DE1222685B - Verwendung eines Eisennitrid in eutektoider feiner Verteilung enthaltenden Werkstoffes auf Eisenbasis fuer Gegenstaende, die auf Abnutzung durch Reibung, Gleitung und Verschleiss beansprucht sind - Google Patents

Verwendung eines Eisennitrid in eutektoider feiner Verteilung enthaltenden Werkstoffes auf Eisenbasis fuer Gegenstaende, die auf Abnutzung durch Reibung, Gleitung und Verschleiss beansprucht sind

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DE1222685B DED40303A DED0040303A DE1222685B DE 1222685 B DE1222685 B DE 1222685B DE D40303 A DED40303 A DE D40303A DE D0040303 A DED0040303 A DE D0040303A DE 1222685 B DE1222685 B DE 1222685B
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Description

  • Verwendung eines Eisennitrid in eutektoider feiner Verteilung enthaltenden Werkstoffes auf Eisenbasis für Gegenstände, die auf Abnutzung durch Reibung, Gleitung und Verschleiß beansprucht sind In der Technik besteht ein großes Bedürfnis, Werkstoffe gegen Abnutzung zu sichern. Abnutzung soll als Oberbegriff, wie in der Vornorm DIN 50 320 vorgeschlagen ist, verstanden werden. Die allgemeine Lehre geht dahin, daß mit zunehmender Härte auch die Abnutzungsfestigkeit steigt. Man hat deshalb schon frühzeitig versucht, neben der bekannten Stahlhärtung, die auf dem Kohlenstoffgehalt basiert, auch eine Nitrierhärtung durchzuführen, die zu einer erheblichen Härtesteigerung in den beanspruchten Schichten führt. Als Mittel hierzu dienen insbesondere Legierungselemente, die beständige Nitride bilden, wie beispielsweise Al, Cr, Ti, Zr, Nb u. a. Solche Sonderstähle zeigen nach einer Glühbehandlung im Ammoniakstrom bei höheren Temperaturen eine ausgezeichnete Härte, die mit einer guten Verschleißfestigkeit verbunden ist. Man hat auch bereits Nitrierverfahren entwickelt, bei denen Stähle nitriert werden, die nur geringe Gehalte oder gar keine Gehalte an Nitridbildnern aufweisen. Hierbei erhält man eine Nitrierschicht, die verhältnismäßig weich ist, eine gute Korrosionsbeständigkeit besitzt und auch einen ausreichenden Verschleißwiderstand aufweist. Allerdings dürfen die Belastungen bei einer Reibbeanspruchung nur gering sein, da die Schichten außerordentlich spröde sind und leicht zum Abplatzen neigen. Setzt man solche verhältnismäßig weichen nitrierten Gegenstände einer Reib- oder Gleitbeanspruchung aus, wie sie beispielsweise in einem Gleitlager gegeben sind, so kann man die Verschleißfestigkeit der äußersten Nitrierschicht nur in begrenztem Maße ausnutzen, da schon von verhältnismäßig geringen Belastungen an auch diese weiche Nitrierschicht infolge ihrer geringen Verformungsfähigkeit und Sprödigkeit zum Einreißen, Abplatzen und Ausbröckeln neigt. Die abgeriebenen Teilchen setzen sich dann leicht in die Oberfläche und führen rasch zu einer Beschädigung und Zerstörung der Gleitflächen. Man hat auch versucht, gesinterte Eisenkörper auf diese Weise zu nitrieren, jedoch ist bei diesem Verfahren die Neigung zum Abbröckeln eher größer als geringer geworden, so daß auch diese Körper für hohe Belastung nicht geeignet sind.
