DE1225217B

DE1225217B - Verfahren zum Vergroessern der Nitrierhaertetiefe von Staehlen

Info

Publication number: DE1225217B
Application number: DED47151A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Helmut Brandis; Dr-Ing Karl Bungardt; Dipl-Ing Peter Kroy
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1965-04-30
Filing date: 1965-04-30
Publication date: 1966-09-22
Also published as: AT270729B; CH463908A

Description

Verfahren zum Vergrößern der Nitrierhärtetiefe von Stählen Das Verfahren des Obergächenhärtens von Stählen durch Nitrieren hat ein breites Anwendungsgebiet gefunden und steigende Bedeutung erlangt. Das Aufsticken erfolgt hierbei durch Glühen bei erhöhten Temperaturen in Stickstoff abgebenden Mitteln, und zwar entweder Gasen oder Bädern, um eine mit Stickstoff angereicherte Oberfläche auf den Werkstücken zu erzielen.
Es ist bekannt, daß die Stahlzusammensetzung, und zwar insbesondere der Gehalt an sogenannten Nitridbildnern, von Einfiuß auf die in der an Stickstoff angereicherten Schicht zu erzielende Härte ist. Es ist ferner bekannt, daß die Nitrierhärtetiefe beeinflußt werden kann durch die Nitrierzeit und die Nitriertemperatur.
Beim Nitrieren wird so vorgegangen, daß das Werkstück, beispielsweise ein Bauteil, vor dem Nitrieren vergütet wird, um eine bestimmte Kernfestigkeit zu erzielen. Unter Vergütung wird in diesem Zusammenhang eine Wärmebehandlung verstanden, die sich aus Härten und Anlassen zusammensetzt, wobei das Härten zur Martensitbildung führt. Es ist bekannt, daß die Nitrierhärtetiefe in ganz engen Grenzen durch das Anlassen nach dem Härten verändert werden kann, und zwar nimmt die Nitrierhärtetiefe mit steigender Anlaßtemperatur und dementsprechend fallender Vergütungsfestigkeit ab.
Zweck der Erfindung ist es, eine wesentliche Verbesserung der Nitrierhärtetiefe von Stählen unter gleichen Nitrierbedingungen zu erzielen. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß an Stelle der üblichen Vergütung durch Härten und Anlassen vor dem Nitrieren der Stähle eine andere Wärmebehandlung angewendet wird, die zu etwa gleicher Kernfestigkeit führt. Erfindungsgemäß handelt es sich dabei um ein an sich bekanntes Austenitisieren oberhalb der Ac.- Temperatur mit nachfolgendem isothermem oder kontinuierlichem Umwandeln im Bildungsbereich der Zwischenstufe, das in diesem Zusammenhang noch nicht angewendet worden ist, überraschenderweise aber zu größeren Nitrierhärtetiefen führt als bei den normal vergüteten Stählen. Das Umwandeln muß so durchgeführt werden, daß der nach der Austenitisierung vorliegende Austenit möglichst vollständig in das Zwischenstufengefüge (Bainit) übergeführt wird. Die Nitrierhärtetiefe wird bestimmt als die durch die Nitrierbehandlung erzeugte Härte in einem bestimmten Abstand von der Probenoberfläche, und es konnte festgestellt werden, daß durch die Wärmebehandlung gemäß der Erfindung, z. B. in einem Abstand von 0,2 mm von der Oberfläche, eine um mehr als 100 HV., höhere Härte erzielt werden kann.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist vol(zugsweise anwendbar auf die Nitrierstähle. Das sind solche Stähle, die infolge eines Gehaltes ah Nitridbildnern für das Nitrieren besonders geeignet sind und daher für diesen Zweck vornehmlich verwendet werden. Diese Stähle enthalten bei einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,2 und 0,45% an Karbidbildnern bis zu 4% Chrom, bis zu 2,% Aluminium, bis zu 0,5% Vanadium und bis zu 1% Molybdän, und zwar können diese Nitridbildner einzeln oder zu mehreren vorhanden sein. Außerdem ist es möglich, noch Niob/Tantal und/oder Titan vorzusehen. Gelegentlich enthalten diese Legierungen auch bis zu 2% Nickel. Vorzugsweise haben diese Stähle etwa folgende Zusammensetzung: 0,25 bis 0,35 % Kohlenstoff, 1,00 bis 3,00% Chrom, 0,80 bis 1,30 1/o Aluminium, 0,10 bis 0,20% Vanadium, 0,10 bis 0,50°/o Molybdän. Die Temperaturen für die Wärmebehandlung sind abhängig von der Zusammensetzung