DE1521285C - Verfahren zur Vergütung der Oberfläche von Metallgegenstanden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergütung der Oberfläche von Metallgegenstände!! aus Stahl, Aluminium oder Titan durch Eintauchen in geschmolzene Salzbäder unter Anlegen eines elektrischen Gleichstroms, wobei die Metallgegenstände als Anode geschaltet werden.

Ein bekanntes Verfahren dieser Art (deutsche Patentschrift 608 257) dient zur Härtesteigerung der Oberflächen von Eisen, Stahl und deren Legierungen durch Zementieren bzw. Nitrieren in Cyanidsalzschnielzen, wobei die zu behandelnden Gegenstände als Anoden in der unter der Einwirkung elektrischen Gleichstroms stehenden Salzschmelze behandelt werden.

. Dieses Verfahren weist jedoch verschiedene Nachteile auf, da es einmal nur zur Härtesteigerung der Oberflächen von Gegenständen aus Eisen, Stahl und deren Legierungen: verwendet werden kann und weiterhin verhältnismäßig hohe. Temperaturen angewendet werden müssen. Dies ergibt sich schon daraus, daß das· bei diesem Verfahren "verwendete Kaliumcyanid oder Natriimicyanid bei 635 bzw. 564° C schmilzt. Ein weiterer Nachteil liegt in der außerordentlich hohen Giftigkeit der verwendeten Cyanide. .

Der F: findung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren.zu schaffen, das die genannten' Nachteile nicht besitzt und welches insbesondere bei ganz erheblich niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren zur Vergütung der Oberfläche von Metallgegenständen aus Stahl, Aluminium oder Titan durch Eintauchen in geschmolzene Salzbäder unter Anlegen eines elektrischen Gleichstroms, wobei die Metallgegenstände als Anode geschaltet werden, erfindungsgemäß als Schmelzbad ein geschmolzenes Cyanat verwendet wird.

Eis hat sich überraschenderweise gezeigt, daß man bei Verwendung von Cyanaten an Stelle von Cyaniden ,wesentlich geringere Temperaturen anwenden kann, schon aus dem Grunde, weil Cyanate wesentlich niedrigere Schmelzpunkte besitzen. So schmilzt Kaliumcyanat bei 317° C. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, sehr gute Ob.erflächeneliekte bei Arbeitstemperaturen von 350° C zu erzielen, wogegen bei dem Verfahren der eingangs genannten deutschen Patentschrift Temperaturen unterhalb 600 bis 650" C wegen lies hohen Schmelzpunktes der Cyanide überhaupt nicht möglich sind.

Ein weiterer Vorteil ist die viel geringere Giftigkeit der Cyanate gegenüber Cyaniden. .-.·.-..

Schließlich lassen sieli mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur Stahl, Eisen und deren Legierungen, sondern auch andere Metalle wie Aluminium und Titan behandeln.

Wie Fig. 1 der Zeichnung zeigt, wird der zu behandelnde Metallteil tO in ein Gefäß 11 getaucht, das eine Salzschmelze 12 enthält, beispielsweise ein Cyanat, wobei der Teil 10 mit dem positiven Pol 13 einer Stromquelle 14 verbunden ist, während das Gefäß 11 mit dem negativen Pol 15 der gleichen Stromqticllc verbunden ist. Auf diese Weise ei hält man auf dem behandelten Teil eine zur Reibung geeignete Oberflächenzone, beispielsweise eine elektrolytische Carbonisierung bei Verwendung von Cyanat.

Die Wirkung dieser Behandlung ist eine Diffusion in das Innere des Korns, ein Eindringen an den Korngrenzen oder eine chemische Bindung mit dem Metall des behandelten Teils, wobei natürlich je nach dem Verfahren sich entweder eine dieser Wirkungen oder mehrere gleichzeitig beobachten lassen.
Die Vorteile des erfindiingsgeinäßen Verfahrens bestehen in der Hauptsache ditfin, daß die durch die Behandlung erzielte Schicht einen integrierenden Bestandteil des Werkstückes bildet und nicht eine Abscheidung ist, die leicht abgeschabt werden kann,

ίο und weiterhin darin, daß das Einverleiben des Nichtmetalls bei einer viel niedrigeren Temperatur als derjenigen erfolgt, welche bei den herkömmlichen Wärmcbehandlungsverfaliren angewendet werden. Durch das Anlegen des elektrischen Gleichstroms vvird die Vergütung, wesentlich beschleunigt, so daß beispielsweise eine beträchtliche Nitrierung in einigen Minuten bei 350° C statt in 70 Stunden bei 500° C erzielt werden kann.

Bei den nachfolgend beschriebenen Beispielen

so wurden die angegebenen Zahlenwerte mit einer Reibungsprüfeinrichtung erzielt, die zwei Backen mit einem V-förmigen Ausschnitt besitzt, zwischen welchen das behandelte Prüfstück eingespannt vvird. Das verwendete Prüfstück hat einen Durchmesser -von 6,35 mm. Es wird mit einer Drehzahl von 350 U/Min.

. angetrieben. Der durch die Backen auf das Prüfstück ausgeübte Eiiispanndniek wird nachfolgend als »Backeneinspaninmg« bezeichnet. .

