DE2033899A1 - Process for the surface treatment of a material made of iron or iron alloy - Google Patents
Process for the surface treatment of a material made of iron or iron alloyInfo
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- C23C12/00—Solid state diffusion of at least one non-metal element other than silicon and at least one metal element or silicon into metallic material surfaces
- C23C12/02—Diffusion in one step
Description
PATENTAISiWAUTE DR. INQ. OTTO STURNER . DR. FRIEDRICH EMAYERPATENTAISiWAUTE DR. INQ. OTTO STURNER. DR. FRIEDRICH EMAYER
. Ina. O. Stürner-Dr. F, Mayer-753Pforzhelm, Juliua-Naeher-Str,13~l. Ina. O. Stürner-Dr. F, Mayer-753Pforzhelm, Juliua-Naeher-Str, 13 ~ l
76aPforaheim 30.6.197076aPforaheim June 30, 1970
Jullue-Naeher-Str. 13 UneerZelohen Dr.M/]?i· Jullue-Naeher-Str. 13 UneerZelohen Dr.M /]? I ·
L J-L J-
Pa t β η t a ηm e I dungPa t β η ta η m e I dung
Anmelder; Messrs. Toyota Jidosha Kogyo Kabuehiki Kaisha and Kabushiki Kaisha Toyota Ghuo-. Kenkyusho,-Toyota-shi, and Nagoya-shi, Aichi-ken, (Japan)Applicant; Messrs. Toyota Jidosha Kogyo Kabuehiki Kaisha and Kabushiki Kaisha Toyota Ghuo-. Kenkyusho, -Toyota-shi, and Nagoya-shi, Aichi-ken, (Japan)
Bezeichnung: Verfahren zur Oberflächenbehandlung eines Werkstoffes aus Bisen oder EisenlegierungenDesignation: Process for the surface treatment of a material made of iron or iron alloys
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen oder Werkzeugen aus Eisen oder Eisenlegierungen, die ständiger Verschleiß- oder Schlagwirkung ausgesetzt sind. The invention relates to a method for surface treatment of components or tools made of iron or iron alloys that are exposed to constant wear or impact.
Bekanntlich wird Bor allgemein zur Erhöhung der Härte von Stählen verwendet. Es wird gewöhnlich benutzt, um bei fertigen Bauteilen oder Werkzeugen, wie Sehmiedegesenkenj die Oberflächenhärte oder -verschleißfeetigkeit durch Diffusion von Bor in die Oberflächen zu erhöhen. Der Nachteil dies.ee herkömmlichen Verfahrens besteht öeöoch darin, daß die so behandelten Erzeugnisse unter mechanischer Schlagwirkung wegen der fehlenden Zähfestigkeit leicht zu Bruch gehen. Ebenso bekannt sind Eisenlegierungen mit einem geringen Gehalt an Zirkonium.It is known that boron is generally used to increase the hardness of Steels used. It is commonly used for finished components or tools, such as welding dies Surface hardness or wear resistance due to diffusion of boron to increase in the surfaces. The disadvantage of dies.ee conventional method is that the so treated products under mechanical impact easy to break due to the lack of toughness. Iron alloys with a low content are also known of zirconium.
!Per Erfindung liegt die Aufgab« zugrunde, ein Verfahren der eingange genannten Art so weiterzubilden, daß die behandelten! The invention is based on the task «, a process of At the beginning of the above-mentioned kind of training so that the treated
Ö098S4/1.S2.8Ö098S4 / 1.S2.8
Oberflächen von Bisen und Eisenlegierungen sowohl zänfest als auch verschleißfest sincLSurfaces of iron and iron alloys are both tear-resistant and wear-resistant
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oberflächen von. Eisen und Eisenlegierungen außer mit Bor auch mit Zirkonium imprägniert werden, * um so die Diffusionstiefe des Bors zu vergrößern»This object is achieved according to the invention in that the surfaces of. Iron and iron alloys are impregnated with zirconium in addition to boron, * in order to increase the diffusion depth of the boron »
Gemäß einer Yerfahrensvariante sur Oberflächenbehandlung von Eisen oder Eisenlegierungen bildet sich durch Eintauchen dieser Werkstoffe in ein Gemisch ans pulverisiertem Bor oder Borverbindungen und pul- W' verisiertem Zirkonium oder Zirkoniumverbindungen und unter dem EinfluB einer Wärmebehandlung eine. . DiffusionsseMciats, die insbesondere. Bor und Zirfeo- Ώ.ΪΈΤ- "Tfehält. Hierfür eignen sieh. Borverbindungen/wie B,,u3 S'eBj, Borais wan Borsäure und. Zirkoniumverbindungen wie Fe-Zr8 ZrO2 und ZrJL, p wobei 1 eis Halogen ist."According to a Yerfahrensvariante sur surface treatment of iron or iron alloys of these materials' is formed by immersion in a mixture to the pulverized boron or boron compounds and powder-W verisiertem zirconium or zirconium compounds and under the influence of a heat treatment. . DiffusionseMciats, in particular. Boron and Zirfeo- Ώ.ΪΈΤ- "Tfehält. For this see. Boron compounds / such as B ,, u 3 S'eBj, Borais wan boric acid and. Zirconium compounds such as Fe-Zr 8 ZrO 2 and ZrJL, p where 1 is halogen. "
