DE1200096B

DE1200096B - Verfahren zum Erzeugen hochzunderfester Oberflaechen auf warmfesten Werkstoffen

Info

Publication number: DE1200096B
Application number: DED33862A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Dr Phil Gottf Becker; Dr-Ing Karl Bungardt
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1960-07-26
Filing date: 1960-07-26
Publication date: 1965-09-02

Description

Verfahren zum Erzeugen hochzunderfester Oberflächen auf warmfesten Werkstoffen Die Erfindung befaßt sich mit dem Schutz der Oberfläche von metallischen Werkstoffen, die bei hohen Temperaturen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt werden. Es ist bekannt, die mechanischen Eigenschaften durch geeignete Wahl der Legierungselemente zu erzielen, und es ist ferner bekannt, daß mit steigender Gebrauchstemperatur die Grenze der Verwendbarkeit infolge der eintretenden Verzunderung herabgesetzt wird. Als wesentliches Legierungselement, das die Zunderbeständigkeit vermittelt, enthalten diese Stähle und Legierungen Chrom in Mengen von 5 bis 35'0/0. Solche in der Praxis üblichen Werkstoffe sind beispielsweise zusammengestellt in dem Buch »Iigh-Temperature Alloys«, Claude L. Clark, London 1953, Sir Isaac Pitman & Sons Ltd., und »ASTM Special Technical Publication No 170-A« - »Compilation of Chemical compositions and rupture strengths of super strength alloys«. Aus diesen Veröffentlichungen ist ersichtlich, daß die meisten Werkstoffe Chromgehalte zwischen 10 und 25 % aufweisen.
Die oben aufgeführten Chromgehalte reichen nicht aus, um auch bei hohen Gebrauchstemperaturen ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen Verzunderung zu gewähren, und eine Erhöhung des Chromgehaltes ist nicht angängig, weil dann die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigt werden.
Es lag nahe, die Oberfläche dieser Werkstoffe durch oxydationsbeständige Schichten zu schützen, wie sie beispielsweise durch Silizieren, Chromieren und Alltieren erzeugt werden können. Das an sich bekannte Alltieren von nicht chromlegierten Werkstoffen führt zu alitierten Zonen mit Aluminiumgehalten von 50% und mehr. Diese Werkstoffe haben keine besondere Warmfestigkeit, und die erzeugten Oberflächenschichten sind insbesondere nicht gegen Temperaturwechselbeanspruchungen beständig.
Zweck der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit welchem hochzunderfeste Oberflächen auf warmfesten, chromhaltigen metallischen Werkstoffen durch Eindiffundieren von Aluminium erzeugt werden, die selbst bei hohen Temperaturen und Temperaturwechselbeanspruchungen höchste Zunderfestigkeit gewährleisten.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß, indem durch Wahl der Diffusionsbedingungen der Aluminiumgehalt in der erzeugten Diffusionszone auf das 1,5- bis 2fache des Chromgehaltes im Grundwerkstoff eingestellt wird.
An sich ist es bekannt, daß die Diffusion sowohl von der Temperatur als auch von der Zeit abhängig ist. Es genügt indes nicht, nur die Zeit zu verlängern bzw. die Temperatur der Diffusionsbehandlung zu erhöhen. Es muß vielmehr dafür gesorgt werden, daß ein hinreichendes Angebot von Aluminium für den Diffusionsvorgang vorliegt. Am sichersten wird dies erreicht, wenn der Gegenstand in an sich bekannter Weise in ein pulverförmiges Gemisch eingelegt und erhitzt wird. Dieses pulverförmige Gemisch sollte etwa 50% Aluminium enthalten, wobei der Rest aus Aluminiumoxyd besteht. Es ist auch bekannt, über die Gasphase zu alitieren. In diesem Fall ist es zweckmäßig, die übertragung des Aluminiums über ein Aluminiumhalogenid vorzunehmen, insbesondere Aluminiumchlorid. Um dies zu erzeugen, wird in bekannter Weise Ammoniumchlorid dem Pulvergemisch zugesetzt, das räumlich vom Gegenstand getrennt erhitzt wird.
Wenn unter Verwendung dieser Mittel im Sinne der Erfindung dafür gesorgt wird, daß der Aluminiumgehalt in der Diffusionszone höher wird als der Chromgehalt des Grundwerkstoffes, so entsteht bei der späteren Beanspruchung des Gegenstandes auf der Oberfläche ein Oxydfilm mit besten Schutzeigenschaften. Dieser Oxydfilm verhindert jede weitere Oxydation, selbst bei den höchsten Temperaturen, die der Grundwerkstoff mechanisch noch auszuhalten vermag.
Es hat sich gezeigt, daß sowohl die Diffusionszone als auch der im Gebrauch später gebildete schützende Oxydfilm die besten Eigenschaften aufweisen, wenn in einem Grundwerkstoff mit einem Chromgehalt von mindestens 501o der Aluminiumgehalt in der Zone wenigstens 1001o beträgt; dem niedrigen Chromgehalt wird also im Rahmen der Eifindung der höhere Aluminiumgehalt zugeordnet.
Beim Diffusionsvorgang entsteht eine aluminiumhaltige Zone, deren Aluminiumgehalt in einem gewissen Abstand von der Werkstückoberfläche scharf abfällt. Wenn vorliegend von der Diffusionszone und deren Gehalt an Aluminium gesprochen wird, so ist hiermit der Bereich gemeint, der zwischen der Werkstückoberfläche und diesem Steilabfall liegt.
Es ist in der Technik des Alitierens bekannt, die Diffusionsbehandlung bei Temperaturen vorzunehmen, die unter 1000° C liegen. Es zeigt sich indes, daß es im Sinne der Erfindung zweckmäßig ist, planmäßig bei Temperaturen zu arbeiten, die 1000° C und mehr betragen, weil auf diese Weise erfahrungsgemäß Schichten höchster Widerstandsfähigkeit erzielt werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Erzeugen hochzunderfester Oberflächen auf warmfesten, chromhaltigen metallischen Werkstoffen durch Eindiffundieren von Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß durch Wahl der Diffusionsbedingungen der Aluminiumgehalt in der erzeugten Diffusionszone auf das 1,5- bis 2fache des Chromgehaltes im Grundwerkstoff eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusion bei einer Mindesttemperatur von 1000°C durchgeführt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Wiederholt und Elze, »Taschenbuch des Metallschutzes«, 196ß, S. 472 bis 4:75.