der Stähle. Wie diese sogenannte Zwischenstufenvergütung durchzuführen ist, läßt sich aus den an sich bekannten Zeittemperaturumwandlungsschaubildern ableiten. Das Austenitisieren findet oberhalb des Ac3 Punktes, d. h. also etwa oberhalb 800° C, statt, im allgemeinen wird eine Temperatur von 900° C und mehr angewendet. Aus dieser Austenitisierungstemperatur wird auf eine Temperatur abgekühlt, die zwischen 300 und 600° C liegt und bei der isothermen Umwandlung in bekannter Weise auf dieser Temperatur gehalten. Wenn im kontinuierlichen Verfahren umgewandelt wird, so wird der Temperaturbereich von 600 bis 300° C mit einer entsprechenden Abkühlgeschwindigkeit durchlaufen. In jedem Fall muß derart gearbeitet werden, daß sich eine möglichst vollständige Umwandlung in die Zwischenstufe ergibt. Von einem Stahl mit 0;34% Kohlenstoff, 0,25 0/a Silizium, 0,75 % Mangan, 1,15 % Chrom, 0,20% Molybdän, 0,95% Aluminium, Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen sind Proben hergestellt worden für eine Nitrierung einmal nach der in üblicher Weise durch Härten und Anlassen durchgeführten Vergütung und einmal nach einer Zwischenstufenumwandlung wie gemäß der Erfindung vorgesehen.
Der Stahl wurde 1/z Stunde lang bei 925° C geglüht und in Wasser abgeschreckt, sodann wurde er 2 Stunden bei 550° C angelassen. Nach einem Nitrieren im Ammoniakgasstrom- während 60 Stunden bei 520° C ergab sich im Abstand von 0,2 mm von der Oberfläche eine Nitrierhärte von rund 800 HVs0.
Der gleiche Stahl wurde gemäß der Erfindung vor dem Nitrieren einer Zwischenstufenumwandlung unterworfen. Der Stahl wurde 1/z Stunde lang bei 925° C geglüht, dann auf die Temperatur von 550° C abgekühlt und isotherm über 5 Stunden geglüht, wobei die Umwandlung in der Zwischenstufe (obere) ablief. Von der isothermischen Umwandlungstemperatur (550° C) erfolgte' die Abkühlung an Luft. Es ergab sich durch diese Behandlung eine Nitrierhärtetiefe in 0,2 mm Abstand von der Probenoberfläche in Höhe von 950 HV30.
Das gleiche Ergebnis wurde bei diesem Stahl erzielt, der in der Zwischenstufe durch kontinuierliche Abkühlung von 925° C umgewandelt worden ist. Die Abkühlungsgeschwindigkeit von 925° C lag hier bei rund 300° C/Min.
Bei einem Stahl mit 0,33% Kohlenstoff, 1,990/0 Chrom, 1,17a/0 Aluminium und 0,26% Molybdän konnten folgende Ergebnisse erzielt werden: Nach einem Glühen von einer halben Stunde bei 925° C wurde auf 550° C abgekühlt und bei dieser Temperatur 5 Stunden gehalten, wobei der Stahl in der Zwischenstufe (obere) umwandelt. Nach einem Nitrieren im Ammoniakgasstrom während 60 Stunden bei 520° C ergab sich im Abstand von 0;2 mm von der Oberfläche eine Nitrierhärte von. rund 1000 HV30.
Die Erfinder haben festgestellt, daß bei der Umwandlung in der oberen Zwischenstufe, bei den als Beispiel angeführten Stählen ist dies eine Temperatur von 550° C, die Härtesteigerung beim Nitrieren größer ist als bei der Umwandlung in der unteren Zwischenstufe, d. h. also bei den angeführten Stählen etwa im Bereich von 400° C. Sinngemäß gilt diese Feststellung auch für die Umwandlung in der Zwischenstufe durch kontinuierliches Abkühlen des Stahles von Austenitisierungstemperatur. Bei der Umwandlung in der oberen Zwischenstufe liegt die Nitrierhärtetiefe am höchsten. Eine geringere Nitrierhärtetiefe ergibt sich bei der Umwandlung in der unteren Zwischenstufe.
Das Verfahren gemäß der Erfindung schafft also die Möglichkeit, unter Anwendung einfacher Maßnahmen eine Vergrößerung der Nitrierhärtetiefe zu erzielen, ohne daß dabei die Kerneigenschaften des Werkstückes in unerwünschter Weise wesentlich beeinträchtigt werden.

Claims

Patentanspruch: Verfahren zum Vergrößern der Nitrierhärtetiefe von Stählen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl vor dem Nitrieren durch ein an sich bekanntes- Austenitisieren oberhalb der Ac3 Temperatur mit nachfolgendem isothermem oder kontinuierlichem Umwandeln im Bildungsbereich der Zwischenstufen vergütet wird.