Zwaekmäßigerweise ist &s© erwätaten §emisch ein Zusatz !beigegeben^ ά®τ zumindest aixs einem der.02yö@ö larbönatej, Phosphat®, Cyanate umio ä©r Alkali-= und . Erdalkalimetalle ι Ton@röe| Silisimakarbid. und dergleichen besteht,, Sie Aufgabe dieser Zusätze ist es, ^ ' die Diffusionsgesehwindigkeit iroa Bor und Zirkonium ' zu erhöhen» die Bildung einer siifrieäenstellenden-Diffusionsschicht zu bewirken und alsa© gmte Bearbeitbarkeit zu gewährleistenο -Conveniently, & s © expected §emically an addition! Is added ^ ά®τ at least one of the.02yö @ ö larbönatej, Phosphat®, Cyanate umio ä © r Alkali- = and. Alkaline earth metals ι Ton @ röe | Silisimacarbide. and the like consists, it is the task of these additives to ^ 'increase the rate of diffusion iroa boron and zirconium', to bring about the formation of a protective diffusion layer and also to ensure good machinability o -
Auch kanii^ fiea §eaise!i eia BiM©sitt©l vl® kat mit öler olm© giisatgg>t©ff© ©fdgisgofeea wardeno . Eine aas äiessa ©©eilseli g@^Iläet© Säst© w±2?ä auf die OöQSiiläöhe des Also kanii ^ fiea §eaise! I eia BiM © sitt © l vl® kat mit öler olm © giisatgg> t © ff © © fdgisgofeea warden o . Aas äiessa © © eilseli g @ ^ Iläet © Säst © w ± 2? Ä on the OöQSiiläöhe des
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volle Diffusion erzielen, wenn die Paste und die Oberfläche des Werkstoffes mittels einer Hochfrequenz-Induktionsheizung erhitzt wird.achieve full diffusion when the paste and the surface of the material by means of a high-frequency induction heating is heated.
Weiterhin kann erfindungsgemäß die Oberflächenbehandlung durch Erhitzen der Werkstoffe in einer sowohl gasförmige Bor- als auch gasförmige Zirkoniumverbindungen enthaltenden Grashülle durchgeführt werden. Es empfiehlt sich, ein nicht-oxydierendes Trägergas wie Wasserstoff, Stickstoff, Helium oder Argon zu verwenden, um diese Verbindungen im gasförmigen Zustand in den Wärmebehandlungsofen einbringen zu können. Als gasförmige Borverbindungen werden BF,ι BCl,, BI~, BBr,, B2Hg und dergleichen, als gasförmige Zirkoniumverbindungen ZrFj, ZrCL·, ZrBr,, ZrI. und dergleichen verwendet. Furthermore, according to the invention, the surface treatment can be carried out by heating the materials in a grass cover containing both gaseous boron and gaseous zirconium compounds. It is advisable to use a non-oxidizing carrier gas such as hydrogen, nitrogen, helium or argon in order to be able to introduce these compounds in the gaseous state into the heat treatment furnace. BF, ι BCl ,, BI ~, BBr ,, B 2 Hg and the like are used as gaseous boron compounds, and ZrFj, ZrCL ·, ZrBr ,, ZrI are used as gaseous zirconium compounds. and the like are used.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Oberflächenbehandlung durch Eintauchen des Werkstoffes in ein Hochtemperaturschmelzbad aus einem Gemisch von Bor- und Zirkoniumverbindungen erfolgen. Obgleich der Schmelzpunkt sowohl von Bor mit 23OO°C als auch von Zirkonium mit 19000C über dem Schmelzpunkt von Eisen mit 153O°C liegt, schmelzen die Verbindungsgemische dieser Metalle bei ca. 9000C. Daher kann die Imprägnierung mit Bor und Zirkonium durch Eintauchen von Werkstoffen aus Eisen und Eisenlegierungen in ein Bad des Schmelzgemisches dieser Verbindungen Über eine Zeitspanne von mehreren Stunden erreicht werden. In diesem Falle empfiehlt es eich, den Schmelzpunkt des Bades und die Diffusionsgeschwindigkeiten von Bor und Zirkonium richtig su wählen, indem man dem Schmelzgemisch ein Zusatz beigibt, der zumindest aus einem der Alkalioxyde und -salze und au« Erdalkalimetalle« auegewählt wurde.In another embodiment of the invention, the surface treatment can be carried out by immersing the material in a high-temperature molten bath made from a mixture of boron and zirconium compounds. Although the melting point of both boron at 23OO ° C and of zirconium with 1,900 0 C above the melting point of iron with 153O ° C, the compound mixtures melt of these metals at about 900 0 C. Therefore, the impregnation with boron and zirconium with Immersion of materials made of iron and iron alloys in a bath of the melt mixture of these compounds can be achieved over a period of several hours. In this case it is advisable to correctly choose the melting point of the bath and the diffusion rates of boron and zirconium by adding an additive to the melt mixture which has been selected from at least one of the alkali oxides and salts and alkaline earth metals.
