DE1771727C3

DE1771727C3 - Carburization process of steels in cyanide-free molten salts

Info

Publication number: DE1771727C3
Application number: DE19681771727
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Chem DDR 3210 Wilmirstedt; Troelenberg Wilfried DDR 3011 Magdeburg; Hering Hermann Dipl.-Chem DDR 3010 Magdeburg Baumgart
Original assignee: VEB Härtol-Werk, DDR 3011 Magdeburg
Filing date: 1968-07-01
Publication date: 1978-01-19

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufkohlung von Stählen zwecks Einsatzhärtung in cyanidfreien Salzschmelzen mit Hilfe von Siliciumcarbid und elementarem Kohlenstoff in Verbindung mit metallischem Silicium als Katalysator.The invention relates to a method for carburizing steels for the purpose of case hardening in cyanide-free steels Molten salt with the help of silicon carbide and elemental carbon in combination with metallic Silicon as a catalyst.

Die Grundbedingung für das Härten von Stählen ist das Vorhandensein von Kohlenstoff im Stahl. Der Vorgang bei der Einsatzhärtung von Stählen besteht aus Aufkohlung und Abhärten. Es gibt grundsätzlich drei Möglichkeiten Stähle aufzukohlen, nämlich die Gasaufkohlung, die Pulveraufkohlung und die SaIzbadaufkohlung. Die letzt genannte Aufkohlungsart wird großtechnisch zur Zeil überwiegend in cyanidhaltigen Salzbädern durchgeführt. Bei der Aufkohlung von Stählen spielt sich im Salzbad folgende Reaktion ab:The basic condition for hardening steels is the presence of carbon in the steel. the The process of case hardening steels consists of carburization and hardening. There is basically three possibilities of carburizing steels, namely gas carburizing, powder carburizing and salt bath carburizing. The last-mentioned type of carburization is used on an industrial scale, predominantly in cyanide-containing ones Salt baths carried out. When steel is carburized, the following reaction takes place in a salt bath away:

3 Fe I 2 CO -> Fe₃C | CO₂ 3 Fe I 2 CO -> Fe ₃ C | CO ₂

Das zur Aufkohlung erforderliche Kohlenmonoxid entsteht durch Reaktion von Cyanid im Salzbad nach folgenden Reaktionen:The carbon monoxide required for carburization is created by the reaction of cyanide in the salt bath following reactions:

2 NaCN I O₂ -> 2 NaCNO2 NaCN IO ₂ -> 2 NaCNO

4 NaCNO -> Na₂CO₃ i CO [-N₂+ 2 NaCN4 NaCNO → Na ₂ CO ₃ i CO [-N ₂ + 2 NaCN

Wesentliche Nachteile bei der Aufkohlung in cyanidhaltigen Salzbädern sind neben der hohen Giftigkeit der Cyanide der hohe Preis dieser Produkte, die auftretenden Reinigungsschwierigkeiten der einsatzgehärteten Teile in Folge Vorhandensein von Erdalkaliverbindungen in den Salzbädern, die Herabsetzung der Kohlungsleitung bei Vorhandensein von mehr als 0,1% Eisen in der Salzschmelze durch die ReaktionSignificant disadvantages of carburizing in cyanide-containing Salt baths are, in addition to the high toxicity of the cyanides, the high price of these products that occur Difficulties in cleaning the case-hardened parts as a result of the presence of alkaline earth compounds in the salt baths, the degradation of the carbonization conduction in the presence of more than 0.1% iron in the molten salt due to the reaction

FeO I-CN + Fe (-CNO"FeO I-CN + Fe (-CNO "

sowie die Temperaturempfindlichkeit des Salzbades, da bei höheren Temperaturen eine schnelle Zersetzung des Cyanids eintritt.as well as the temperature sensitivity of the salt bath, since rapid decomposition at higher temperatures of the cyanide occurs.

Weitere Nachteile der Aufkohlung in cyanidhaltigen Medien sind in der durch gleichzeitige Aufstickung stabilisierten Restaustenitumwandlung bei legierten Einsatzsstählen und in auftretenden Schwierigkeiten UCi AkiiviiäisMcuciuiig miiil-i» des C-WciiS <iU SciiCii. Die Bemühungen zur Beseitigung dieser Mangel führten zur Entwicklung cyanidfreier Salzschmelzen auf der Basis Siliziumkarbid, Borkarbid und anderen nicht cyanidhaltigen Stoffen. So werden im Werk von A. N. Minkewitsch: Chemisch-thermische Oberflächenbehandlung von Stahl, auf den S. 128 bis 133, als Zementationsmitte! Holzkohlepulver, Ruß, Kalziumkarbid und Siliziumkarbid genannt. Gleichzeitig wird beschrieben, daß sich die siliziumkarbidhaltigenFurther disadvantages of carburization in cyanide-containing media are caused by simultaneous nitrogenization stabilized residual austenite transformation in alloyed case-hardening steels and in difficulties that arise UCi AkiiviiäisMcuciuiig miiil-i »des C-WciiS <iU SciiCii. Efforts to remedy this deficiency led to the development of cyanide-free molten salts based on silicon carbide, boron carbide and other non-cyanide-containing substances. In the factory of A. N. Minkewitsch: Chemical-thermal surface treatment of steel, on pp. 128 to 133, as a cementation agent! Called charcoal powder, carbon black, calcium carbide and silicon carbide. Simultaneously it is described that the silicon carbide-containing

ίο Salzbäder an Stelle der cyanidhaltigen Salzbäder bewährt haben und sich durch besondere Beständigkeit auszeichnen sollen.ίο Salt baths proven in place of the cyanide-containing salt baths and should be characterized by particular durability.

Es muß aber festgestellt werden, daß die bisher bekannten Verfahren zur Aufkohlung in cyanidfreienIt must be noted, however, that the previously known methods for carburizing in cyanide-free

is Salzschmelzen nur eine kurzzeitige Aufkohlung ermöglichten und ein großtechnischer Einsatz unter ökonomischen Bedingungen bisher nicht erfolgte.is molten salt only allowed short-term carburization and large-scale use under economic conditions has not yet taken place.

Der Zweck der Erfindung besteht darin, die Aufkohlung von Stählen in einem Salzbad zu betreiben,The purpose of the invention is the carburization to operate steels in a salt bath,

ao in dem die vorgenannten Mängel weitgehend beseitigt und auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden.ao in which the aforementioned deficiencies are largely eliminated and reduced to a minimum.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufkohlung von Stählen in cyanidfreien Salzschmelzen auf der Basis einer nicht aufkohlendThe invention is based on the object of a method for carburizing steels in cyanide-free Molten salt on the basis of a non-carburizing

»5 wirkenden Grundschmelze, bestehend aus Chloriden und Carbonaten der Alkali- und Erdalkalimetalle, und in Gegenwart von elementarem Kohlenstoff sowie Siliciumkarbid zu entwickeln. Dieses Verfahren muß großtechnisch nutzbar sein, eine langandauernde Auf-»5 acting base melt, consisting of chlorides and carbonates of the alkali and alkaline earth metals, and in the presence of elemental carbon as well To develop silicon carbide. This process must be usable on an industrial scale, a long-term

3» kohlungswirkung gestatten sowie mindestens die gleichen Kohlungsparameter gewährleisten, wie cyanidhaitige Salzschmelzen.3 »allow carbonization and at least the same Ensure carburization parameters, such as cyanide-containing molten salts.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in nicht aufkohlend wirkenden Salzschmelzen unter Zugabe von elementarem Kohlenstoff in Gegenwart von Siliciumcarbid und elementarem Silicium oder dessen Legierungen durch die katalytische Wirkung des Siliciums eine Aufkohlungswirkung erzielt wird, die ohne weitere Zugaben über mehrere Stunden anhält. Diese erfindungsgemäß erreichbare Aufkohlungswirkung kann nicht durch eine Erhöhung des Siliciumkarbidanteils in der Schmelze erreicht werden, weil sich dadurch das Badverhalten wesentlich verschlechtert und somit eine praktische Verwendung unmöglich wird.According to the invention the object is achieved in that in non-carburizing molten salts with the addition of elemental carbon in the presence of silicon carbide and elemental silicon or its alloys achieved a carburizing effect through the catalytic effect of silicon which lasts for several hours without further additions. This carburizing effect that can be achieved according to the invention cannot be achieved by increasing the proportion of silicon carbide in the melt, because this significantly worsens the bath behavior and thus a practical use becomes impossible.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail below using an exemplary embodiment.

Zu einer aus 70% Natriumcarbonat und 30% Natriumchlorid bestehenden Grundschmelze wurden im Verlaufe von 45 Betriebsstunden 20 Gewichtsprozent der Grundschmelze an Zugabegemisch, bestehend aus Silicium, Natriumcarbonat, Siliciumcarbid und Kohlenstoff, zugegeben.
Ähnliche Ergebnisse werden erreicht, wenn die nicht aufkohlend wirkende Grundschmelze aus Chloriden und Carbonaten der Erdalkalimetalle im Gemisch mit Chloriden und Carbonaten der Alkalimetalle besteht. In diesem belasteten Bad ergeben sich bei einer Temperatur zwischen 750 und 1200 C, zweckmäßiger-To a base melt consisting of 70% sodium carbonate and 30% sodium chloride, 20 percent by weight of the base melt of an addition mixture consisting of silicon, sodium carbonate, silicon carbide and carbon was added in the course of 45 operating hours.
Similar results are achieved if the base melt, which does not have a carburizing effect, consists of chlorides and carbonates of the alkaline earth metals in a mixture with chlorides and carbonates of the alkali metals. In this polluted bath at a temperature between 750 and 1200 C, expedient-

⁶⁽> weise jedoch zwischen 900 und 1000 C an Zeugenproben des Werkstoffs C 15 folgende Aufkohlungstiefen: ^{6 (} > however, between 900 and 1000 C on witness samples of the material C 15, the following carburization depths:

1 Stunde - 0,50 mm1 hour - 0.50 mm

2 Stunden = 0,80 mm
3 Stunden — 1,05 mm2 hours = 0.80 mm
3 hours - 1.05 mm

4 Stunden -■- 1,30 mm4 hours - ■ - 1.30 mm

5 Stunden ----- 1,4:5 mm
ο Stunden —- 1,75 fnrn5 hours ----- 1.4: 5 mm
ο hours - 1.75 fn

7i 7277i 727

Diese Ergebnisse sind über mehrere tausend Betriebsstunden reproduzierbar.These results can be reproduced over several thousand hours of operation.

Durch das Verfahren werden im Aufkohlungsbad
an allen Stellen die gleichen Ergebnisse erreicht. Bei
Erhöhung der Temperatur ist es möglich, die Auf-Through the process are in the carburizing bath
achieved the same results in all places. at
Increasing the temperature, it is possible to

kohlungszeiten erheblich zu reduzieren. Dabei ist es ohne Bedeutung und ohne Einfluß welche Art Tiegel Verwendung finden, so daß sich sowohl im Metaütiegel, als auch im ausgemauerten Tiegel die gleiche Wirkung erzielen läßt.Significantly reduce carbonization times. It is irrelevant and irrelevant what kind of crucible Find use, so that the same effect is found in both the metal crucible and the brick-lined crucible can achieve.

Claims

Patent claims:

I. Process for the carburization of steels in cyanide-free salt melts from chlorides and carbonates of the alkali and alkaline earth metals with contents of elemental carbon and silicon carbide, characterized in that elemental silicon or silicon alloys are also added to the melt and the process is carried out at temperatures between 750 and 1200 ° C is operated.

2. The method according to claim 1, characterized in that the carburization is carried out at temperatures of 900 to 1000 C.

3. The method according to claim I and 2, characterized in that the silicon is elementary or in the form of its alloys in a mixture with silicon carbide carbon and alkali carbonates is added in powder form or as pellets to the base melt.