disadvantageously high percentage can increase, it has already become known to this migration by adding certain To prevent alloying elements from the base material. For this purpose, in particular the elements titanium, niobium and tantalum are used.

Da zur Erzielung hinreichend dicker Chromierungszonen die Gegenstände einige Stunden lang in der oben angegebenen Weise auf erhöhte Temperaturen erwärmt werden müssen, besteht die Gefahr der Grobkombildung und damit des Abfalls der Festigkeit und Zähigkeit.. Um dies zu verhindern, ist es bereits bekannt, dem Grundwerkstoff außer Titan, Tantal oder Niob in'Meng , en, die zum stabilen Ab- binden des vorhandenen Kohlenstoffs genügen, noch 1,0 bis 2,51%, vorzugsweise 1,5 bis 1,9"/o Kupfer zuzulegieren.Since the objects have to be heated to elevated temperatures for a few hours in the above-mentioned manner in order to achieve sufficiently thick chroming zones, there is a risk of coarse grains and thus a decrease in strength and toughness. To prevent this, the base material is already known except titanium, tantalum or niobium in'Meng, en that the stable exhaust of carbon present bind sufficient, a further 1.0 to 2.51%, preferably 1.5 to 1.9 zuzulegieren "/ o copper.

Bei der Durchführung der Chromierungsbehandlung wird häufig beobachtet, daß ein Teil der die Werkstücke umgebenden Ferrochrom- oder Chromteilchen an der Oberfläche der zu chromierenden Gegenstände anbackt bzw. ansintert. Hierdurch wird eine nachfolgende Säuberung der Oberfläche notwendig. Besonders dann, wenn die Chromier-ungstemperatur zur Erzeugung dickerer Zonen gesteigert wird, sintern die Ferrochrom- oder Chromteilchen zum Teil so fest an, daß sie mitunter nur von Hand mit Gewalt abgesprengt werden können und hierbei die Oberfläche ausbricht, so daß Verletzungen der Schutzzone entstehen, die sich später als Korrosionsherde auswirken. Außerdem bedingen solche Säuberungsmaßnahmen erhebliche Verteuerungen.When performing the chromating treatment, it is often observed that that part of the ferrochrome or chromium particles surrounding the workpieces on the The surface of the objects to be chromed is caked or sintered. This will a subsequent cleaning of the surface is necessary. Especially when the chromating temperature is increased to create thicker zones, the ferrochrome or chromium particles sinter sometimes so tight that they are sometimes only blown off by hand with force can and thereby the surface erupts, so that injuries to the protection zone which later act as foci of corrosion. In addition, such require Cleaning measures made considerable increases in price.

Um dem übel abzuhelfen, sind bisher lediglich Verfahren bekanntgeworden, welche das Problem von der Gemischseite her angreifen. So ist es beispielsweise bekannt, die aus Chrommetall bzw. Ferrochrom bestehende Einpackmasse durch inaktive Teilchen,' insbesondere keramische Scherben, etwa aus gesintertem Aluminiumoxyd, Porzellan od. dgl., zu verdünnen. So vorzugehen hat aber den Nachteil, daß die Chromkonzentration- innerhalb einer #Ofenbeschickung verringert wird.In order to remedy the evil, only methods have become known so far, which attack the problem from the mixture side. This is how it is, for example known, the packaging material consisting of chrome metal or ferrochrome by inactive Particles, in particular ceramic shards, e.g. made of sintered aluminum oxide, Porcelain or the like. To be diluted. Proceeding in this way has the disadvantage that the chromium concentration is reduced within a # of furnace loading.

Weiter ist es bekannt, die zu chromierenden Gegenstände räumlich vollständig von der chromliefernden Masse zu trennen und einen halogenhaltigen Gasstrom zunächst durch das erhitzte Chrommetall und dann über die ebenfalls erhitzten Teile streichen zu lassen. Da hierbei eine Berührung zwischen den Teilen und der chromliefernden Masse völlig vermieden und der Chromtransport lediglich durch d#il Gasstrom bewirkt wird, tritt lein Anbacken natürlich nicht ein. Dieses an sich elegante Verfahren ist aber wegen der erforderlichen komplizierten Apparatur, insbesondere bei Massenfertigung" nicht ausführbar. In der Praxis ist daher stets nach dem obenerwähnten Vorschlag mittels Keramikscherben gearbeitet worden.It is also known that the objects to be chromed are spatially complete to separate from the chromium-supplying mass and a halogen-containing gas stream first stroke through the heated chrome metal and then over the heated parts allow. There is a contact between the parts and the chromium supplying Mass completely avoided and the chromium transport is only effected by the gas flow there is of course no caking. This in itself elegant process but is because of the complicated equipment required, especially in mass production " not executable. In practice, the above-mentioned proposal is therefore always followed been worked with ceramic shards.

Gemäß der Erfindung wird erstmalig vorgeschlagen, das Problem der Unterdrückung des Ansinterns von Chrom- oder Ferrochrompartikelchen an der Oberfläche von zu chromierenden Teilen von der Stahlseite her anzugreifen. Dies hat den Vorteil, daß die Teile in eine Einpackmasse eingebettet werden können, die keine Oxyde bzw. kein Porzellan od. dgl. enthält und die folglich konzentrierter ist und längere Zeit hält. Auch braucht nicht darauf geachtet zu werden, daß die Masse gut durchmischt ist, da infolge des Fehlens der spezifisch leichten Oxyde eine Entmischung der Chromierungsmasse nicht mehr eintritt. Es wurde beobachtet, daß das Ansintem unterbleibt, wenn die zu chromierenden Teile aus einem Stahl hergestellt sind, der bestimmte Legierungszusätze enthält. So zeigte sich in dieser Hinsicht ein auflallend günstiges Verhalten bei Stahl mit Kupfer-und hohem Siliziumzusatz. Die Kupferzusätze werden vorteilhafterweise auf etwa 0,5 bis 0,8%, begrenzt. Silizium muß in einem Anteil zugesetzt werden, der über den normalerweise vorhandenen Betrag, wie er dem geschmolzenen Stahl zur Beruhigung zugesetzt wird, hinausgeht. Es ist bekannt, daß hoher Siliziumaehalt im Grundwerkstoff die Eindringtiefe des Chroms erhöht. Im Zusammenhang hiermit machen sich aber auch einige Nachteile bemerkbar, und es tritt unter anderem mit zunehmendem Siliziumgehalt zunächst eine Versprödung der mit Chrom angereicherten Zone und weiterhin auch eine Verspröduno, des Kernwerkstoffes durch die durch Chromierung bedingte Wärmebehandlung ein. Außerdem wurde festgestellt, daß mit steigendem Siliziumgehalt im Grundwerkstoff Unregelmäßigkeiten in der Zone hinsichtlich Beständigkeit gegen Naßbeanspruchung auftreten, weil gleichzeitig die prozentuale Höhe des Chromgehaltes in der Diffusionszone verringert wird, und zwar bis zu Gehalten, die eine hinreichende Korrosionsbeständigkeit nicht mehr gewährleisten.According to the invention is proposed for the first time, the problem of Suppression of sintering of chromium or ferrochrome particles on the surface attacking parts to be chromed from the steel side. This has the advantage that the parts can be embedded in a packaging compound that does not contain oxides or contains no porcelain or the like and which is consequently more concentrated and longer Time holds. It is also not necessary to ensure that the mass is mixed well is because, due to the lack of specifically light oxides, segregation of the chromating mass no longer occurs. It was observed that the sintering does not take place, if the parts to be chromed are made of a steel that has the specific Contains alloy additives. In this respect a strikingly favorable one turned out to be Behavior with steel with copper and high silicon addition. The copper additives are advantageously to about 0.5 to 0.8%. Silicon must be in one proportion may be added in excess of the amount normally present as it is to the melted Steel is added for reassurance, goes beyond. It is known that high silicon content the penetration depth of the chrome in the base material is increased. Do in connection with this But some disadvantages are also noticeable, and it occurs among other things with increasing Silicon content initially an embrittlement of the chromium-enriched zone and continues also an embrittlement of the core material caused by chromium plating Heat treatment a. It was also found that with increasing silicon content in the base material irregularities in the zone with regard to resistance to Wet exposure occurs because at the same time the percentage of the chromium content is reduced in the diffusion zone, up to levels that are sufficient No longer guarantee corrosion resistance.

Die Erfindung löst die ihr zugrunde liegende Aufgabe unter Ausschaltung der erwähnten Nachteile, und zwar durch die Verwendung eines Stahles, der die nachstehenden Elemente in den angegebenen Grenzen enthält: Kohlenstoff ..... maximal 0, 1 1/o, vorzugsweise 0,04 bis 0,06% Silizium ........ 0,5 bis 1,5 %, vorzugsweise 0,8 bis 1,0% Kupfer ........ 0,5 bis 0,8 % Titan .......... maximal 0,5 Oio, vorzugsweise0,3 bis0,4% Die Kombination dieses Legierungsgehalts bringt überraschenderweise die genannte Wirkung, d. h. vermeidet das Ansintern der aus Chrom und Ferrochrom bestehenden Einpackmasse an der Oberfläche der Teile des Stahles. Durch die Wahl des angegebenen Grundwerkstoffes für Chromierungszwecke ist es möglich geworden, die Diffusionstemperatur wesentlich zu erhöhen, so daß entweder der Diffusionsvorgang abgekürzt werden kann und dennoch die üblichen Stärken der Diffusionsschicht erhalten werden oder andererseits bei üblicher Diffusionszeit dickere Zonen erzeugt werden können. Von besonderem Vorteil ist die Erfindung bei der Ausführung des Chromdiffusionsverfahrens in größerem Maßstab. Hierbei werden die Teile üblicherweise in Ferrochrom oder Chrommetall eingepackt und in C Größeren Einheiten in entsprechende Retorten gegeben. Durch das große Gewicht des Einsatzes bedingt sind namentlich die in der unteren Hälfte der Retorte liegenden Teile einer erheblichen Druckbelastung ausgesetzt. Diese Druckbelastung führt erfahrungsgemäß dazu, das Anbacken bzw. Ansintern der Ferrochromteile an die Werkstückoberfläche zu begünstigen. Auch unter diesen Bedingungen unterbleibt jedoch das Ansintern praktisch vollständig, wenn nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag gearbeitet wird.The invention solves the problem on which it is based, eliminating the disadvantages mentioned, by using a steel which contains the following elements within the specified limits: Carbon ..... maximum of 0, 1 1 / o, preferably 0.04 to 0.06% Silicon ........ 0.5 to 1.5 %, preferably 0.8 to 1.0% Copper ........ 0.5 to 0.8 % Titan .......... maximum 0.5 Oio, preferably 0.3 to 0.4% The combination of this alloy content surprisingly brings about the effect mentioned, i. H. prevents the chromium and ferrochrome packing material from sintering on the surface of the steel parts. By choosing the specified base material for chromating purposes, it has become possible to increase the diffusion temperature significantly, so that either the diffusion process can be shortened and the usual thicknesses of the diffusion layer can still be obtained or, on the other hand, thicker zones can be produced with the usual diffusion time. The invention is particularly advantageous when carrying out the chromium diffusion process on a larger scale. The parts are usually packed in ferrochrome or chrome metal and placed in C larger units in corresponding retorts. Due to the great weight of the insert, the parts in the lower half of the retort are exposed to considerable pressure. Experience has shown that this pressure load promotes the caking or sintering of the ferrochrome parts on the workpiece surface. Even under these conditions, however, sintering does not occur practically completely if the proposal according to the invention is used.

In den erfindungsgemäß zu verwendenden Stahllegierungen kann an Stelle von Titan auch Niob oder Tantal treten bzw. können zwei dieser Elemente oder alle drei in äquivalenten Mengen gegeneinander ausgetauscht werden.In the steel alloys to be used according to the invention, instead of titanium also includes niobium or tantalum, or two or all of these elements can occur three are exchanged for each other in equivalent amounts.

Claims

Claims: 1. The use of a steel with a maximum of 0, 1%, particularly 0.04 to 0.06% C, 0.5 to 1.5%, particularly 0.8 to 1.0 liters) / o Si, 0, 5 to 0.8 % Cii, a maximum of 0.5%, especially 0.3 to 0.4% Ti, the remainder Fe with the melt-related impurities in P, S, Mn as a material for objects that are diffusion-chromated by inserting them into a solid chromating agent will.

2. The use of a steel according to claim 1, but with the proviso that the titanium content is wholly or partially replaced by a corresponding content of niobium and / or tantalum for the purpose according to claim 1. Considered publications: German Patent Specifications No. 897 424,968,320 .