Verfahren zum Härten von Stahl durch Nitrierung und Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Härten von legierten und unlegierten Stählen und von Gußstahl durch Nitrierung durch
Zuführung von Stickstoff oder stickstoffabgebenden Mitteln zum Härtungsgut im Härtungsofen.
Ebenso umfaßt die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Durch die sogenannte Nitrierhärtung wird - wie an sich bekannt -eine Härtesteigerung
der Oberfläche von Stahl durch Erwärmen im Beisein von Stickstoff abgebenden Mitteln
wie Ammoniak bei der Gasnitrierung und von Stickstoff abgebenden Salzbädern beim
Badnitrieren bei entsprechender Temperatur erreicht. In der bisher bekannten
Art der Durchführung der Gasnitrierhärtung ergeben sich dem Verhalten des
Stickstoffes entsprechend verhältnismäßig lange Nitrierzeiten, was auf verschiedene
Umstände zurückzuführen ist; insbes. darauf, daß es sehr schwer gelingt,
den Stickstoff wie gewünscht auf dem Härtungsgut möglichst atomar intensiv
zur Einwirkung kommen zu lassen und zwar über einen gewissen Zeitraum hin, was bisher
nicht gelungen ist, weil die Atomarform des Stickstoffes recht unbeständig ist und
sofort das Bestreben hat, wieder in die molekulare Form überzugehen. Daran ändert
auch nichts daß bei einer einzuhaltenden Nitriertemperatur von etwa 450o bis 600o
das zur Nitrierung zugeführte Ammoniak sich zunächst in atomaren Sauerstoff und
atomaren
Wasserstoff aufspaltet. Die Folge der genannten Mißlichkeit ist, daß die bekannte
träge Eigenschaft des molekularen Stickstoffes dazu führt, daß der Nitrierungsprozess
von verhältnismäßig recht langer Zeitdauer sein muß, um ein befriedigendes Ergebnis
zu erlangen, was sehr unwirtschaftlich ist. Hinzu kommt noch, daß bei zu langer
Nitrierzeit zusätzlich Mißlichkeiten auftreten können, die die gewünschte Nitrierhärtung
in ihrer Güte durch Sekundärerscheinungen erheblich beeinträchtigen können. Es entspricht
den Erfahrungen und bisherigen Ergebnissen der Praxis, daß eine Nitrierzeit von
bald 100 Stunden benötigt wird, um eine Nitriertiefe von nur etwa 0,5 bis 0,6 mm
zustande zu bringen mit entsprechender Aufstickung. Der Erfindung liegt demgegenüber
die Aufgabe zug:nde, das bekannte Gasnitrierhärten dadurch zu verbessern, daß es
gelingt, die
Nitrierzeiten wesentlich zu verringern, die Nitriertiefe außerdem
wenn gewünscht bei verringerter Nitrierzeit noch zu steigern, wobei es darauf ankommt,
Mißlichkeiten der obengenannten Artg die bisher im bei langen Nitrierzeiten erfolgenden
Auftreten einer spröden weißen, wenn auch recht dünnen Schicht, die wieder abgeschliffen
werden muß, zu vermeiden. Die Erfindung beruht darauf, daß gefunden wurde,
daß sich der
Nitriervorgang qualitätsverbessernd und zeitverkürzend intensivieren
läßt, wenn man dafür sorgt, daß der die Nitrierung be-wirkende Stickstoff
bzw. die diesen Stickstoff abgebenden Mittel einer Aktivierungsbehandlung
unterworfen werden, bevor sie zum
Härtungsgut gelangen, also auf deren Zuführungsweg
oder auch
erst im Zeitpunkt ihrer Einwirkung im Härteofen. Es handelt
sich hierbei um Mittel, die dafür sorgen, daß der wirksam werdende Stickstoff seine
optimale Aktivform atomarer Art im Zustand des Entstehens erhält bzw. beibehält,
so daß ein Erfolg in der genannten Weise besonders gut und wirtschaftlich zustande
kommt. Dies geschieht dadurch, daß Aktivatoren und/oder Katalysatoren in geeignetem
Verhältnis und unter geeigneten Bedingungen dem Nitriergas zugesetzt werden. Dies
erfolgt zur Erzielung einer möglichst praxisreifen Durchführung des neuen
Verfahrens
zweckmäßig an einer Stelle, an der das Nitriergas zweckmäßig
in Form von Ammoniakgas zugeführt wird, bevor dieses Gas aufgespalten in den Härteofen
