DE1191655B

DE1191655B - Verfahren zur Erhoehung der Dauerfestigkeit aus niedrig legierten oder unlegierten Staehlen durch Nitrieren

Info

Publication number: DE1191655B
Application number: DED29105A
Authority: DE
Inventors: Dr Johannes Mueller
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1958-10-08
Filing date: 1958-10-08
Publication date: 1965-04-22
Also published as: CH377167A; GB912018A

Description

Verfahren zur Erhöhung der Dauerfestigkeit aus niedrig legierten oder unlegierten Stählen durch Nitrieren Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Erhöhung der Dauerfestigkeit von Werkstücken aus niedrig legierten oder unlegierten Stählen unter Anwendung einer Salzbadnitrierung.
Es ist bekannt, daß Werkstücke aus Stahl, z. B. Kurbelwellen, Achsschenkel, Lenkhebel u. dgl., dadurch auf eine erhöhte Dauerfestigkeit gebracht werden können, daß man in der Randzone zusätzliche Druckspannungen erzeugt. Diese kann bei bekannten Verfahren durch Aufkohlung und Härtung im Salzbad, durch Brenn- oder Induktionshärtung, durch Prägepolieren oder durch Kugelstrahlen erfolgen. Bei Spezialstählen läßt sich auch durch Nitrieren im Ammoniakstrom eine Oberflächenhärtung erzielen, die infolge der durch diese Methode auftretenden Druckspannungen eine Erhöhung der Dauerfestigkeit ergibt. Alle diese Verfahren beruhen auf der Vorstellung, daß die Erhöhung der Dauerfestigkeit einer Erzeugung von zusätzlichen Druckspannungen in Oberflächenschichten eines Werkstoffes bedarf, die entweder durch die Behandlungsmethode oder durch die Anwesenheit bestimmter Legierungsbestandteile im Werkstoff hervorgerufen werden.
Es ist bekannt, die Eigenschaften von Stählen durch das sogenannte Weichnitrieren zu verbessern, bei dem die Werkstücke der Wirkung eines Bades aus Alkalicyanid, Alkalicarbonat mit einem Gehalt von Alkalicyanat ausgesetzt werden. Es hat sich gezeigt, daß besonders das Verschleißverhalten solcher Werkstücke durch die Weichnitrierung verbessert wird. Es wurde hierbei festgestellt, daß nach dieser Behandlung urilegierte Stähle höhere Dauerfestigkeiten besitzen, wenn das Material nach der Behandlung abgeschreckt worden ist. Üblicherweise arbeitet man hierbei mit Salzgemischen, die einen relativ niedrigen Cyanatgehalt besitzen.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß eine sprunghafte Steigerung der Dauerfestigkeit bei der Behandlung von urilegierten oder niedrig legierten Stählen in einem cyanathaltigen Salzbad dadurch erreicht werden kann, daß ein Salzgemisch verwendet wird, das mehr als 300/", vorzugsweise mehr als 3511/0 Alkalicyanat enthält. Die Behandlung erfolgt hierbei bei den üblichen Temperaturen von etwa 500 bis 600°C bei einer Nitrierdauer von etwa 1 bis 2 Stunden.
Es hat sich nämlich gezeigt, daß anstelle der Druckspannungen in den Oberflächenschichten auch eine Steigerung der Streckgrenze in Schichten von mindestens 0,3 mm Dicke nach innen eine wesentliche Erhöhung der Dauerfestigkeit des gesamten Werkstoffes bewirken kann. Durch die Verwendung eines Salzgemisches mit dem angegebenen Cyanatgehalt stellt sich nach der üblichen Nitrierdauer und einem raschen Abschrecken ein Gehalt an gelöstem Stickstoff' von mehr als 0,010/, in einer Schichtdicke von mindestens 0,3 mm von der Oberfläche nach innen ein. Es lassen sich durch geeignete Wahl des Cyanatgehaltes und der Behandlungszeit auch Stickstoffgehalte von 0,10/, erreichen.
Die Wirkung eines solchen Nitrierbades läßt sich z. B. an der Nitrierung eines dünnen Eisendrahtes zeigen, bei dem die Streckgrenze durch die erfindungsgemäße Behandlung um etwa 15001, steigt.
Die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens sei an Hand der Zeichnung erläutert, in der die Biegewechselspannung ab W in Abhängigkeit von dem Gehalt an Kaliumcyanat dargestellt ist. Es handelt sich hierbei um die Biegewechselspannung, die bei mindestens 10' Lastwechseln von dem Probekörper ohne Bruch ertragen wird. Die Kurvendarstellung zeigt, daß die Steigerung der durch die Erhöhung der Streckgrenze erhöhten Dauerfestigkeit nicht proportional dem Cyanatgehalt des Bades verläuft, sondern daß bei Überschreitung eines Cyanatanteils von etwa 300/, eine sprunghafte Steigerung der Dauerfestigkeit eintritt.
Die mit dem Verfahren der Erfindung erzielbaren Ergebnisse werden zusätzlich durch nachstehende Beispiele erläutert: Beispiel l Eine Biegeprobe mit 6,7 mm Durchmesser an der Hohlkehle aus urilegiertem Stahl mit 0,15 °% Kohlenstoff zeigte eine Dauerfestigkeit von 25 kg/mma. Die Probe wurde in einer Salzschmelze aus 42 °/11 Natriumcyanid, 28 % Natriumcyanat, Rest Soda 90 Minuten lang bei 570°C behandelt und anschließend in Wasser abgeschreckt. Die Dauerfestigkeit war danach auf 38 kg/mm° gestiegen.
Wurde die gleiche Probe bei gleicher Temperatur gegebenenfalls 90 Minuten in einem Bad behandelt, das 32°/o Kaliumcyanat, 43 °/11 Natriumcyanid, Rest Soda enthielt, so ergab sich nach dem Abschrecken eine Dauerfestigkeit von 47 kg/mm2.
Beispiel 2 Eine Kurbelwelle mit 0,450/, Kohlenstoff wurde 2 Stunden bei 570°C in einem Bad mit 3211/11 Kaliumcyanat und 43 °/o Natriumcyanid, Rest Soda behandelt. Die Dauerfestigkeit erhöhte sich bei langsamer Luftabkühlung um 70°/0, bei Abschrecken von Nitriertemperatur in Wasser um 1200/,. Beispiel 3 Ein Lenkhebel aus CK 35 (unlegierter Stahl mit 0,3511/11 Kohlenstoff) ergab nach der im Beispiel2 beschriebenen Behandlung eine Erhöhung der Dauerfestigkeit um etwa 10011/11. Der Cyanatgehalt dieses Bades betrug jedoch 3511111.

Claims

Patentanspruch: Verwendung eines mehr als 3011/11, vorzugsweise mehr als 3511/11 Alkalicyanat, Rest im wesentlichen Alkalicyanid und Alkalicarbonat enthaltenden Salzgemisches zur Steigerung der Dauerfestigkeit von Werkstücken aus unlegierten oder niedrig legierten Stählen durch Nitrieren in einem Salzbad und anschließendes rasches Abkühlen. In Betracht gezogene Druckschriften: VDI-Zeitschrift, 1958, S. 235 bis 239.