DE1230645B - Verfahren zur Nitrierung haertbaren Stahls - Google Patents
Verfahren zur Nitrierung haertbaren StahlsInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. α.:
C 23 c
Deutsche KX: 48 b-11/16
Nummer: 1230 645
Aktenzeichen: A 32170 VI b/48 b
Anmeldetag: 3. Juni 1959
Auslegetag: 15. Dezember 1966
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nitrierung durch Abschreckung härtbaren Stahls.
Es ist bekannt, daß ein Nitrieren der Oberfläche eines stählernen Gegenstandes eine bedeutende Steigerung
der Härte der Oberfläche zur Folge hat.
Es ist außerdem bekannt, daß der eventuelle Gehalt des stählernen Gegenstandes an Karbiden während des
Nitrierprozesses die Bildung sogenannter Karbonitride mit sich bringt, die vorzugsweise in den Korngrenzen
bis zu einer Tiefe auftreten, die oft die Hälfte der Nitriertiefe überschreitet. Die Karbonitride haben eine
stark versprödende Wirkung auf die Nitrierschicht und hemmen das weitere Nitrieren.
Es ist früher schon vorgeschlagen worden, die Karbide in der Außenschicht des stählernen Gegenstandes
entweder durch Entkohlung oder Härten ohne darauffolgendes Anlassen zu entfernen. Diese beiden Vorschläge
haben jedoch technisch gesehen gewisse Nachteile, besonders hinsichtlich Behandlungszeit und Maßgenauigkeit.
Aus der USA.-Patentschrift 2 472 320 ist als bekannt zu entnehmen, daß Stähle mit austenitischem Gefüge,
die einer Nitrierbehandlung unterzogen werden, besonders gute Eigenschaften aufweisen. Unter den dort
angegebenen Bedingungen wird aber keine vollständige Austenitisierung erzielt, und daher muß der Stahl,
wenn er Kohlenstoff in solcher Menge enthält, daß er härtbar ist, in der nitrierten Schicht Carbonitride
enthalten.
Ferner ist in der schweizerischen Patentschrift 262 349 das Nitrieren von härtbarem Stahl bekannt,
der zunächst austenitisiert wird; bei diesem Verfahren werden die Carbide im Austenit bzw. Martensit gelöst.
Dann wird der Stahl erhitzt, wobei Kohlenstoff als Graphit ausgeschieden wird, und schließlich nitriert.
Wenn alle Carbide in Graphit umgewandelt werden, ist der Stahl kein härtbarer Stahl mehr und verliert die
Festigkeitseigenschaften, welche die Carbide dem Stahl verleihen. Werden dagegen nicht alle Carbide in
Graphit umgewandelt, so werden sie aus der Lösung im Martensit ausgeschieden, und es werden unerwünschte
Carbonitride gebildet.
Nach der deutschen Patentschrift 638 536 ist die Anwendung des Nitrierverfahrens auf legierte Stähle,
die bei gewöhnlicher Temperatur austenitisches Gefüge haben, bekannt. Solche Stähle sind aber nicht härtbar
und enthalten niemals ungelöste Carbide, so daß die Nitrierung dieser Stähle kein Problem ist.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun
ein Nitrierstahl erhalten, der keine Carbonitride, dagegen aber gelöste oder freie Carbide enthält.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Nitrierung Verfahren zur Nitrierung härtbaren Stahls
Anmelder:
Aktiebolaget Bofors, Bofors (Schweden)
Vertreter:
Dr. W. Koch und Dr. R. Glawe, Patentanwälte,
München 22, Liebherrstr. 20
München 22, Liebherrstr. 20
Als Erfinder benannt:
Lennart C-A: son Kindbom,
Tore Mäns Ivan Nor<§n, Karlskoga (Schweden)
Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 22. Juli 1958 (6898)
durch Abschreckung härtbaren Stahls ist dadurch gekennzeichnet, daß der von Fremdschichten freie
Gegenstand zuerst bei einer solchen Temperatur und während so langer Zeit erhitzt wird, daß er austenitisiert
wird und dann bei einer geeigneten Stufentemperatur nitriert wird.
Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nitrierte
Gegenstand braucht nicht gehärtet oder entkohlt zu werden.
Mit Rücksicht auf die Umwandlungsgeschwindigkeit des Austenits in verschiedenen Nitrierstählen ist es
von großer Bedeutung, wie das Kühlen von der Austenitisierungs- zur Stufentemperatur vorgenommen wird.
Ein Stahl mit der Richtanalyse
C 0,35, Si 0,3, Mn 0,5, Cr 3,1, Ni 0,3, Mo 0,5
wird, wie aus dessen isothermem Umwandlungsdiagramm (F i g. 1) hervorgeht, relativ langsam umgewandelt.