gelangt.Method for hardening steel by nitriding and device for carrying out this method The invention relates to a method for hardening alloyed and unalloyed steels and cast steel by nitriding by supplying nitrogen or nitrogen-releasing agents to the material to be hardened in the hardening furnace. The invention also comprises an apparatus for carrying out this method. As is known, the so-called nitriding increases the hardness of the surface of steel by heating in the presence of nitrogen-releasing agents such as ammonia in gas nitriding and nitrogen-releasing salt baths in bath nitriding at the appropriate temperature. In the previously known way of carrying out gas nitriding, the behavior of the nitrogen results in relatively long nitriding times, which can be attributed to various circumstances; In particular, on the fact that it is very difficult to let the nitrogen act as intensively as possible atomically on the hardening material as desired, and indeed over a certain period of time, which has not yet succeeded because the atomic form of the nitrogen is quite unstable and immediately that Has endeavored to go back to the molecular form. The fact that at a nitriding temperature of about 450o to 600o to be maintained does not change anything about the fact that the ammonia supplied for nitration initially splits into atomic oxygen and atomic hydrogen. The consequence of the mentioned inconvenience is that the well-known inert property of molecular nitrogen means that the nitration process has to be of a relatively long time in order to achieve a satisfactory result, which is very uneconomical. In addition, if the nitriding time is too long, additional inconveniences can occur which can considerably impair the quality of the desired nitriding hardening due to secondary phenomena. It corresponds to the experience and previous results in practice that a nitriding time of almost 100 hours is required in order to bring about a nitriding depth of only about 0.5 to 0.6 mm with corresponding nitrogenization. Of the invention It is an object train: walls, to improve the known Gasnitrierhärten characterized in that it is possible to reduce the nitriding considerably, also desired at reduced nitriding time to increase the nitriding if not, wherein it is important inconveniences of the above ARTG previously in the occurrence of a brittle white, albeit very thin, layer which has to be sanded off again, which occurs with long nitriding times. The invention is based on that, it was found that the nitriding process can intensify quality improving and time-shortening, if care is taken that the nitration sawn nitrogen or acting to these nitrogen-donating agent to an activation treatment are subjected to before they go to the Härtungsgut, i.e. on their feed route or only at the time of their action in the hardening furnace. These are means which ensure that the nitrogen which becomes effective receives or maintains its optimal active form of atomic type in the state of formation, so that success in the above-mentioned manner is particularly good and economical. This is done by adding activators and / or catalysts to the nitriding gas in a suitable ratio and under suitable conditions. In order to achieve the most practical possible implementation of the new process, this is expediently done at a point where the nitriding gas is expedient is supplied in the form of ammonia gas before this gas is broken down into the hardening furnace.
Anstelle von Ammoniakgas kann zur Aufstiekung natürlich auch
ein anderes geeignetes Gas, wie z.B. Edelgase (Helium, Krypton,
Xenon u.dgl.),zur Anwendung kommen, vor allem, e'e dies wirt-
er tscf@ t !N @cc@ u@
schaftlich geschieh . kann Stickstoffgase auch in Verbin-
dung mit Wasserstoffgas zur Anwendung bringen. Die der Erfindung entsprechende Aufstiekung
kann auch zugleich mit carbonitrierender Wirkung zur Anwendung gebracht
werden.
Es wird dabei das Behandlungsgut (Stahl)ebenfalls einem aufstickenden
Gasstrom unterworfen, dem aber noch carbonitrierende Mittel, z.B. Sulfate, Chloride,
Carbonate oder alkalisch wirkende Mittel, beigegeben werden. Dies hat gegenüber
dem bekannten Carbonitrieren den großen Vorteil, daß die Kohlenstoffzuführung
wunschgemäß dosierend klein gehalten werden kann, im Gegensatz zu der z.B. mittels
Propangas bewirkten Carbonitrierung.
Die Untersuchungen haben gezeigt,
daß bei Anwendung des neuen Verfahrens zur Erreichung gleicher Nitriertiefen gegenüber
bisher eine Zeitersparnis, also Nitrierzeitverkürzung, von über 50 g& und mehr
erlangbar ist, ermittelt an Untersuchungen bei einer üblichen Nitriertiefe von 0,5
bis 0,6 mm. Ein weiterer Fortschritt, den die Erfindung dadurch bringt, daß
mit der
Erfindung entsprechend vorbehandeltes Ammoniak bzw. mit aktiviertem
Stickstoff gearbeitet wird, besteht darin, daß die Nitrierung nunmehr auch bei Stählen
wie z.B. Ck 45, die keine ausgesprochenen Nitrieretähie sind, praktiziert werden
kann und zwar mit den gleichen Vorzügen wie bei Nitrierstählen. Das Nitrierverfahren
kann deshalb jetzt auch ebenso gut für urlegierte und legierte Baustähle, für Werkzeugstähle
sowie für Stahl- und Grauguß und ebenso für Schnellstähle gleich wie bei den bekannten
legierten Nitrierstählen Anwendung finden. Es hat sich gezeigt, daß zum erfindungsgemäßen
Zweck als Aktivatoren und Katalysatoren, die geeignet sind, die Intensivwirkung
des Stickstoffes zu schaffen und zu sichern, sich z.B. bevorzugt Oxyde bewähren,
insbes, die Metalloxyde, sowohl die der Eisenreihe wie des Chrom, Nickel, Mangan,
Molybdän und Kobalt, als auch die der eisenfreien Gruppe des Titan., Zithium, Magnesium,
Aluminium. Ebenso sind hierfür zu nennen Metallsulfate und Sulfide, Nitrate und
Chloride im Gemisch oder in Kombinationen.- Hierbei sind insbes. noch zu
erwähnen die Gruppe der Erdalkalien. Es sei in diesem Zusammenhang nochmals
erwähnt, daß die erfindungsgemäße Aktivierung auch bei Verwendung von
anderen
Stickstoff abgebenden Mitteln brauchbar ist, also bei Verwendung von Amiden und
Aminen organischer Art anstelle bzw. in Verbindung mit aufstickenden Mitteln. Als
Katalysatoren sind auch zu nennen Chloride, z.B. Kupferchlorid, eventuell gemischt
mit Komplexsalzverbindungen in der Form von Kobaltchlorid unter Zusatz von Blutlaugensalz
mit dem entsprechenden zugehörenden Zyankalium-Anteil. Es ist vorteilhaft, wenn
als Aktivatoren die Oxyde von solchen Metallen verwendet werden, die im Stahl als
legierungsmetalle vorhanden sind. Ein solches Oxyd kann allein oder in Kombination
mit anderen Oxyden Verwendung finden und jedenfalls sind Ver-
bindungen der
eisenfreien Oxyde dabei zu bevorzugen. Als geeignete Metalloxyde sind hierbei zu
nennen die Oxyde von A1, Mn (Mangan), Si (Silizium), Cu, Ni, Va, Cr (Chrom). Als
oxydbildende Ve#bindungen sind noch zu nennen solche von Alkalien und Erdalkalien
usw. Dies haben die Untersuchungen ergeben. Es hängt offenbar damit zusammen, daß
dadurch eine gewisse Verstärkung des schon im Stahl vorhandenen Legierungsbestandteiles
wirkungsvoll wunschgemäß eintritt bzw. erreicht werden kann. Die fraglichen
Oxyde werden bei einer Temperatur von z.B. 3500
und darüber
im Sinne der Erfindung besonders günstig wirksam. Dabei werden
zweokdienlich noch katalytisch wirksame Verbindun-
gen der Palladium-Platin-Gruppen
zweckmäßig zur Unterstützung zugegeben. Diese Gruppen haben ihre Bedeutung
für die Ibbindung
des bei der Aufspaltung des Stickgases
frei werdenden Wasser-
stoffes, der nicht entsprechend mehr in den Stahl einwandern
wobei
kann 1vAud auch sonstige Nachteile vermieden
werden, die sich
für den Stahl schädlich auswirken können. Instead of ammonia gas, you can of course top up another suitable gas, such as noble gases (helium, krypton,
Xenon, etc.), are used, especially if this is
er tscf @ t! N @ cc @ u @
happens economically. can nitrogen gases also in connection
application with hydrogen gas. The increase corresponding to the invention can also be used at the same time with a carbonitriding effect . The material to be treated (steel) is also subjected to a nitrogen gas stream, to which, however, carbonitriding agents such as sulfates, chlorides, carbonates or alkaline agents are added. Compared to the known carbonitriding, this has the great advantage that the carbon supply can be kept small in doses as desired, in contrast to the carbonitriding effected, for example, by means of propane gas. The investigations have shown that when using the new method to achieve the same nitriding depths compared to the previous one, a time saving, i.e. reduction of the nitriding time, of over 50 g and more can be achieved, determined from investigations at a normal nitriding depth of 0.5 to 0.6 mm. Another advance, to which the invention thus brings that it is carried with the invention, corresponding to pre-treated with ammonia or nitrogen is activated, is that the nitration is now also in steels such as Ck 45 that no pronounced Nitrieretähie, may be practiced and with the same advantages as with nitriding steels. The nitriding process can therefore now also be used just as well for unalloyed and alloyed structural steels, for tool steels as well as for steel and gray cast iron and also for high-speed steels in the same way as with the known alloyed nitriding steels. It has been shown that, for the purpose according to the invention, as activators and catalysts which are suitable for creating and securing the intensive effect of nitrogen, for example oxides, in particular the metal oxides, both those of the iron series and of chromium, nickel and manganese, prove themselves , Molybdenum and cobalt, as well as those of the iron-free group of titanium., Zithium, magnesium, aluminum. Metal sulfates and sulfides, nitrates and chlorides in a mixture or in combinations should also be mentioned for this purpose. The group of alkaline earths should also be mentioned here. It should be mentioned again in this context that the activation according to the invention can also be used when other nitrogen-releasing agents are used, that is to say when using amides and amines of an organic type instead of or in conjunction with nitrogen-releasing agents. Catalysts that may also be mentioned are chlorides, for example copper chloride, possibly mixed with complex salt compounds in the form of cobalt chloride with the addition of blood liquor salt with the corresponding proportion of potassium cyanide. It is advantageous if the oxides of metals are used as activators which are present in steel as alloy metals. Such oxide can be found alone or in combination with other oxides use and in any case comparison are connections to favor the ferrous oxides there. Suitable metal oxides here are the oxides of A1, Mn (manganese), Si (silicon), Cu, Ni, Va, Cr (chromium). As oxide-forming compounds, those of alkalis and alkaline earths, etc., are to be mentioned. This has been shown by the investigations. It is evidently related to the fact that a certain reinforcement of the alloy component already present in the steel occurs or can be achieved effectively as desired. The oxides in question are particularly effective at a temperature of, for example, 3500 and above for the purposes of the invention. In this case , catalytically active compounds of the palladium-platinum groups are expediently added to assist. These groups have their importance for the Ibbindung released during the decomposition of gas water stick substance that no longer immigrates into the steel accordingly
whereby
1 vAu d can also avoid other disadvantages that arise
can be harmful to the steel.
Auch MetallsuYate und Sulfide sind als Zusatzstoffe geeignet, um im
Sinne der Erfindung eine Verbesserung zu erreichen. Man kann die Sulfate und Sulfide
auch kombiniert zur Anwendung
bringen, z.B. Aluminiumsulfat und Kupfersulfat. Es hat sich
u wl
gezeigt, daß Schwefel den Aufbau der Verbindungsachichtr die
Nitrierschicht mit dem diese tragenden Werkstoff verbessert, wodurch sich für die
Oberfläche des nitriergehärteten Werkstückes auch verbesserte Gleiteigenschaftegi
an dessen Oberfläche ergeben. Dies gilt besonders au-h für die sogenannten
Nichtnitrieratähle, die unlegiert sind, wie z.B. Baustähle oder Stähle, die ihrer
sonstigen Beschaffenheit entsprechend sonst nicht zum Nitrierhärten geeignet sind,
jetzt aber entsprechend der Erfindung ebenfalls vorteilhaft nitriergehärtet werden
können. Die letztgenannten Stähle werden bisher nur mit einer dünnen harten Oberfläche
von etwa 0,15 mm versehen, wozu eine Nitrierzeit lediglich von etwa 16 bis 20 Stunden
benötigt wird. Entsprechend der Erfindung dagegen können diese genannten Stähle
jetzt ohne Schwierigkeit mit einer Härtungsachieht von bis 0,3 mm
bei einer Nitrierzeit von nur 3 bis 6 Stunden ver-
sehen
werden; dies gilt z.B. in erster Linie für den Stahl 0k 45. Die Nitrate werden
im falle ihrer Verwendung thermisch zersetzt
und bilden dann unter
anderen auch Stickoxyde, die sehr
beschleunigend
wirken. Der dabei frei werdende Sauerstoff unterstützt den aktivierten Stickstoff
und läßt tiefere Nitrierschichten schneller erreichen. Als Ausführungsbeispiel einer
der Erfindung entsprechenden Zusatzmischung ist folgende zu nennen: 100 g Nitrat,
z.B. Nickelnitrat 100 g Wasser 200 g Oxyd, z.B. Titanozyd 100 g Sulfat, z.B. Kupfersulfat
5 g Chlorid, z.B. Palladium-Chlorid Diese Stoffe werden gemischt, wobei das genannte
Wasser bei angewärmter Temperatur als Lösungsmittel dient. Diese Mischung
bedarf dann keiner weiteren Behandlung. Sie ist ausreichend für etwa 5 Tonnen Nitriergut
und reicht aus für 40 bis 45 Stunden Nitrierzeit bei Erreichung einer Nitriertiefe
von 0,6 mm. Als weiteres Beispiel ist zu nennen: 100 g Nitrat, z.B. Nickelnitrat
oder Kupfernitrat 100 g Wasser 200 g Kieselgut oder Bimstein oder
anderes größeres hygroskopisches Mittel 100 g Amin, z.B. Meth lamin 100 g
Oxyd, z.B. Vanaliumozyd 50 g komplexbildendes Salz, z.B. Blutlaugensalz Beim Erhitzen
dieser Mischung ebenfalls in einem yorofen, wie
unten noch näher beschrieben
wird, setzt sofort eine starke Gasentwicklung ein; die Metall- und Komplex-Ionen
gehen dabei
Reaktionen mit dem zugeführten Stickgas ein. Das so
erhaltene
Gas wird dann dem Nitrierofen zugeleitet, wie ebenfalls
unten noch beschrieben ist. Das gleiche gilt auch für das erste Ausführungsbeispiel:
Bezüglich
der Vorrichtung bzw. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens entsprechend der Erfindung,
also der Applizierung der in Betracht kommenden Aktivatoren und Katalysatoren eignet
sich ein zusätzlicher Rohrofen, der zweckmäßig eine elektrische Mantelheizung hat
und aus Keramik oder aus einem hitzebeständigen Stahlrohr besteht. Dieser Ofen wird
mit einer die den Nitriervorgang aktivierenden Stoffe enthaltenden Masse analog
der Beispiele gefüllt. Über diese in den genannten Rohrofen eingebrachte Masse wird
nach deren Erwärmung das die Nitrierung bewirkende, in seiner Intensivierung zu
vergütende Ammoniak-bzw. Stickgas zugeleitet und dann dem Härteofen vergütet,
d.h. erfindungsgemäß behandelt zugegeben. Hierbei ist beachtlich, daß eine Verbindungsleitung
zwischen Rohrofen und Härteofen besteht derart, daß der Ammonakgaedurchfluß keine
Behinderung durch Stauwirkung erfährt. Anstelle eines solchen Vorofens kann mindestens
ein zweiter Vorofen verwendet werden. Dabei können diese Öfen parallel geschaltet
gleichzeitig oder wechselweise in Betrieb geno*men werden. Bezüglich der Arbeitsweise
ist zu erwähnen, daß der genannte Rohrofen als Vorkammer zunächst auf eine verhältnismäßig
niedere Temperatur, z.B. 1800C, gebracht und gehalten werden kann. Diese Temperatur
wird etwa über 24 Stunden gehalten. Alsdann wird die Temperatur der Vorkammer
erhöht auf ihre Betriebetem@plratur, die
etwa 35000 oder mehr betragen
kann, eventuell bis 5900C oder mehr. Es ist jetzt nur noch eine verhältnismäßig
kleinere Menge an Ammoniakgas erforderlich, weil im Härteofen ein
Innendruck
entsteht, der nicht mehr so viel Ammoniak nachströmen
läßt.MetalsuYates and sulfides are also suitable as additives in order to achieve an improvement in the context of the invention. The sulfates and sulfides can also be used in combination bring, e.g. aluminum sulfate and copper sulfate. It has
u wl
shown that sulfur is responsible for the structure of the compound message
Nitriding layer with the improved supporting this material, which also give improved Gleiteigenschaftegi for the surface of the nitrided workpiece on its surface. This also applies in particular to the so-called non-nitriding steels that are unalloyed, such as structural steels or steels which, due to their other nature, are otherwise not suitable for nitriding, but can now also be advantageously nitrided according to the invention. The last-mentioned steels have so far only been provided with a thin hard surface of about 0.15 mm, for which a nitriding time of only about 16 to 20 hours is required. According to the invention, on the other hand, these steels mentioned can now be provided without difficulty with a hardening length of up to 0.3 mm with a nitriding time of only 3 to 6 hours ; this applies primarily to steel grade 45, for example. The nitrates are thermally decomposed when they are used and then also form nitrogen oxides, among other things, which have a very accelerating effect. The released oxygen supports the activated nitrogen and allows deeper nitration layers to be reached more quickly. As an exemplary embodiment of the invention corresponding admixture is to be mentioned the following: 100 g nitrate, for example, nickel nitrate 100 g Water 200 grams of oxide, for example Titanozyd 100 g sulfate, such as copper sulfate 5 g chloride, for example, palladium chloride These materials are mixed, wherein said water serves as a solvent at warmed temperature. This mixture then does not require any further treatment. It is sufficient for about 5 tons of nitriding material and is sufficient for 40 to 45 hours of nitriding when a nitriding depth of 0.6 mm is reached. Another example is: 100 g nitrate, e.g. nickel nitrate or copper nitrate 100 g water 200 g silica or pumice or other larger hygroscopic agent 100 g amine, e.g. methamine 100 g oxide, e.g. vanalium ozone 50 g complexing salt, e.g. blood liquor salt When heated This mixture, likewise in a yor oven, as will be described in more detail below, immediately sets in a vigorous evolution of gas; and the metal complex ions go thereby reactions with the supplied nitrogen gas. The gas thus obtained is then fed to the nitriding furnace , as is also described below. The same also applies to the first embodiment: With regard to the device or device for carrying out the method according to the invention, that is to say the application of the activators and catalysts under consideration, an additional tubular furnace, which expediently has an electrical jacket heating and is made of ceramic or made of, is suitable consists of a heat-resistant steel pipe. This furnace is filled with a compound containing the substances that activate the nitriding process, analogously to the examples. About this mass introduced into the tube furnace mentioned, after it has been heated, the ammonia or ammonia which is to be intensified and which brings about the nitration is transferred. Nitrogen gas fed and then remunerated, ie treated according to the invention, added to the hardening furnace. It is noteworthy that there is a connecting line between the tube furnace and the hardening furnace in such a way that the ammonia gas flow is not hindered by the damming effect. Instead of such a pre-furnace, at least a second pre-furnace can be used. These ovens can be connected in parallel, at the same time or alternately. With regard to the mode of operation, it should be mentioned that the tube furnace mentioned, as an antechamber, can initially be brought to a relatively low temperature, for example 180 ° C., and maintained. This temperature is maintained for about 24 hours. Then the temperature of the antechamber is increased to its operating temperature, which can be about 35,000 or more, possibly up to 5900 ° C. or more. Only a relatively small amount of ammonia gas is now required because an internal pressure is created in the hardening furnace which no longer allows as much ammonia to flow in.
Die Versuche haben gezeigt, daß bei einem bekannten Nitrierofen
z.B. für 5 Tonnen Nitriergut, wofür bisher eine Nitrierdauer von etwa
100 Stunden frei Verbrauch von 40 bis 50 kg Ammoniakgas erforderlich war,
jetzt nach dem Verfahren entsprechend der Erfindung in einer Zeit von ca. 45 Stunden
schon die gleiche oder sogar noch eine etwas größere Härtungsschicht bei verringerter
Menge an NH3-Gas erzielt wird. Sollen z.B. Werkstücke nitriergehärtet
werden, die schon ihr genaues Bearbeitungsmaß haben und deshalb keine weiteren
Nachbearbeitungen schleifender Art mehr erfahren dürfen,
so bleibt die bisher kaum vermeidbare unerwünschte spröde weiße Eisennitritschicht,
die ganz unbrauchbar ist und abgeschliffen werden mu8, bei Anwendung des
der Erfindung entsprechenden Verfahrens dadurch unterbunden, daß man mit wesentlich
verringerter Nitrierzeit auskommt. Eine mögliche Arbeitsweise ist gegeben, wenn
eine Temperatur
im Vorofen von 350° bis 4500 etwa 8 Stunden
eingehalten ist.
Dadach kann eine Temperatur von 450o bin 500° noch um
weitere
10 Stunden beibehalten werden. Nach dieser Gesamtzeit
ist sodann
eine gewünschte Nitriertiefe von bis ea.
0,6 mm erreicht.
Außerdem sei noch erwähnt, daß entsprechend
dem neuen Verfahren
nunmehr auch Baustahl nitriergehärtet werden
kann, was eine
wesentliche Verbesserung der Wirtschaftlichkeit
bringt, die schon deshalb auch von entscheidender Bedeutung ist, weil die Aufnitrierung
in erheblich kürzerer Zeit zustande kommt. Durch die Nitriermöglichkeit von
Baustahl kommt ein weiterer Vorteil dadurch hinzu, daB man für viele Anwendungsfälle
der Praxis nunmehr anstelle teurer Nitrierstähle nitriergehärtete Baustähle verwenden
kann. Bevor der Vorofen wie vorstehend beschrieben axß zur eigentlichen Wirkung
gegeben wird, wird der Nitrierofen aufgeheizt. Erst wenn dieser Ofen mit noch unbehandeltem
Ammoniakgas entlüftet ist, wird er auf seine gewünschte Temperatur gebracht. Erst
dann wird zweckmäßig das vergütete Ammoniakga$ nunmehr über seine Zuführungeleitung
zugeführt. Nachstehend ist beispielsweise schematisch noch eine Vorrichtung zur
Durchführung des der Erfindung entsprechenden Verfahrens angegeben. Hierbei zeigt:
Fig, 1 den Gesamtaufbau einer solchen Vorrichtung zusammen mit dem Nitrierhärteofen,
Fig. 2 eine entsprechend der Erfindung als Vorofen verwen-
dete Kammer in
geöffnetem Zustand und Fig. 3 einen solchen rohrförmigen Vorofen, der nicht ohne
weiteres öffenbar vorgesehen ist, versehen mit einem zweckdienlichen Rohreinsatz.
In
Fig. 1 ist ein üblicher Nitrierhärteofen schematisch im ganzen mit 1 bezeichnet
wiedergegeben. Er enthält in sich z.B. an einer Stange 2 aufgehängt die nitrierzuhärtenden
Stahlstücke 3. Dieser zum Großteil versenkt eingelassene Ofen 1
hat einen
abnehmbaren Deckel 4, der luftdicht geschlossen werden kann. In diesem Deckel befindet
sich ein Zuleitungsanschluß 5 mit einem Abstßllhahn 6 und ein Ableitungsanachluß
7, der ebenfalls mit einem Abschlußhahn oder Ventil 8 ausgestattet ist. Durch die
mit dem Anschluß 5 verbundene Zeitung 9 wird dem Ofen 1 das Nitriergas zugeführt;
durch die Ableitung 7 kann das: Gas den Ofen 1 wieder verlassen, wenn der Hahn 8
geöffnet ist. Der Ventilator 10 im Deckel 4 dient dazu, das Behandlungsgas im Härteofen
entsprechend zu verteilen. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist an die Zeitung 9 unter
Zwischenschaltung je eines äffen- und schließbaren Hahnes 11 bzw. 12 eine Vorkammer
13 bzw. 14 angeschlossen und zwar so, daß diese Vorkammern, die als Vorofen heizbar
sind, gemeinsam parallel arbeitend oder nacheinander abwechselnd arbeitend wirksam
gemacht werden können. Zu diesem Zweck ist in der Zuleitung 15 bzw. 16 zu
diesen Vorkammeröfen ebenfalls je ein äffen- und schließbarer Hahn 17 bzw. 18 angeordnet.
Gespeist werden diese
Kammern 13, 14 dann über eine gemeinsame Zeitung 19
aus einer Ammoniakgas enthaltenden Flasche 20, deren Ventil 21 zweckgemäß geöffnet
und geschlossen werden kann. Als rohrförmiger Vorkammerofen kt 13 bzw. 14 kann irgendein
an sich bekannter heizbarer Rohrofen Verwendung finden, so daß dessen
Beschreibung
im einzelnen kaum erforderlich ist. Es sei lediglich erwähnt, daß diesem Rohrofen
zweckmäßigerweise ein Rohreinsatz 22 eingelegt wird, dem dann die Zu- und Ableitungen
luftdicht anschließbar gemacht sind. Entgegen der Zeichnung kommt es auch in Betracht,
diese Zeitungen, insbes. die Abführungsleitungen, im gleichen Querschnitt
vorzusehen, den
auch der aus Keramik, Glas od.dgl. bestehende Rohreinsatz
22 hat. Letztere Querschnittsbemessung hat den Vorteil, daß in der Gaszuleitung
zum Härteofen dann keine drosselnde Stauung
eintreten kann. Wenn der Hahn 12 und 18 geschlossen ist, ist
in
nur die Vorkammer 13 bei geöffnetem Hahn 11 und 12 zzt Betrieb.
Umgekehrt ist die Kammer 14 nur funktionstüchtig angeschlossen, wenn deren Hahn
12 und 18 geöffnet und der Hahn 11 und 17 der Kammer 13 geschlossen sind. Sind alle
vier Hähne aber geöffnet, so arbeiten die Vorkammern 13 und 14 gemeinsam parallel
zuein-ander.
Dadurch, dafl mindestens zwei Vorkammeröfen 13 bzx. 14 vorgesehen
sind, die mittels der eingebauten elektrischen Heizung auf der bzw. den
gewünschten Temperaturen gefahren werden
können, kann immer einer dieser Voröfen
in Betrieb bleiben, während der andere neu beschickt wird. Es ergibt sich so ein
ununterbrochenes Arbeiten über die ganze, jeweils erforderliche
Nitrierhärtungezeitdauer.
Der Rohreinsatz 22 der genannten Vorkammeröfen 13 und 14 wird passend
mit den der Aktivierung des Nitriergases dienenden Medien gefüllt, wie sie oben
genannt
sind und insbes. auch den Ausführungsbeispielen entsprechen.
Über bzw. durch diese Stoffe streicht das Nitriergas entlang, welches z.B. aus der
Flasche 20 zugeführt wird. Es erfährt dabei seine aktivierende Beeinflussung für
den im Ofen 1 stattfindenden Härtungsvorgang. Wenn die Beschickung des Rohreinsatzes
22 des einen Vorkammerofens 13 bzw. 14 erschöpft ist, kann auf den anderen Ofen
jeweils umgeschaltet werden, um die verbrauchte Beschickung zu erneuern. Vorteile
bringt es auch, wenn die Vorkammeröfen 13 bzw. 14 etwas höher liegen als die Zuführung
zum Härteofen. Dieser erfährt seine Aufheizung, wie an sich bekannt, ebenfalls durch
eine elektrische Heizwieklung, die mit 23 bezeichnet ist. Es sei erwähnt, daß sich
die Vorrichtung zur Durchführung des der Erfindung entsprechenden Verfahrens nicht
auf das beschriebene lus.führungsbeispiel beschränkt. Diese Vorrichtung kann vielmehr
auch noch in anderer Art gewählt sein, indem z.B. drei oder mehr VOrkammeröfen vorhanden
sind, die teils parallel und teils wechselweise in Betrieb kommen. Auch andere Möglichkeiten
können bestehen, um das Nitriergas in der angegebenen Weise im Sinne der
Erfindung geeignet zu aktivieren. Je nach den Verhältnissen lassen sich auch
die anzuwendenden Gasdruckwerte und die praktizierten Temperaturen von fall
zu Fall passend unterschiedlich wählen.The tests have shown that in a known nitriding furnace, for example for 5 tons of nitrating material, for which up to now a nitriding time of about 100 hours was required, free consumption of 40 to 50 kg of ammonia gas, now according to the method according to the invention in a time of about 45 hours the same or even a slightly larger hardening layer is achieved with a reduced amount of NH3 gas. To be nitrided eg workpieces, who already have their exact processing amount and therefore no further rework abrasive nature may learn more, remains hitherto hardly avoidable undesirable brittle white iron nitride layer which is completely unusable and be sanded MU8, characterized prevented by applying the corresponding method of the invention that one makes do with substantially reduced nitriding time. One possible way of working is when a temperature in the pre-oven of 350 ° to 4500 is maintained for about 8 hours . A temperature of 450 ° to 500 ° can then be maintained for a further 10 hours . After this total time , a desired nitriding depth of up to about 0.6 mm is achieved. It should also be mentioned that now also structural steel can be nitrided according to the new method, resulting in a substantial improvement in the economy, which is therefore already also crucial because the Aufnitrierung comes much more quickly about. The possibility of nitriding structural steel has a further advantage in that, for many practical applications, nitrided structural steels can now be used instead of expensive nitrided steels. Before the pre-furnace is given its actual effect as described above, the nitriding furnace is heated up. Only when this furnace has been vented with still untreated ammonia gas is it brought to its desired temperature. Only then is the remunerated ammonia gas now expediently fed in via its feed line. A device for carrying out the method according to the invention is given below, for example, schematically. 1 shows the overall structure of such a device together with the nitriding hardening furnace, FIG. 2 shows a chamber used as a pre-furnace according to the invention in the open state, and FIG. 3 shows such a tubular pre-furnace which is not intended to be easily openable with a suitable tube insert. In Fig. 1, a conventional nitriding furnace is shown schematically denoted by 1 as a whole. It contains, for example, the steel pieces 3 to be nitrided, suspended from a rod 2. This furnace 1 , which is for the most part recessed, has a removable cover 4 which can be closed airtight. In this cover there is a supply connection 5 with a stopcock 6 and a discharge connection 7, which is also equipped with a stopcock or valve 8. The nitriding gas is fed to the furnace 1 through the newspaper 9 connected to the connection 5; through the discharge line 7, the gas can leave the furnace 1 again when the tap 8 is open. The fan 10 in the cover 4 serves to distribute the treatment gas accordingly in the hardening furnace. As can be seen from Fig. 1, an antechamber 13 or 14 is connected to the newspaper 9 with the interposition of a single and closable cock 11 and 12, respectively, in such a way that these antechambers, which can be heated as a forehearth, work together in parallel or working alternately one after the other can be made effective. For this purpose, in each of the supply lines 15 and 16 to these pre-chamber furnaces, a cock 17 and 18 that can be opened and closed is also arranged. These chambers 13, 14 are then fed via a common newspaper 19 from a bottle 20 containing ammonia gas, the valve 21 of which can be opened and closed appropriately. Any heatable tubular furnace known per se can be used as the tubular antechamber furnace kt 13 or 14, so that its detailed description is hardly necessary. It should only be mentioned that a tube insert 22 is expediently inserted into this tube furnace, to which the inlet and outlet lines can then be connected in an airtight manner. Contrary to the drawing, it is also contemplated, or the like, these newspapers, esp. The discharge lines to provide the same cross section, the also made of ceramic, glass. existing pipe insert 22 has. The latter cross-sectional dimensioning has the advantage that there is then no throttling congestion in the gas supply line to the hardening furnace can occur. When the cock 12 and 18 is closed, is
in
only the antechamber 13 with the cock 11 and 12 open at the moment.
Conversely, the chamber 14 is only properly connected when its cock 12 and 18 are open and the cock 11 and 17 of the chamber 13 are closed. If all four taps are open, however, the antechambers 13 and 14 work together in parallel to one another. Because at least two pre-chamber furnaces 13 bzx. 14 are provided, which can be run to the desired temperature or the desired temperature by means of the built-in electric heater, one of these pre-furnaces can always remain in operation while the other is being reloaded. This results in uninterrupted work over the entire nitriding hardening period required in each case. The tube insert 22 of the aforementioned pre-chamber furnaces 13 and 14 is appropriately filled with the media used to activate the nitriding gas, as mentioned above and in particular also correspond to the exemplary embodiments. The nitriding gas, which is supplied from the bottle 20, for example, passes over or through these substances. It experiences its activating influence on the hardening process taking place in the furnace 1. When the loading of the tube insert 22 of one pre-chamber furnace 13 or 14 is exhausted, it is possible to switch over to the other furnace in order to renew the consumed loading. It is also advantageous if the pre-chamber furnaces 13 and 14 are slightly higher than the feed to the hardening furnace. As is known per se, the latter is also heated by an electrical heating circuit, which is denoted by 23. It should be mentioned that the device for carrying out the method according to the invention is not limited to the described example. Rather, this device can also be selected in a different way, in that there are, for example, three or more pre-chamber furnaces, some of which come into operation in parallel and in some cases alternately. Other options may exist to enable suitable to the nitriding in the manner specified for the purposes of the invention. Depending on the circumstances, the gas pressure values to be used and the temperatures practiced can also be selected differently from case to case.