009884/1625009884/1625
Waitezffida, seises feoi fiea jeweils ofesa grträhntea Behänd·Waitezffida, seises feoi fiea each ofesa grträhntea Behänd ·
der SisualogissESgGS, Mliaiieli©
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Bis v©rIiogQS3,ci-3 isfisiÄiiag b@fa®t sleii al©o alt ztui Siaübriüges voxi B©s iaafi lis^keiiiisi la Ob©sfläoh©n Eisen ^i^i lisGalQgissnag@a0 3as Iiiapslgaieffea ssfolgt iaBis v © rIiogQS3, ci-3 isfisiÄiiag b @ fa®t sleii al © o alt ztui Siaübriüges voxi B © s iaafi lis ^ keiiiisi la Ob © sfläoh © n Eisen ^ i ^ i lisGalQgissnag @ a 0 3as Iiiapslgaieffea ssfollows
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Oberflächenverschleiß, aufgrund flex· verstärkte® 'Durch« 'äringung von Bor als folge de:?? ImpsSgaieruu^' Bit- IiE--. konimn.Surface wear, due to flex · reinforced® 'through « 'annotation of boron as follows: ?? ImpsSgaieruu ^ 'Bit- IiE--. konimn.
Die mit- den nachstehend beschriebenes Ausf ülirrngslbei« ■ spielen. erzielten Brgeteisse werde». GSÄaßi eisiges Figuren demonstriert * bzw« .anhand '?©a B gelegt.» . . .The steps described below for «■ to play. obtained Brgeteisse ». GSÄassi icy Figures demonstrated * or "by hand"? © a B placed." . . .
Eb äseigen: (*■ mit ntalEb äseigen: (* ■ with ntal
Fig. -1* eine. Mikrophotographie etesr Qmereeteitteo - "■■Fig. -1 * a. Photomicrograph etesr Qmereeteitteo - "■■
■ "; ' eines Probestückes, äas nacli Beispiel I=I-. ■ ■ , ■ "behandelt vmräe, . ■■ ■ '■ . ■ .■ ";'of a test piece, äas according to Example I = I-. ■ ■, ■" deals with vmräe,. ■■ ■ '■. ■.
Jig. 2* eine. Mikrophotographie, iea Qnersetolttes ■ eines Probestückes* naoh Beispiel ΪΙ«1, Jig. 2 * one. Microphotography, iea Qnersetolttes ■ of a test piece * naoh example ΪΙ «1 ,
Pig· 3 ein Diagramm äer*Biff-ßsioastlefe ia Ab«'- hängigkeit von der Temperatt^ nach Beispiel 11= Pig · 3 a diagram of a * Biff-ßsioastlefe ia Ab «'- dependence on the temperature according to Example 11 =
IFig«. 4 ein-Diagraaaa- des'Pros'.entaateils" desIFig «. 4 a-Diagraaaa- des'Pros'.entaateils "des
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lig· 5*.eine Mikrophotographiö d©s Querschnittes .eines Probestückes nasli Beispiel II-2/"-lig · 5 *. a microphotograph of the cross-section .a test piece nasli Example II-2 / "-
fig» 6 ein Diagramm ier Diffmsieiastief.e infig »6 a diagram at the diffmsieiastief.e in
hängigkeit' von ■ der B&handlu^gpdauer aacli . ' . Beispiel Hl-I1 ' .' 'dependency on the B & duration of handling aacli. '. Example Hl-I 1 '.''
