DE1521292C3

DE1521292C3 - Verfahren zur Vergütung der Oberflächen von Metallgegenständen

Info

Publication number: DE1521292C3
Application number: DE1521292A
Authority: DE
Inventors: Jacques Jean Saint-Etienne Loire Caubet (Frankreich)
Original assignee: Hydromecanique et Frottement SAS
Current assignee: Hydromecanique et Frottement SAS
Priority date: 1964-05-28
Filing date: 1966-10-14
Publication date: 1975-10-23
Also published as: US3467585A; FR85988E; DE1521285A1; GB1059619A; DE1521285B2; DE1521292A1; FR1406530A; FR86729E; FR88839E; DE1521292B2; US3475291A; GB1148988A

Description

Das Hauptpatent 1 521 285 betrifft ein 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 gestaltet werden, und das Neue besteht darin, daß als Schmelzbad ein geschmolzenes Cyanat, insbesondere Kaliumcyanat, verwendet wird.

Durch das Verfahren nach dem Hauptpatent werden die Elemente Kohlenstoff und Stickstoff in die Oberfläche des behandelten Stückes eingebracht, was die Dauerhaftigkeit der Oberfläche vergrößert und den Reibungskoeffizienten vermindert.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine weitere Ausbildung dieses Verfahrens.

Die Weiterentwicklung besteht darin, daß das Salzschmelzbad, in das das Werkstück getaucht und in dem es der Stromeinwirkung unterworfen wird, ein Gemisch von Thiocyanaten ist, insbesondere ein Gemisch von Natriumthiocyanat und Kaliumthiocyanat.

Beispiel 1

In ein Bad, das 25 Gewichtsprozent Natriumthiocyanat (NaSCN) und 75 Gewichtsprozent Kaliumthiocyanat (KSCN) im geschmolzenen Zustand enthält und bei 19O⁰C gehalten wird, wird ein zylindrisches Reibungsprüfstück von 6,5 mm Durchmesser und 40 mm Länge aus Stahl (1,2 bis 1,6% Ni, 1 bis 1,20% Cr, 0,6" bis 0,90% Mn, 0,11 bis 0,18% C, Rest Fe) eingetaucht, das auf eine Härte von 63 RC zementiert und gehärtet worden ist.

Das in das Salzschmelzbad getauchte Probestück wird mit dem positiven Pol einer Stromquelle verbunden und der das Bad enthaltende Tiegel mit dem negativen Pol. Es erfolgt ein Stromdurchgang 15 Minuten lang mit einer Stromdichte von 2,5 A/dm² und einer Spannung zwischen Anode und Kathode von 0,8 bis 2 V.

Das so behandelte Werkstück wird dann 2 Stunden lang in siedendem Wasser gewaschen, um die getrockneten Salze des Bades aufzulösen, dann mit einer Metallbürste gebürstet und einer Reibungsprüfuntersuchung unterworfen. Die Reibungsprüfeinrichtung besitzt zwei Backen mit zwei V-förmigen Ausschnitten von 90° aus zementiertem, gehärtetem

Stahl (1,2 bis 1,6 °/₀ Ni, 1 bis 1,20% Cr, 0,6 bis 0,90 % Mn, 0,11 bis 0,18 °/₀ C, Rest Fe). In diese Ausschnitte wird das erfindungsgemäß in der Salzschmelze behandelte Prüfstück mit einem Durchmesser von 6,35 mm eingebracht und mit 350 U/min gedreht, wobei auf die Backen ein Einspanndruck / ausgeübt wird, der um 5 kp pro Sekunde größer wird.

Der Versuch wird abgebrochen, wenn ein Fressen auf der. Oberfläche festgestellt wird oder in dem Moment, wo das Kriechen des sich erhitzenden Prüfstückes die Annäherung der Backen kompensiert. Der Qualitätsindex ergibt sich durch den Wert /,'/df, wobei t die Dauer der Prüfung ausdrückt.

Während ein nicht behandeltes Prüfstück im allgemeinen während der ersten Sekunden des Versuches frißt, hat sich das in dem geschmolzenen Salzbad gemäß der Erfindung behandelte Prüfstück nach 75 Sekunden noch nicht festgefressen. Der Qualitätsindex übersteigt 30 000 kp/Sek.

Bei einer Röntgenbeugungsprüfung wird das Vorliegen von Eisensulfid (FeS) auf der Oberfläche des Stückes auf eine Tiefe von etwa 15 Mikron festgestellt. Diesem Vorliegen von Eisensulfid scheinen die erhaltenen guten Reibungseigenschaften zuzuschreiben zu sein.

Beispiel 2

Dem eutektischen Bad des Beispiels 1 wurden 0,1 % Kaliumferrocyanid und 0,9 °/₀ Kaliumferricyanid zugesetzt.

In dem so zusammengesetzten Schmelzbad werden mit einer Stromdichte von 1,5 A/dm² 15 Minuten lang Zahnräder mit einem Grunddurchmesser von 180 mm und vom Modul 12 einer Strombehandlung unterworfen, wobei die behandelten Zahnräder als Kathode dienen. Diese Zahnräder weisen bemerkenswerte Reibungseigenschaften auf.

Beispiel3

In einem Salzschmelzbad nach Beispiel 2 wird ein , Prüfstück aus Stahl (1,2 bis 1,6 °/o Ni, 1 bis 1,20% Cr, 0,6 bis 0,90Mn, 0,11 bis 0,18% C, Rest Fe), das vorher durch Nitrierung auf eine Tiefe von 0,5 mm behandelt worden war, behandelt.

Die Reibungsprüfuntersuchungen nach den Beispielen 1 und 2 ergaben eine Verbesserung um das Dreifache.

B e i s ρ i e 1 4

Zur Verbesserung des Oberflächenzustandes wird ίο unter Erniedrigung der Spannungsdifferenz zwischen Anode und Kathode auf den Boden des Tiegels ein Gemisch von Stickstoff und Wasserstoff geblasen, das 60 Molprozent Stickstoff und 40 Molprozent Wasserstoff enthält.

Bei der Behandlung eines Reibungsprüfstückes in einem eutektischen Bad von 2 kg, das in einem Tiegel von 100 mm Durchmesser enthalten ist, unter einer Stromdichte von 2,5 A/dm² fällt die Spannungsdifferenz zwischen Anode und Kathode von 1,2 auf 1 V, wenn man 1 Liter des Gasgemisches je Minute einbläst.

Beispiel 5

Ein zementiertes, gehärtetes, wie im Beispiel 1 behandeltes Stahlwerkstück zeigt avf der Oberfläche Unregelmäßigkeiten, die wahrscheinlich auf lokale Potentialunterschiede zurückzuführen sind. Die Rauhigkeit des Stückes wird im Verlaufe der elektrolytischen Behandlung vergrößert; sie steigt von 75 auf 125 πιμ mittlere Rauhtiefe oder nach der Norm AFNOR (Association Francaise de Normalisation) PNE 05 bis 012 auf 0,625 bis 0,750 μ mittlere Rauhtiefe.

Bringt man vor der Behandlung mit dem elek-

trischen Strom in dem Schmelzbad einen Überzug auf das zu behandelnde Werkstück durch elektro-Iytische Abscheidung einer 3 bis 4 μ dicken Eisenschicht oder einer Legierung, die mehr als 50 % Eisen enthält, auf, so beträgt die endgültige Rauhigkeit nach der Behandlung im geschmolzenen Thiocyanatbad nur 0,25 bis 0,3 μ mittlere Rauhtiefe.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Vergütung der Oberfläche von Metallgegenständen, die aus Stahl bestehen, durch Eintauchen in geschmolzene Salzbäder unter Anlegen eines elektrischen Gleichstroms, wobei die Metallgegenstände als Anode geschaltet werden, nach Patent 1 521 285, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmelzbad ein geschmolzenes Gemisch von Natriumthiocyanat und Kaliumthiocyanat verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmelzbad ein eutektisches Gemisch von 25°/₀ Natriumthiocyanat und 75°/₀ Kaliumthiocyanat verwendet wird, das bei einer Temperatur von 150 bis 200⁰C gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schmelze verwendet wird, die in dem Gemisch der Thiocyanate noch ein Ferricyanid oder ein Ferrocyanid oder beide enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schmelze verwendet wird, die in dem Gemisch der Thiocyanate noch ein Gemisch von 0,9 °/₀ Kaliumferricyanid und 0,1% Kaliumferrocyanid enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Behandlung mit dem elektrischen Strom in das Bad der geschmolzenen Thiocyanate ein Inertgas, wie Stickstoff, oder ein reduzierendes Gas, wie Wasserstoff, eingeleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung an einem Stahlstück durchgeführt wird, das vorher zementiert und gehärtet wurde.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung an einem Werkstück durchgeführt wird, das vorher mit einem Überzug aus einer dünnen galvanisch abgeschiedenen Metallschicht versehen wurde.

Es wurde nun gefunden, daß bei diesem Gemisch von Thiocyanaten verschiedene Vortoile erhalten werden. Einmal wird in die Metalloberfläche das Element Schwefel, insbesondere in Form von Sulfid, eingebracht, was günstig ist zur Verbesserung der Reibungseigenschaften. Weiter kann bei dem Gemisch der genannten Salze die Temperatur des Schmelzbades beträchtlich verringert werden, und zwar auf 150 bis 200⁰C, wodurch es möglich wird, die Behandlung von

ίο Werkstücken, insbesondere aus SpezialStählen, ohne Verminderung der Härte durchzuführen.

Die vorteilhaftesten Ergebnisse werden erhalten, wenn man als Schmelzbad ein Gemisch von Thiocyanaten im eutektischen Mengenverhältnis verwendet, nämlich 25°/₀ Natriumthiocyanat und 75°/₀ Kaliumthiocyanat. Dieses Gemisch hat die Eigenschaft, bei 125°C zu schmelzen, also einer relativ niedrigen Temperatur im Vergleich zu Schmelzbädern aus Gemischen in anderen Mengenverhältnissen, die

ao bei 150 bis 200⁰C schmelzen.

Dem Bad der geschmolzenen Thiocyanate kann ein Ferricyanid, ein Ferrocyanid oder ein Gemisch derselben zugesetzt werden. Diese Zugabe erfolgt in geringer Menge. Ein vorteilhafter Mengenanteil ist 0,9 °/₀ Ferricyanid und 0,1 % Ferrocyanid. Diese Zugabe hat den Vorteil, die Durchführung des Verfahrens im Falle der Behandlung an Werkstücken mit komplizierter Form zu erleichtern, weil das Schmelzbad besser fließt.

Die Behandlung kann auch noch dadurch verbessert werden, daß das Werkstück auf den Boden des als Kathode dienenden Tiegels versenkt und in das Bad der geschmolzenen Salze ein Inertgas, wie Stickstoff, oder ein reduzierendes Gas, wie Wasserstoff, eingeblasen wird. Hierdurch wird die Spannung zwischen Anode und Kathode bei gleicher Stromdichte vermindert, indem das Bad in Bewegung gehalten wird.

Besonders gute Ergebnisse werden bei Werkstücken aus Stahl erhalten, wenn diese vorher zementiert und gehärtet oder nitriert worden sind.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.