  • Aus der Vorstellung heraus, daß Härtesteigerung und Verschleißminderung parallel laufen, war die Fachwelt bisher geneigt, möglichts hohe Konzentrationen des Stickstoffs anzustreben. Die Oberflächen bestanden demnach vorwiegend aus Fe2N mit etwa 11,2 % N und Fe4N mit etwa 6'% N. Man hätte nunmehr erwarten können, daß mit niedrigerem Stickstoffgehalt, der mit einer abnehmenden Härte verbunden ist, auch eine abnehmende Abnutzungsbeständigkeit einhergeht. überraschenderweise wurde jedoch gefunden, daß die Abnutzung und insbesondere diejenige Kombination von Abnutzungserscheinungen, die man bei Gleitkörpern als Laufeigenschaften bezeichnet und die neben der Verschleißfestigkeit in einer hohen ölhaftfähigkeit und einer geringen Verschweißneigung mit dem Gegenwerkstoff beruhen, dann sprunghaft besser werden, wenn trotz niedrigeren Stickstoffgehaltes ein eutektoides Gefüge vorliegt. Das eutektoide Gefüge erstreckt sich über einen Konzentrationsbereich, der eingegrenzt wird durch den reinen a-Mischkristall mit gelöstem Stickstoff ohne Nitridanteil und durch das Auftreten des reinen Nitrids bei etwa 6 0/0. Das rein eutektoide Gefüge liegt in kohlenstoffarmen Stählen bei etwa 2,4 % N. Unterhalb dieser Gefügekonzentration ist die Nitridverteilung untereutektoid und darüber übereutektoid. Bei dem Eutektoid ist das Nitrid Fe4N in sehr feiner (eutektoider) Verteilung in dem stickstoffhaltigen a-Mischkristall dispensiert. Die Erkenntnis der Erfindung ist also darin zu sehen, daß für die Abnutzung, wie sie beispielsweise an Gleitkörpern auftritt, nicht die hohe Härte des Nitrids maßgebend ist, sondern daß sprunghaft günstigere Eigenschaften entstehen, wenn das Nitrid in feiner eutektoider Verteilung vorliegt. Die feine Verteilung des Nitrids wird durch Kohlenstoffgehalte kaum gestört. Das Stickstoff-Eutektoid verschiebt sich meist etwas zu niedrigeren Stickstoffgehalten, wenn der Kohlenstoffgehalt ansteigt. Man kann somit auch kohlenstoffreichere Stähle mit feinverteilten Nitriden versehen. Dieses Gefüge, bei dem sowohl eutektoider Zementit als auch eutektoides Nitrid zusammen existieren, bezeichnet man häufig als »Braunit « nach der beim Ätzen erhaltenen Farbe des Gefüges. Auch durch Zusatz von Cu, Ni, Pb, Sn oder anderen nicht nitridbildenden Elementen wird die Bildung des eutektoiden Nitrids nur unwesentlich beeinflußt.
  • Es ist zweckmäßig, Gegenstände, die auf Abnutzung beansprucht sind, insbesondere Gleitlager, mindestens in ihrer Gleitfläche mit einer eutektoiden, feinen Verteilung des Nitrids zu versehen, da hierdurch besonders die Haftfähigkeit des Öles und die Verschweißneigung mit dem Gegenwerkstoff günstig beeinflußt werden.
  • Die eutektoide Verteilung des Nitrids erhält man beispielsweise dadurch; daß man Stähle, die hinreichend frei von Nitridbildnern, wie Cr, Al, Ti, Zr, B, Ta und Nb, sind und aus 0,01 bis 1,2% C bis 1% Si bis 30% Cu bis 36 % Ni bis 10% Mn bis 5 % Pb bis 10% Sn bis 30 % Eisenoxyde Rest Fe mit den üblichen Beimengungen an S, P und anderen üblichen Eisenbegleitelementen bestehen, ausreichende Zeit bei höheren Temperaturen zwischen 500 und 850° C einem stickstoffabgebenden Medium, vorzugsweise in Form eines Ammoniakstromes, aussetzt. Hierbei bildet sich eine von Zeit und Temperatur abhängige eutektoide Zone mit einem Stickstoffgehalt bis unter 6 %, vorzugsweise unter 5,5 %, die für die Abnutzungsbeständigkeit besonders günstig ist. Die unerwünschte Zone, die- den Stickstoff nicht in eutektoider Form enthält, kann man in einfacher Weise durch Abtrennen, Schleifen, Bohren, Drehen, Reiben und ähnliches beseitigen oder dadurch, daß man die Teile bei einer solchen Temperatur glüht, bei der sich die hochkonzentrierten Nitride, wie Fe2N und Fe4N, bereits wieder zersetzen, so daß nur die eutektoide Zone verbleibt. Diese Zersetzung der Nitride findet bei kohlenstoffarmen Stählen beispielsweise im Temperaturgebiet zwischen 700 und 100° C statt.
  • Auf diese Weise ist es möglich, sowohl kompakte, auf dem Schmelz- und Knetwege hergestellte Gegenstände mit der eutektoiden, feinen Verteilung des Stickstoffs zu versehen. Es ist aber auch möglich, beispielsweise Sinterkörper in gleicher Weise zu behandeln. Sinterkörpern kann man noch andere, die Gleitung verbessernde Elemente oder Verbindungen, wie beispielsweise Pb, Sn, Cd, In, Zn, Graphit, Molybdänglanz, Wolfram (IV)-sulfid, ferner Oxyde, wie beispielsweise Fe202, Fes04, Fe0, Pb0, Cd0, einverleiben.
  • Es ist auch möglich, die Sinterteile mit einem gewissen Porenvolumen oder aber mit den Mitteln der Sintertechnik dicht zu pressen, so daß der Porenraum fast oder gänzlich verschwindet. Bei porösen Sinterwerkstoffen ist es möglich, die Hohlräume mit festen oder flüssigen Schmierstoffen auszufüllen oder sie mit Kunstharz, Kunststoffen, Lakken oder bituminösen Stoffen, denen noch Mineralien der Raumgruppe D; 4 nach S c h ö n f 1 i e ß, wie beispielsweise Graphit, Molybdänglanz, zugefügt sind, auszufüllen. Unter den Kunststoffen eignen sich besonders die Polyamide, Polyurethane und fluorhaltigen Äthylene. Die eutektoide Verteilung des Stickstoffs eignet sich also besonders für Gegenstände, die auf Abnutzung durch Gleitung, Reibung und Verschleiß beansprucht sind, insbesondere Lager und ihre Gegenflächen, Reibkörper u. a. m. Beispiele Folgende Eisenwerkstoffe eignen sich für die eutektoide, feine Verteilung des Stickstoffs: 1. 0,04% C 0,02% Si 0,04% s 0,05% P 0,050/002 0,2 % Cu Rest Fe mit den üblichen Begleitelementen 2. 0,25% C 0,15% Si 0,25% Mn 0,2 % Ni Rest Fe mit den üblichen Verunreinigungen an S und P und den üblichen Eisenbegleitelementen 3. 0,55% C 0,3% Si 0,7% Mn 0,2'%Ni Rest Fe mit den üblichen Verunreinigungen an S und P und den üblichen Eisenbegleitelementen 4. 0,9% C 0,6% Mn 0,4% Si 0,1% Ni Rest Fe mit den üblichen Verunreinigungen an S und P und den üblichen Eisenbegleitelementen 5. 1,2% C 1% Mn 0,6% Si 0,1% Ni Rest Fe mit den üblichen Verunreinigungen an S und P und den üblichen Eisenbegleitelementen 6. 0,04% C 0,1% Si 0,3 % Mn 3 % Cu 0,1% Ni Rest Fe mit den üblichen Verunreinigungen an S und P und den üblichen Eisenbegleitelementen 7. Gesinterte Werkstoffe mit 0,05 % C 5 % Cu 0,4% Si 0,6% Mn Rest Fe B. Gesinterte Werkstoffe mit 0,05 % C 15 % Cu 0,4% Si 0,60% Mn Rest Fe 9. Gesinterte Werkstoffe mit 0,05 % C 30 % Cu 0,4% Si 0,6 % Mn Rest Fe 10. Gesinterte Werkstoffe mit 0,05 % C 0,1% Cu 2 % Ni 0,4% Si 0,6% Mn Rest Fe 11. Gesinterte Werkstoffe mit 0,05% C 0,1% Cu 5 % Ni 0,4 % Si 0,6% Mn Rest Fe 12. Gesinterte Werkstoffe mit 0,05% C 0,1% Cu 10 % Ni 0,4% Si 0,6% Mn Rest Fe 13. Gesinterte Werkstoffe mit 0,05% C 0,1% Cu 36 % Ni 0,4% Si 0,6% Mn Rest Fe 14. Gesinterte Werkstoffe mit 0,05% C 0,2% Cu 0,1% Ni 0,4% Si 2 % Mn Rest Fe 15. Gesinterte Werkstoffe mit 0,05 % C 0,2% Cu 0,1% Ni 0,4% Si 5 % Mn Rest Fe 16. Gesinterte Werkstoffe mit 0,05 % C 0,2% Cu 0,1% Ni 0,4 % Si 10 % Mn Rest Fe 17. Gesinterte Werkstoffe mit 0,80/0 C 0,1% Si 0,2% Mn 0,5% Ni 5 % Pb Rest Fe 18. Gesinterte Werkstoffe mit 0,8% C 0,1% Si 0,2% Mn 0,5% Ni 9 % Sn Rest Fe 19. Gesinterte Werkstoffe mit 0,05% C 0,250/0 Si 0,30 % Mn 2% Cu 10 % Fe203 20. Gesinterte Werkstoffe mit 0,05% C 0,25% Si 0,30% Mn 2% Cu 15 % Fes04 21. Gesinterte Werkstoffe mit 0,050/0 C 0,25% si 0,30% Mn 2% Cu 25 % Fe0 Rest Fe 22. Sinterkörper aus 0,02% C 0,1% Si 0,2% Mn 0,1% Ni Rest Fe, dem nach dem Sintern und Nitrieren noch ein Polyamid mit 10% Pb einverleibt wird. 23. Sinterkörper aus 0,02% C 0,10/ö Si 0,2% Mn 0,1% Ni Rest Fe, dem nach dem Sintern und Nitrieren Tetrafiuoräthylen mit 15% Pb einverleibt wird. 24. Sinterkörper aus 0,02% C 0,1% Si 0,2% Mn 0,1% Ni Rest Fe, dem nach dem Sintern und Nitrieren noch ein Gießharz mit 15% Molybdänglanz einverleibt wird.
  • 25. Sinterkörper aus 0,02% C 0,1% Si 0,2% Mn 0,1% Ni Rest Fe, dem nach dem Sintern und Nitrieren noch bis zu 30% Fe204 durch Glühen bei höheren Temperaturen, insbesondere in einer Wasserdampfatmosphäxe bei 450° C, einverleibt wird.

Claims (5)

  1. Patentansprüche: 1. Verwendung eines Eisennitride in eutektoider feiner Verteilung enthaltenden Werkstoffes auf Eisenbasis, der jedoch hinreichend frei von anderen Nitridbildnern, wie Chrom, Aluminium, Titan, Zirkonium, Bor, Tantal, Niob, ist, bestehend aus 0,01 bis 1,2% Kohlenstoff, bis 1% Silizium, bis 30% Kupfer, bis 36% Nickel, bis 10% Mangan, bis 5 % Blei, bis 10% Zinn, bis unter 6%, vorzugsweise 5,5% Stickstoff, bis 30% Eisenoxyde, Rest Eisen mit den üblichen Beimengungen an Schwefel, Phosphor und anderen üblichen Begleitelementen, für Gegenstände, die 'auf Abnutzung durch Reibung, Gleitung und Verschleiß beansprucht sind.
  2. 2. Verwendung eines gesinterten Werkstoffes auf Eisenbasis nach Anspruch 1, wobei die eutektoide feine Verteilung der Eisennitride mindestens an den Gleitflächen der Gegenstände vorhanden ist, für den Zweck nach Anspruch 1.
  3. 3. Verwendung eines gesinterten Werkstoffes nach Anspruch 1 und 2, wobei der Werkstoff zusätzlich bekannte, die Gleitung verbessernde Zusätze, wie Blei, Zinn, Cadmium, Indium, Zink Graphit, Molybdänglanz und Wolfram (IV)-sulfid, ferner Oxyde, wie Fe2O3, Fe304, Pb0, Cd0, enthalten kann.
  4. 4. Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes auf Eisenbasis mit eutektoider feiner Verteilung der Eisennitride nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre, beispielsweise Ammoniak, bei Temperaturen zwischen 500 und 850° C geglüht wird.
  5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entfernung der Nitridschichten vom Typ Fe2N und Fe4N der Werkstoff oberhalb der Zersetzungstemperatur der Nitridschichten geglüht wird.
DED40303A 1962-11-17 1962-11-17 Verwendung eines Eisennitrid in eutektoider feiner Verteilung enthaltenden Werkstoffes auf Eisenbasis fuer Gegenstaende, die auf Abnutzung durch Reibung, Gleitung und Verschleiss beansprucht sind Granted DE1222685B (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2610388A1 (de) * 1976-02-07 1977-08-11 Gerlach Werke Gmbh Stahl, insbesondere zur herstellung hochbeanspruchter schmiedestuecke
CN102822367A (zh) * 2010-02-05 2012-12-12 伟尔矿物澳大利亚私人有限公司 硬金属材料

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DE2610388A1 (de) * 1976-02-07 1977-08-11 Gerlach Werke Gmbh Stahl, insbesondere zur herstellung hochbeanspruchter schmiedestuecke
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