Fig. 7 ein Biagraiiia' äer Mika?o«7iökorshärt© -Ia . ■ Abhängigkeit τοη ier SifFig. 7 a Biagraiiia 'äer Mika? O «7iökorshärt © -Ia . ■ Dependency τοη ier Sif
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tetr^g die ATbscteotkfeempessite 02G0Gtetr ^ g the ATbscteotkfeempessite 02G 0 G
und die -Anladtemperatur 2000C0 lic tung.wurde mit einer BIoiiaiiiscliIoirasLotiliBe qe£ üio yorgescfarielienen iluSe ^caeliliifen» Obnolil elüi I5si .mit den' herkömmlichen 7r-fahren w EinsatzhSrten, ililrieiarsitem mat /Jbrelz duktioneerhitzeii bciardclten Torrlrfetimg naeli fachen. Seteaucii loicht 'C%orfIäeheziii?lDOG und die forrichtrag infolge üor EiDana^i EU Bruch gehe*;, iaaitj, ti <sfreu Tosi dor? nach äea gemäSen Verfahren lifhaaclolten Vorrisfo'^ag na βία rj 2500 Arbeitseinsütiscn Iiclae Risseand the starting temperature 200 0 C 0 lic tung. was with a BIoiiaiiiscliIoirasLotiliBe qe £ üio yorgescfarielienen iluSe ^ caeliliifen »Obnolil elüi I5si .with the 'conventional 7r-drive w EinsatzhSrten, ililrieiarsitemci fachencltenii. Seteaucii loicht 'C% orfIäeheziii? LDOG and the forrichtrag as a result of EiDana ^ i EU break go * ;, iaaitj, ti <sfreu Tosi dor? according to the procedure according to lifhaaclolten Vorrisfo '^ ag na βία rj 2500 Arbeitseinsütiscn Iiclae cracks
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00988.4/182500988.4 / 1825
Nr. 1number 1
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Beispiel II-1 (fas-Example II-1 (fas-
Auf 14 hm χ 20 ms gefertigte Probestüc&e aus unlegiertem Stahl für Masehinenbauteil© (JISgSIQö) wurden-in einen Ofen gegeben, der Mit -Ifeaserptoff einschließlich BGl, und SrGl7 !beschickt war«,-Zur Herstellung des'Gas- " gemisches wurde Wasserstoff durch BGi^ mit einer icon- "" staut gehaltenen Temperatur foa ~73°C und durch ZrGl, " mit einer Temperatur foa 150 <=» 2000G geleitete Die Probestücke Mirfi'sa 1 Stisata Tbei Temperaturen von 800°C» 9GÖ°e imö 1000°Ö ©shitat«'fig» 2 3©igt die Mikrophotographie- eines Qusrsehnittiss des'Probestückes,. das eine Stunde t»ei 900°ö b©foa&d<§lt x-xsarä®, Me Analyse ergab, cisS sisti äsx ä©5? !ate e@s?. Oberflä@he d@r Diffusionsschicht IqB imd is Iaa@sa der Mf'fusioasaohicht vorwiegend f'©nB gebildet liatt©«. Ms Ug0 3P in der die -Beslalmiig suiseliea Biffmsionstisf© land Behandluiäg-s--Test pieces made of unalloyed steel for 14 hm χ 20 ms for Masehinenbauteil © (JISgSIQö) were placed in a furnace which was charged with -Ifeaserptoff including BGl, and SrGl 7 ! The specimens Mirfi'sa 1 Stisata T at temperatures of 800 ° C »9GÖ ° are guided by BGi ^ with an icon-""damming temperature foa ~ 73 ° C and by ZrGl," with a temperature foa 150 <= »200 0 G e imö 1000 ° Ö © shitat «fig» 2 3 © igt the photomicrograph of a cross section of the specimen. the one hour t »ei 900 ° ö b © foa & d <§lt x-xsarä®, Me analysis showed that cisS sisti äsx ä © 5? ! ate e @ s ?. The surface of the diffusion layer IqB and is Iaa @ sa of the Mf'fusioasaohicht mainly formed f'© n B liatt © «. Ms Ug 0 3 P in which the -Beslalmiig suiseliea Biffmsionstisf © land Betrluiäg-s--
ist klar ersiciitliehj, tos eao 55/2 bei ©iner vom 9000O ersislt tiuräeä Bei ν iner Beaa2iälis*getGiHj5e3iSit^?? yq'& 1000 0 feoimte wegsa. der Bildung 7on klQiaiea ]?@e&£ tQ$M§ siafsi®Äeaet@lleffiä© Diffueionsschielit, ©E3i®lt"t7©5?(ä@ao .tJi© srss Iigo 4· erfiii"irlliGli.-"feeueist öi® lozLtgeafliioseiJseaganaljs® -der öherfläüho ier liffiiglongseliieMs äaß sich der Zirkonium« gehalt ciisr Mxfesioasselaieht ait st@ig©aäsr Behandlungs~ temperatur- erhöht« Aus fig ο 4 1st ©Tbösafalls @ wie sich äas Konstanthalten ü<3% Temperatur tos auswirkt, d.h« "bei 2QO^o tma? die H@aga S©s; gasförmi gen ZrGl^s äas Is Wasserstoff subliEisirte s· etwa.