B. e i s ρ i e 1 1:

" . Ein Prüfstück aus einem geglühten mittelharten Kohlenstoffstahl wird in geschmolzenes Kaliumcyanat KCNO getaucht. Die Temperatur der Schmelze beträgt" 350° C. Das Prüfstück dient als Anode, während die Kathode ein Stahlzylinder ist, der iim das Prüfstück herum angeordnet ist und einen Innendurchmesser von 35 mm hat. Die Dichte

-j. des Gleichstroms beträgt 30 Ampere je dm². Das reine Cyanat ist nach dem Schmelzen nicht sofort aktiv, sondern wird es erst nach einer gewissen Alterungszeit, die zwischen einigen Stunden und einigen zehn Stunden schwankt, je nachdem mehr oder weniger umgerührt wird. Die erfolgte Alterung zeigt sich unter anderem durch die Bildung von Carbonat, Eisen(II)-cyanid und Eisen(III)-cyanid in der Salzschmelze an.

Nach der geschilderten Herstellung der Schmelze läßt sich bei einer Behandlung des Prüfstückes von 10 Minuten folgendes feststellen: ' ■ ■

1. durch Mikroskopie, daß eine Diffusion von Stickstoff bis zu mehreren Mikron, von der Oberfläche stattgefunden hat; . <

2. 'durch Härteprüfung,-daß eine wesentliche Zunahme der I lärte auf einer Oberflächenmikroschicht von mehreren Mikron Dicke stattgefunden hat, wo-" bei diese Härte eine -Vickers-Härte von 800 Überschreiten kann; ,

3. durch die geschilderte Einspannprüfung, daß es unmöglich ist, das Prüfstück bis zu einem Einspanndruck der Backen von etwa einer Tonne zum Fressen zu bringen, während ein nichtbehandeltes Prüfstück bei einem Einspanndruck der Backen von 200 kp festfrißt; außerdem erreicht der Reibungskoeffizient an den Backen bei einem nichtbehandel- ten mittelharten Stahl beim Fehlen jeder Schmierung einen außerordentlich günstigen Wert von 0;07;

4. durch einen Dauerschwingversuch, daß die Ermüdungsgrenze nach der Wöhler-Kurve von 25,300

kp/mm² (mittelharter Vergleichsstahl) auf 30 kp/mm² (mittelharter behandelter Stahl) ansteigt, was einer Zunahme von etwa 2O°/o entspricht.

Hierbei ist zu bemerken, daß bei einem gleichgerichteten Wechselstrom von fünfzig Perioden je Sekunde und bei einer Stromdichte, die der vorgenannten vergleichbar ist, sich eine Wirkung von gleicher Art wie die bei der Verwendung von Gleichstrom beobachten läßt.

Beispiel 2

Das Bad wird aus Kaliumcyanat KCNO gebildet. Das Prüfstück besteht aus Aluminium, die Stromdichte beträgt 10 Ampere je dm², die Temperatur des Bades 350° C und die Behandlungsdauer 10 Minuten. Die Ergebnisse sind folgende:

Bei der Einspannprüfung dreht sich das Prüfstück ohne zu Fressen über 15 Sekunden unter einer Backeneinspannung von 100 kp, während ein nichtbehandeltes Prüfstück sofort festfrißt.

Der Reibungskoeffizient beträgt 0,08 bei Backen aus nichtvergütetem mittelhartem Stahl.

Beispiel3

Ein Prüfstück aus Titan wird in geschmolzenes Kaliumcyanat KCNO einer Temperatur von 350° C getaucht, wobei die Stromdichte 50 Ampere je dm² und die Behandlungsdauer 2 Minuten beträgt.

Bei der Einspannprüfung ist festzustellen, daß sich das Prüfstück ohne festzufressen über 11 Sekunden unter einer Backeneinspannung von 150 kp dreht, während ein nichtbehandeltes Prüfstück sofort festfrißt. Der Reibungskoeffizient beträgt 0,15 bei nichtvergüteten Backen aus mittelhartem Stahl.

Als Beispiel für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für den beschriebenen Zweck wurde ein Prüfstück als Anode und eine Kathode, die beide den vorangehend beschriebenen ähnlich waren, in eine Schmelze getaucht, das aus einem Gemisch von alkalischen Cyaniden und Cyanaten besteht und einen Schmelzpunkt von 560° C besitzt. Normalerweise werden die Werkstücke in einem solchen Bad durch einfaches Eintauchen behandelt,

ίο wobei die erforderliche Zeitdauer etwa 2 Stunden beträgt. Dagegen erhält man eine im Rahmen der Erfindung voll gültige Wirkung, wenn zwischen der Anode und der Kathode ein Strom von 2 Ampere während etwa 2 Minuten geleitet wird. Zwischen der herkömmliehen Behandlung von 3 Stunden und der erfindungsgemäßen Behandlung von 1 Vs Minuten gibt es keine wesentlichen Leistungsunterschiede.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Vergütung der Oberfläche von Metallgegenständen aus Stahl, Aluminium oder Titan durch Eintauchen in geschmolzene Salzbäder unter Anlegen eines elektrischen Gleichstroms, wobei die Metallgegenstände als Anode geschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmelzbad ein geschmolzenes Cyanat verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Cyanat Kaliumcyanat verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schmelzbadtemperatur von 350° C verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schmelze verwendet wird, die zusätzlich ein Cyanid enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen