DE1621268C

DE1621268C - Verfahren und Vorrichtung zur Iomtrie rung von hochlegierten Stahlen

Info

Publication number: DE1621268C
Authority: DE
Inventors: Josef Dr Ing 5000 Köln Rordorf Horst Ing Weiningen Klausler (Schweiz)
Original assignee: Elektrophysikahsche Anstalt Bern hard Berghaus, Vaduz
Publication date: 1972-02-10

Description

Es ist bekannt, daß sich hochlegierte Stähle, insbesondere rost- und säurebeständige Chrom- und Chromnickel-Stähle nur mangelhaft hitrierhärteri lassen. Auch beim Ionitrieren mit Ammoniak in einer elektrischen Glimmentladung wird hur eine unvollkommehe Härtung erzielt. Dies liegt zum Teil daran, daß durch adsorptiv an die Oberfläche gebundener Sauerstoff die Eindiffusion des Stickstoffs in die Oberfläche des hochlegierteri Werkstückes verhindert wird. Es würden daher bereits spezielle Ehtpassi- ιό vierüngsverfaKren entwickelt* die diesen Nächteil beseitigen, z. B. mit chemischen oder mit mechanischen Mittejh. Diese Methoden' erfordern jedoch einen sehr erheblichen Arbeitsaufwand , vor der eigentlichen Härtung und erreichen das Ziel dft hur unvollkommen, is da es zu einer Neubildung von öxidhäüteri kommen kann.

Iii umfangreichen Versuchen wurde erarbeitet, daß dieser passive Zustand nur-zum Teil der Grund für die mangelhafte,N itrierhärtürig von hochlegierteri Stählen ist. '

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ionitrierüng von hochlegierten rost- und säurebeständigen Stählen, wobei in einem Anlaufvorgang Wasserstoff dem stickstoff abgebenden Mittel, insbesondere Ammoniak, zugemischt wird, und zeichnet sich dadurch aus, daß dem Werkstück durch Katodenzerstäubung einer zusätzlich im Rezipienten beim Werkstück angeordneten Hilfskatode aus Eisen atomares Eisen zugestäubt wird. Mit Vorteil können andere Metalle, vorzugsweise hartnitridbilden.de Metalle, wie Chrom, Molybdän, Vanadium usw., zusatz-, lieh zugestäubt werden.

Ferner beinhaltet die Erfindung eine Vorrichtung zur Ausübung des erfindüngsgemäßen Verfahrens (F i g. 1), welches gekennzeichnet ist durch den metallischen Rezipienten 1, der als Anode geschaltet ist, und die Stromzuführung 2, die das zu behandelnde Werkstück 3 trägt und katodisches Potential führt, iii der Nähe des Werkstückes 3 ist eine Hilfskatode 5 aus Eisen angebracht, die auch mit dem Werkstück in Verbindung stehen kann. Die Gasanschlüsse sind mit 4 gekennzeichnet. Die Behandlungstemperatur der Werkstücke liegt zwischen 450 und 580° C, und der Behandlungsdruck liegt zwischen 0,1 bis 10 Torr. Die Betriebsspannung bewegt sich zwischen 400 und 1050 Volt. Im Anlauf Vorgang dient vorwiegend Wasserstoff als Betriebsgas, das in der Glimmentladung aktiviert wird und die Eritpassivierurig herbeiführt. Im weiteren Verlauf der Behandlung werden Ammöniäk oder andere stickstoffhaltige Gase zugegeben.

Bei hüchiegierteri Stählen«'" z. B. ,Chrom-Nickel-Stähieri, deren Gehalte an Chrom und Nickel über 50% betragen kann, ist der Eisengehalt an der Oberfläche entsprechend niedriger. Dies hat zur Folge, daß weniger Stickstoff an die Oberfläche zur Reaktion gebrächt wird. Es wurde nun gefunden, daß durch eine Erhöhung des Eisenängebots im Plasma ein vermehrtes Angebot von Stickstoff an die Werkstücksoberfläche bewirkt werden kann. Durch die große kinetische Energie der aufprallenden Ionen, bewirkt durch den Katodenfall, wird das Werkstück aufgeheizt und die Nitrierschicht bildet sich durch reaktive katodische Zerstäubung. Von der Hilfskatode 5 stäubt Eisen ab und verbindet sich im Glimmlichtplasma mit Stickstoff zu Eisehriitrid. Dieses scheidet sich bevorzugt aus der Katode, d. h. dem Werkstück als gleichmäßige Schicht ab: Die aufgestäubten Eisehhitride besitzen einen hohen Stickstoffgehalt und zersetzen sich ^:aii der Metalloberfläche, wobei der Stickstoff in'das Innere des Werkstücks diffundiert und Eisen erneut in das Glimrhlichtp'iashia abstäubt. Das vbn der Hilfskatode abgestäubte Eisen kanu damit als ein maßgebender Stickstbffträger betrachtet werden. Wie nach den Diffüsionsgesetzen zu erwärteri war, ist damit Unter sonst gleichen Behändiu'ngsbedingüngen erriridü'rigsgemäß eine höhere Einhäfturigstiefe Und eine gleichmäßigere Und bessere idnitrierühg.zu erzielen.

Die erintdürigsgemäß erzieibäreii Ergebnisse siiid in F i g. 2 dargestellt. Der hochlegierte rost- und säurebeständige Werkstoff mit 0,03% Kohlenstoff, 20% Chrom und 25% Nickel, stabilisiert mit Niob, wurde erfindungsgemäß ehtpassiviert und mit einer Hilfskatode aus gewöhnlichem Stahl ionitriert. Zum Vergleich sind die Ergebnisse einer Behandlung ohne die erfindungsgemäße Hilfskatode angegeben·.

Es ergäben sich folgende Meßergebnisse": "

1. Oberflächenhärte

2. maximale Mikrohärte ..........

3. Eilt 500

4. Einhärtungstiefe
etwa ..........

Eischaüfstäubuhg
ohne . . · . rj-j

958 HV

HtiÖHV

726 HV 1072 HV

0,05: nun 0,09 mm

0,05 mm

0,10 mm

Die Versuche beweisen-die .Bedeutung von Eisen als Stickstoff träger bei der loiiitrierung und die erhebliche Verbesserung der technologischen Eigenschaften, die durch die' Erfindung besonders an hochiegierteri Werkstoffen erzielt werden kann.

Claims

Patentansprüche:

¹ I. Verfahren zur lonitrierung von hochlegierten rost- und säurebeständigen^ Stählen, wobei in einem Anläüfyorgang Wasserstoff dem stickstoffabgebenden Mittel, insbesondere Ammoniak, zü-. gemischt wird, d ad U nc h ^:g e k e η η ze i c hn e t, daß dein Werkstück durch Katodenzerstäubühg einer zusätzlich im Rezipienten in der Nähe des Werkstücks oder mit dem Werkstück in Verbindung stehende Hilfskatode aus Eisen atomares Eisen zugestäubt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Legierüngseiemente, insbesondere harthitridbildende Metalle wie Chrom, Molybdän, Vanadium iisw. zugestäubt werden.
3. Vorrichtung zur Ausübung des . Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen metallischen als Anode der Glimmentladung geschalteten Rezipienteii (1), einer katödischeh Stromdurchführung (2), die das zu behandelnde Werkstück (3) trägt, den Gaszu- und -abführungen (4) und einer Hilfskatode (5).