In der F i g. 1 bezeichnet die Abszisse die Zeit in Sekunden, in logarithmischem Maßstab gezeichnet,
während die Temperatur in 0C längs der Ordinate linear abgesetzt ist. Die Kurven 1, 2 und 3
sind Kurven für 1, 50 bzw. 99% Umwandlung in Ferrit, während die Kurven 4, 5 und 6 Kurven für
1, 50 bzw. 99% Umwandlung in Bainit sind. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, kann der Stahl im Temperaturintervall
von 450 bis 600° C während langer Zeit austenitische Struktur beibehalten.
Wenn ein Gegenstand aus dem genannten Stahl nach der Erfindung nitriert werden soll, wird er zunächst
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3 4
bei geeigneter Temperatur (etwa 900° C) austenitisiert Perlitbildung beginnt bedeutend später als die Ferrit-
und danach beispielsweise mit nicht oxydierendem Gas bildung.
mit so hoher Geschwindigkeit aui die Stufentemperatur Wenn die Erfindung auf stählerne Gegenstände der
abgekühlt, daß es zu keiner Umwandlung des Austenits zuletzt angegebenen Analyse angewandt wird, soll die
in Ferrit kommt. Die Stufentemperatur wird innerhalb 5 Abkühlgeschwindigkeit von der Austenitisierungs- zur
des vorher angegebenen Temperaturintervalls : von Stufentemperatur so hoch sein, daß in der Oberflächen-
450 bis 600° C gewählt, bei der das Nitrieren vor sich zone keine Ferritbildung vorkommt. Auf diese Weise
geht, während der stählerne Gegenstand weiterhin erhält man dann eine für das Nitrieren geeignete Aus-
austenitische Struktur hat. Der zum Nitrieren geeignete gangsstruktur. Die Stufentemperatur wird zweck-
Temperaturbereichist in F i g. 1 mit einem gestrichel- io mäßigerweise innerhalb des relativ engen Temperatur-
ten Feld gekennzeichnet worden. Da der Austenit nach Intervalls gewählt, der in F i g. 2 bezeichnet ist. Bei
beendeter Nitrierung auch weiterhin nicht verwandelt Stahl dieser Zusammensetzung geht die eventuelle
ist, wenn die Nitrierung nicht allzulange ausgedehnt Austenitumwandlung während der ganzen Nitrie-
wird, kann der Gegenstand direkt durch Kühlung von rungsperiode vor sich, und wenn sie nicht abgeschlos-
der Stufentemperatur gehärtet werden. 15 sen ist, wenn die Nitrierung aufhört, bestehen Möglich-
Dabei gibt es zwei Möglichkeiten, nämlich Bainit- keiten zu partialer Bainit- oder Martensithärtung durch
härtung oder Marterisithärtung. Bainithärtung wird Kühlung, z. B. Gaskühlung auf Temperaturen über
durch Kühlen auf eine Temperatur dicht über der bzw. unter der Martensitbildungstemperatur, die in
Martensitbildungstemperatur, die in F i g. 1 mit Ms F i g. 2 mit M8 bezeichnet ist.
bezeichnet worden ist, erzielt. Die Martensithärtung 20 Der Bainit- oder Martensithärtung folgt zweckwird durch Kühlen auf eine Temperatur unter Ms vor- mäßigerweise eine Anlaßbehandlung,
genommen. Infolgedessen, da sich der angeführte Stahl Wenn die Erfindung auf stählerne Gegenstände mit relativ langsam verwandelt, braucht die Kühlung von der zuletzt an Beispielen erläuterten Analyse angewender Stufentemperatur zur Bainit- bzw. Martensithär- det wird, ist es daher wichtig, daß das .Kühlen von der tungstemperatur nicht'besonders schnell sein, damit 25 Austenitisierungs- auf die Stufentemperatur mit so die gewünschte Wirkung erreicht wird. hoher.Geschwindigkeit vorgenommen wird, daß man
bezeichnet worden ist, erzielt. Die Martensithärtung 20 Der Bainit- oder Martensithärtung folgt zweckwird durch Kühlen auf eine Temperatur unter Ms vor- mäßigerweise eine Anlaßbehandlung,
genommen. Infolgedessen, da sich der angeführte Stahl Wenn die Erfindung auf stählerne Gegenstände mit relativ langsam verwandelt, braucht die Kühlung von der zuletzt an Beispielen erläuterten Analyse angewender Stufentemperatur zur Bainit- bzw. Martensithär- det wird, ist es daher wichtig, daß das .Kühlen von der tungstemperatur nicht'besonders schnell sein, damit 25 Austenitisierungs- auf die Stufentemperatur mit so die gewünschte Wirkung erreicht wird. hoher.Geschwindigkeit vorgenommen wird, daß man
Das Kühlen kann zweckmäßigerweise mit nicht in der Oberflächenschicht des Gegenstandes eine für
oxydierendem Gas, z. B. Argon, ausgeführt werden. das Nitrieren geeignete karbidfreie oder karbidarme
Nach einer Bainit- oder Martensithärtung ist es oft Struktur erhält. Das Kühlen wird zweckmäßigerweise
zweckmäßig, ein Anlaufen mit einer Temperatur vor- 30 als Gaskühlung mit nicht oxydierendem Gas vorzunehmen,
die.gewöhnlich mit der Nitriertemperatur genommen.
übereinstimmt. Es ist'natürlich nicht notwendig, eine Die Erfindung soll durch .Angabe von zwei BeiHärtung
durch Kühlung von der Stufentemperatur spielen näher erläutert werden, wobei sich das erste auf
auszuführen, sondern der Gegenstand kann an Stelle eine aus Stahl gefertigte Welle mit der zuerst angege,-dessen
so langsam abkühlen, daß kein Härtungseffekt 35 benen Analyse und Beispiel 2 auf eine aus Stahl hererhalten
wird. Die an durch obige Beispiele erläuterten = . gestellte Welle mit der zuletzt genannten Analyse
Stählen angewandte Erfindung wird also dadurch ge- bezieht. Wie aus den Beispielen hervorgeht, wird eine
kennzeichnet, daß die Abkühlgeschwindigkeit beim Behandlung nach der Erfindung vorteilhafterweise im
Kühlen von der1. Austenitisierungstemperatur zur Glimmofen ausgeführt. : .
Stufentemperatur so;abgepaßt ist, daß der Gegenstand 40 . . : :bei der Stufentemperatur weiterhin ganz oder nahezu Beispie 11
ganz austenitische Struktur hat, die in der Hauptsache
während des Nitrierens beibehalten wird. . ; Eine aus Stahl gefertigte Welle mit folgender
Stufentemperatur so;abgepaßt ist, daß der Gegenstand 40 . . : :bei der Stufentemperatur weiterhin ganz oder nahezu Beispie 11
ganz austenitische Struktur hat, die in der Hauptsache
während des Nitrierens beibehalten wird. . ; Eine aus Stahl gefertigte Welle mit folgender
Bei einem leichter umgewandelten Nitrierstahl, z. B, Analyse:
dem gewöhnlichen Al-Cr-legierten Nitrierstahl mit der 45
dem gewöhnlichen Al-Cr-legierten Nitrierstahl mit der 45
jRichtanalyse . C 0,35, Si 0,3, Mn 0,5, Cr 3,1, Ni 0,θ, Mo 0,5
C 0,35, Si 0,3, Mn 0,7, Cr 1,1, Mo 0,25, Al 1,1, . . . _r , u . Mnon .
. wurde in einem Glimmofen bei 920 C in gereinigtem
dessen TTT-Diagramm aus F i g. 2 hervorgeht, ist es Argon austenitisiert. Die Verweilzeit bei dieser Tempeschwer;
ausreichende Abkühlgeschwindigkeit von der 50 ratur betrug 15 Minuten. Die Welle wurde dann wäh-Austenitisierungszur
Stufentemperatur zwecks Ver- rend 3 Minuten in strömendem Argon auf die Stufenmeidung
von Austenitumwandlung zu erreichen. Im temperatur von 550°C gekühlt, wonach sie während
TTT-Diagramm bezeichnet die Kurve Nr. 7 die Aus- 8 Stunden bei 52O0C in Ammoniak glimmnitriert
scheidung von 1 % Ferrit, während die Kurven 8, 9 wurde. Danach wurde sie in gereinigtem Argon auf die
und 10 Umwandlungskurven für 1, 50 bzw. 99°/0 55 Bainitbildungstemperatur von 350°C, auf der sie eine
Perlit sind. Die Kurven 11,12. und 13 sind Kurven für ■ halbe Stunde gehalten wurde, gekühlt, wonach das
1, 50 bzw. 99% umgewandeltes Bainit. Auch solche Anlassen auch weiterhin während 3 Stunden bei 550°C
Stähle können jedoch mit gutem Ergebnis nach der in gereinigter Argongasatmosphäre ausgeführt wurde.
Erfindung nitriert werden. Danach ließ man die Welle in Argongasatmosphäre
' Die Umwandlung des.Austenits fängt nämlich hier 60 auf Zimmertemperatur abkühlen. Die Welle bekam
mit Ferritausscheidung ,(Kurve Nr. 7 in F i g. 2) an. eine Oberflächenhärte von 840 V-Einheiten, und die
Da die Oberfläche des stählernen Gegenstandes gewöhn- Dicke der Nitrierschicht bis zur Härte von 400 H0 ging
lieh schneller abkühlt als der Kern, beginnt die Ferrit- bis 0,30 mm hinauf. Ein Nitrieren während gleicher
ausscheidung in der Oberfläche während gleichzeitiger Zeit und bei gleicher Temperatur einer solchen vor dem
Indiffusion von Kohle auf die zentralen Teile. Das 6s Nitrieren vergüteten Welle ergab eine Nitrierschicht
bedeutet, daß die Oberflächenzone kohlefrei wird oder mit einer Oberflächenhärte von 740 H„ und einer Tiefe
jedenfalls bedeutend) niedrigeren Kohlengehalt be- von 0,20 mm. Durch stufenweise Nitrierung erhielt
.kommt als die Diirchschnittsanalyse des Stahls. Die man außerdem eine weit günstigere Struktur ohne
Karbonitride als wie nach dem normalen Gh'mmnitrieren der Fall war.
Eine Welle aus Stahl mit der Analyse
C 0,3, Si 0,3, Mn 0,7, Cr 1,1, Mo 0,25, Al 1,1
wurde 15 Minuten im Glimmofen bei 9500C in gereinigtem
Argon austenitisiert und dann in gereinigtem Argon auf die Stufentemperatur von 52O0C abgekühlt.
Die Abkühlungszeit für die an der Achse der Welle belegene Zone betrug 3V2 Minuten. Das stufenweise
Nitrieren wurde dann während 8 Stunden bei 520° C in Ammoniak ausgeführt, wonach die Welle auf 3600C
gekühlt und eine halbe Stunde bei dieser Temperatur gehalten wurde, bevor sie 3 Stunden bei 55O0C angelassen
wurde. Die Nitrierschicht hatte die Oberflächenhärte 1200 Uv, und die Dicke betrug 0,25 mm.
Die Nitrierschicht enthielt keine Karbonitride.
30
Claims (8)
1. Verfahren zur Nitrierung durch Abschreckung härtbaren Stahls, dadurch gekennzeichnet,
daß der von Fremdschichten freie Gegenstand zuerst bei einer solchen Temperatur und
während so langer Zeit erhitzt wird, daß er austenitisiert wird und dann bei einer geeigneten Stufentemperatur
nitriert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 in Anwendung auf
Stähle mit relativ langer Austenitumwandlungszeit (F i g. 1), beispielsweise Stahl mit der Richtanalyse
C 0,35, Si 0,3, Mn 0,5, Cr 3,1, Ni 0,3, Mo 0,5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit beim Kühlen von Austenitisie-
rungs- auf Stufentemperatur so abgepaßt wird, daß der Gegenstand bei Stufentemperatur auch weiterhin
ganz oder nahezu ganz austenitische Struktur behält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 in Anwendung auf Stähle mit relativ kurzer Austenitumwandlungszeit,
beispielsweise Stahl mit folgender Richtanalyse
C 0,35, Si 0,3, Mn 0,7, Cr 1,1, Mo 0,25, Al 1,1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Abkühlen von der Austenitisierungs- auf die Stufentemperatur mit
so hoher Geschwindigkeit vorgenommen wird, daß in der Oberflächenschicht des Gegenstandes eine
für das Nitrieren geeignete karbidfreie oder karbidarme Struktur erhalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Stufentemperatur in
nicht oxydierendem Gas beschleunigt abgekühlt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Nitrierung
eine Bainithärtung durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Nitrierung
eine Martensithärtung durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl nach der Bainit- oder
Martensithärtung angelassen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung im Glimmofen
ausgeführt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 638 536;
schweizerische Patentschrift Nr. 262 349;
britische Patentschrift Nr. 748 398;
USA.-Patentschrift Nr. 2 472 320.
Deutsche Patentschrift Nr. 638 536;
schweizerische Patentschrift Nr. 262 349;
britische Patentschrift Nr. 748 398;
USA.-Patentschrift Nr. 2 472 320.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
609 747/276 12.6fi & Bundesdruckerei Berlin
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE851346X | 1958-07-22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1230645B true DE1230645B (de) | 1966-12-15 |
Family
ID=20362654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DEA32170A Pending DE1230645B (de) | 1958-07-22 | 1959-06-03 | Verfahren zur Nitrierung haertbaren Stahls |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1230645B (de) |
| GB (1) | GB851346A (de) |
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