® als bei 150°G. . - . - ■is clear ersiciitliehj, tos ea o 55/2 bei © iner vom 900 0 O ersislt tiuräe ä bei ν iner Beaa2iälis * getGiHj5e3iSit ^ ?? yq '& 1000 0 feoimte wegsa. der Bildung 7on klQiaiea]? @ e & £ tQ $ M§ siafsi®Äeaet @ lleffiä © Diffueionsschielit, © E3i®lt "t7 © 5? (ä @ ao .tJi © srss Iig o 4 · erfiii" irlliGli .- "feeueist öi ® lozLtgeafliioseiJseaganaljs® - der öherfläüho ier liffiiglongseliieMs the zirconium "content ciisr Mxfesioasselalooks ait constant © aäsr treatment temperature- increased" from fig ο 4 "1st © Tbösafalls @ how the effect is <3% , ie keeping the temperature constant "at 2QO ^ o tma? the H @ aga S © s ; gaseous ZrGl ^ s äas Is hydrogen subliEisirte s · about.® than at 150 ° G.. -. - ■
i. t - -T ir Si _ 2 ß- vj'Ji ; i*j otiootüeis an©i. t - -T ir Si _ 2 ß- vj'Ji; i * j otiootüeis an ©
geleitet worden war, bei einer Temperatur von 90O0C erhitzt. Das Probestück wurde anschließend 6 Stunden in einem Ofen mit einer Gasfüllung aus Wasserstoff, der vo,rher durch auf einer Temperatur von 2000G gehaltenes ZrCl. geleitet worden war, nochmals bei 1OOÖ°C erhitzt. Danach wurde das Probestück langsam abgekühlt. Fig. 5 zeigt eine Mikrophotographie des Querschnittes dieses Probestückes, Die Diffusionstiefe betrug ca, 120 2t » Mit Hilfe der Röntgenfluoreszenzanalyse ergab sich, daß 0,32$ Zirkonium in der Ober--.' fl'iche und 0,05$ Zirkonium in einer Oberflächentiefe von 20 U enthalten waren.had been passed, heated at a temperature of 90O 0 C. The sample was then for 6 hours in a furnace with a gas filling consisting of hydrogen, the vo, held by RHER at a temperature of 200 0 G ZrCl. had been passed, heated again at 100 ° C. Thereafter, the specimen was slowly cooled. Fig. 5 shows a microphotograph of the cross section of this test piece. The diffusion depth was approx. Fl'iche and $ 0.05 zirconium were contained in a surface depth of 20 U.
Bei der Imprägnlerbehandlung wurde- ein Schmiedegesenk aus Wannarbeitsstahl (JIS:SED4) vier Stunden bei 950°C Ln Ofen einer Wasserstoff-GashÜlle ausgesetzt, die sowohl BCl, als auch ZrC1. enthielt. Diese Gashülle wurde erzeugt, indem man Wasserstoff durch auf -73 C gehaltenes BCl, und durch auf 2000C gehaltenes ZrGl. leitete. Das Schmiedegesenk wurde dann aus 10500C Hitze abgeschreckt, gefolgt von zweimaligem Anlassen bei 60O0C,In the Imprägnlerbehandlung a forging from steel When wurde- (JIS: SED4) for four hours at 950 ° C Ln furnace exposed to a hydrogen gas atmosphere, both the BCL and ZrC1. contained. This gas bag was produced by hydrogen by kept at -73 C BCl, and kept at 200 0 C ZrGl. directed. The forging die was then quenched from 1050 0 C heat, followed by two tempering at 60O 0 C,
Da das mit Hilfe dieses Schmiedegesenkes geschmiedete Ketall hitzebeetändiger Stahl (JISiSUHI) 1st, tritt ein so hoher Verschleiß des Gesenks auf, daß seine lebensdauer nach 2500 bis 3000 Arbeitseinsätzen beendet ist. Ein Gesenk, das nach dem erfindungsgemäöen Verfahren behandelt wurde, kommt jedoch auf eine Lebensdauer von 5000 bis 6000 Arbeitseinsätzen, was der doppelten Lebensdauer eines herkömmlichen Gesenkes entspricht. Die Bildung von Hitzerissen war gering und die Genauigkeit der im Gesenk hergestellten Erzeugnisse war zufriedenstellend.Because the forged with the help of this forging die Ketal Heat Resistant Steel (JISiSUHI) 1st, enters so much wear and tear on the die that its end of service life after 2500 to 3000 work assignments is. A die, which according to the inventive method has been treated, but has a service life of 5,000 to 6,000 work assignments, which is double that Corresponds to the service life of a conventional die. The formation of heat cracks was low and the Accuracy of die-made products satisfactory.
00 98 8 4/162500 98 8 4/1625
BeJBpiejLJEII-1 „(jflÜBsijgkeits-YerfahrenlBeJBpiejLJEII-1 "(jflÜBsij gkeits-Yerfahren l
18 mm χ 40 mm große Probestücke ans unlegiertem Baustahl (JIS s 84 5G), Werkzeugstahl (JlSgSKS1, JISsSHH, JISsSfCD61) und Temperguß (JISsKOHO) wurden 1 bis 8 Stunden In ein auf 95O0C erhitztes Schmelzbad getaucht, das zu 50 Gewichtsprosenten aus Boraxs, au 30 Gewichts·= Prozenten aus ZrO9ρ zu 10 Gewichtsprosenten aus ΒΔ C und zu 10 Gewichtsprozenten aus HaCl bestand» Figo zeigt die Beziehung swischen Eintauchzeit, doh=, Behandlungszeit und der Diffusionetiefe in diesen Probestücken,, gemessen mit Hilfe mikroskopischer Unter-Buchung» Die qualitative Spektralanalyse bestätigte,, dafi alle Diffuelonsschichten sowohl Bor als auch Zirkonium enthielten«,18 mm χ 40 mm specimens of unalloyed structural steel (JIS s 84 5G), tool steel (JlSgSKS 1 , JISsSHH, JISsSfCD61) and malleable cast iron (JISsKOHO) were immersed for 1 to 8 hours in a molten bath heated to 95O 0 C, which had a weight of 50 parts from Boraxs, au 30 weight · = percentage of ZrO 9 ρ to 10 Gewichtsprosenten from Β Δ C and to 10 percent by weight of HACL consisted »Figo shows the relationship swischen immersion time, d o h =, treatment time and the Diffusionetiefe in these specimens ,, measured with the help of microscopic sub-booking "The qualitative spectral analysis confirmed" that all diffuelon layers contained both boron and zirconium ",
Belsplel_III-2_ () Belsplel_III-2_ ()
Ein ¥armsehmiede-Prägst@mpel aus Xiasrmarbeits-Gesenkstahl (JlSsSKD61) wurde 5 Stunden bei 95O°Cin ein Schmelzbad mit der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel III-1 getaucht» Anschließend iirurde der Prägestempel aus 1050°G Hitze abgeschreckt,: gefolgt von zweimaligem Anlaßen bei 600 C. Die Lebensdauer des An ¥ armsehmiede stamping die made of Xiasrmarbeits die steel (JISsSKD61) was immersed for 5 hours at 95O ° C in a molten bath with the same composition as in Example III-1. The stamping was then quenched from 1050 ° G heat, followed by twice Tempering at 600 C. The service life of the
. Prägestempels betrug 9915 Arbeitseinsätze, ungefähr dreimal soviel wie der Mittelwert von 3800 Arbeiteeinsätzen für die Lebensdauer herkömmlicher Prägestempel». The die was 9915 jobs, about three times as much as the average of 3800 work inserts for the service life of conventional embossing dies »
Beispiel III~5 (glüBSigkeits-YerfahrenlExample III ~ 5 (happiness method l
Ein Warmschmiedegesenk aus Warmarbeitsstahl (JISsSO4) wurde bei 9000C 5 Stunden In das Bad eines Schmelzgemicchee mit der gleichen Zusammensetzung wie In Beispiel III-1 getaucht. Anschließend wurde das Gesenk aus 10500C Hitze abgeschreckt und einmal bei 62O0G und einmal bei 6000C angelassen. Die Lebensdauer des Gesenks betrug 14820 Arbeitseinsätze, ungefähr 5»5 mal 009884/1625 A Warmschmiedegesenk from hot-work steel (JISsSO4) was 5 hours in the bath of a Schmelzgemicchee with the same composition as dipped at 900 0 C in Example III -1. Then the die from 1050 0 C heat was quenched and once at 62O 0 G and once at 600 0 C. The life of the die was 14820 jobs, about 5 »5 times 009884/1625
so lang wie die mittlere Lebensdauer herkömmlicher Gesenke mit 2700 Arbeitseinsätzen. Dieses Gesenk zeigte während seiner gesamten Lebensdauer keinerlei Risse·as long as the average service life of conventional dies with 2700 work assignments. This die did not show any cracks during its entire service life
Beispiel IV-1 (Elektrolytisches "Verfahren); Example IV-1 ( Electrolytic "Process);
Ein 18 mm χ 50 mm großes Probestück aus unlegiertem Stahl (JISJS450) wurde in ein Schmelzbad .mit 85 Gewi chtsprozenten Borax und 15 Gewichtsprozenten Zirko» niumoxyd getaucht und, als Kathode verwendet» 2 Stunden bei einer Temperatur von 9000C unter Einwirkung einer Stromdichte von 12 A pro Quadratdezimeter elektro lysiert. Die Kurve 2 in Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen Diffusionstiefe und der Mikro-Vickershärte dieses Probestückes. Die Kurve 1 in Hg.7 zeigt die gleiche Beziehung wie oben bei einem Probestück, das nach dem herkömmlichen Verfahren behandelt wurde,-nämlich durch Eintauchen in ein Bad aus geschmolzenem Borax ohne Zirkoniumoxyd und Elektrolyse unter den gleichen Bedingungen wie oben erwähnt. Die Oberflächenhärte der Diffusionssehicht bei dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Probestück betrug 1520 gegenüber 1120 für das nach dem herkömmlichen Verfahren behandelte Probestück. Fig.8 und 9 zeigen Mikrophotographien der Querschnitte durch die Diffusionsschichten von Probestücken, die jeweils nach dem herkömmlihen und dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurden. Die Imprägniertiefe betrug 100 ^ für das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Probestück gegenüber 50^/i für das nach dem herkömmlichen Verfahren hergestellte Probestück. Die Kurven 3,4 und 5 in Fig.10 veranschaulichen jeweils den Einfluß des prozentualenA 18 mm χ 50 mm coupon of mild steel (JISJS450) was dissolved in a molten .with 85 Nominal chtsprozenten borax and 15 percent by weight zirco "niumoxyd immersed and, as a cathode used» 2 hours at a temperature of 900 0 C under the action of a current density of 12 A per square decimeter electrolysed. Curve 2 in Fig. 7 shows the relationship between the diffusion depth and the micro Vickers hardness of this test piece. Curve 1 in Fig. 7 shows the same relationship as above for a test piece treated by the conventional method, namely, by immersion in a bath of molten borax containing no zirconia and electrolysis under the same conditions as mentioned above. The surface hardness of the diffusion layer in the test piece treated according to the method of the invention was 1520 compared to 1120 for the test piece treated according to the conventional method. 8 and 9 show photomicrographs of the cross-sections through the diffusion layers of test pieces which were treated according to the conventional method and the method according to the invention, respectively. The impregnation depth was 100 ^ for the test piece produced by the method according to the invention compared to 50 ^ / 1 for the test piece produced by the conventional method. Curves 3, 4 and 5 in FIG. 10 each illustrate the influence of the percentage
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L^b an ZiEkoniumosqrd auf di© Yiskesiität d©s auf die Imprägniertiefe in die Probestücke und auf die Härte dei" Diffusionsoberschicht» Es 1st klar ersichtlich;, daß in allen Fällen die Höchstwert© Tb@i -5 bis 15$"Gehalt an Zirkoniumoxyd erreicht nrerden0 Sin-ßshalt an Zirkoniumozyö von über 30$ ist nicht vorteilhaft 5 da. die Löslichkeit τοη Zirkoniumoxid Im Bad bei einem .Anteil "won/-ca. 30$ den Sättigungspunkt ©Ersieht0 S1Ig0 11 veranschaulicht die Beziehung zwischen äer Hart® ü®i? Biffuslonsschicht dör nach demL ^ b an ZiEkoniumosqrd on di © Yiskesiität d © s on the impregnation depth in the test pieces and on the hardness of the "diffusion top layer" It is clearly evident; that in all cases the maximum value © Tb @ i -5 to 15 $ "content zirconia nrerden reaches 0 Sin-ßshalt to Zirkoniumozyö of more than $ 30 is not advantageous because 5. the solubility τοη zirconium oxide In the bath with a .portion "won / -approx. 30 $ the saturation point © See 0 S 1 Ig 0 11 illustrates the relationship between a hard® ü®i? Biffuslonsschicht dör after the
Oberfläche uad der Äalaßteiipiratiir
wird gezeigt, daß dia Anlaßt©aperatMr keinen. Einfluß
auf die Härte hat. Bah@r ^esrlagsst sieh die
härte einee nacsh des esiiaetaa§sg©®ä©es Tt^fahrea behandelten Werkzeugs nicht,, w@na äas Werkseug wäteenä des Gebrauchs
infolge des Temperateraastiega AaIaSt©mperaturen ausgesetzt
ist, "as,3 clsraiaf hiiidoiitetj, daß sieh nseh dem erfiadungs·=
γ«?;--·;;--"- ferfahren behandolt© l'J©rlss©iag® für einen langen
fre"brtiiioh eigaen»Surface and the Äalassteiipiratiir
it is shown that the occasion © aperatMr does not. Has an influence on the hardness. Bah @ r ^ esrlagsst see the hardness ae after the esiiaetaa§sg © ®ä © es Tt ^ fahrea treated tool not ,, w @ na äas Werkseug wäteenä of use due to the Temperateraastiega AaIaSt © mperaturen, "as, 3 clsraiaf hiiidoiitetj that look nseh the erfiadungs · = γ '; - · ;; - "- ferfahren behandolt © l'J © RLSS © iag® for a long f re" brtiiioh eigaen "
Es vmrde auch ges©igt9 daß eis aa@h dem ©rfindungsgemäßen. ■farfahresi gehärtetes frolestüok aMßergswöhnlich© Zähfestigkeit aufweistf da keinerlei Äbblätterungsersche.inungen beobachtet wirdeng obwohl ein® kl©isi© Serbe entstand, als bei einer Schlagprobe ein 5 kgo^Gawieht aus einer Höhe.von 1500 am auf die Oberfläefe© fi@l0 It is also said 9 that ice is aa @ h according to the invention. ■ Farfahresi hardened frolestüok has an extraordinary toughness f since no signs of flaking are observed g although a kl isi Serb arose when a 5 kg gaw blow from a height of 1500 am onto the surface fi @ l during an impact test 0
Tabelle 2 enthält das Ergebnis der Spektralanalyse an der gehärteten Einsatz schicht eiass naeh dem erfindungs=» gemäßen
Verfahren .behandelten Probestüofess und geigt 8
daß die Sinsatzschioht ©inesi hoh©a Anteil an Bor iiad
Zirkonium enthalte Das ¥orhaadeas@ia dar anderen Elemente .
ist auf den Tiegel aue rostfrei®!
der während der Elekteolys© als Mod© <äl<3nt©t Table 2 contains the results of spectral analysis on the hardened case eiass Naeh the Invention = "process according .behandelten Probestüofess plays the violin and 8 that the Sinsatzschioht © Inesi Hoh © a proportion of boron-containing zirconium IIad The orhaadeas ¥ @ ia represents other elements. is on the crucible aue rostfrei®!
which during the Elekteolys © as Mod © <äl <3nt © t
ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
wertAnalyzes
value
Außerdem wurden nicht behandelte und nach dem erfinduiigsgeraäfien Verfahren "behandelte Probestücke "bei einer Temperatur von 95O°C eine Stunde der Außenatmosphäre auc^esetat. Im ersten Fall beobachtete man die Bildung und das Abblättern einer Oxydschicht auf der Oberfläche der Probestücke, im zweiten Fall jedoch war keine Oxydschi chtbildUi^ festzustellen, obwohl eine leichte Oxydationsverfärbung au sehen war. Auf diese WeiseIn addition, were not treated and after the inventive devices Procedure "treated specimens" at a temperature of 95O ° C for one hour of the external atmosphere also acetate. In the first case one observed the education and the flaking off of an oxide layer on the surface of the test pieces, but in the second case no oxide layer was observed, although a slight one Oxidation discoloration was visible. In this way
vlaß' wurde der Beweis erbracht, dafirnach dem erflnäuhgegeniäßen Verfahren behandelte Probestück wünschenswerte Antioxydatieneeigenschaften, vergleichbar denen \ron roptfreiem Stähl, beeitct.Vlass the proof has been furnished ', Dafi r desirable according to the method erflnäuhgegeniäßen treated specimen Antioxydatieneeigenschaften comparable to those \ r on steel of roptfreiem, beeitct.
Beispiel IV-£ (Elektrolyticehes Verfahren) Example I V- £ ( electrolytic process)
Ein Warmochmiedegesenk aus Warmarbeits-Gesenkstahl wurde in ein zu S5 Gewichtsprozenten aus Borax und zu 15 Gewichtsprosenten aus Zirkoniumoxyd (SrOp) bestehendes Sehmelsbadgemiseh getaucht und bei 105O0C zwei Stunden unter Einwirkung einer Stromdichte von 10 A pro Quadratdezimeter elektrolytisch imprägniert. Anschließend wurde das Gesenk aus 10500C Hitae abgeschreckt und dann zweimal bei 55O0C angelassen, worauf eine Abkühlung in. Cl erfolgte. Die Lebensdauer dieses Gesenkes betrug 7089 Arbeitseinsätze, was einer dreifachen Lebensdauer eines herkömmlichen Gesenkes mit £650 Arbeitseinsätzen gleichkommt. Außerdem ergaben sich weder Hitzerisse noch eine A Warmochmiedegesenk made of hot work die steel was dipped into an existing S5 to percentages by weight of borax and from 15 Gewichtsprosenten zirconia (srop) Sehmelsbadgemiseh electrolytically and impregnated for two hours under the action of a current density of 10 A per square decimeter at 105 0 C. Then the die from 1050 0 C Hitae was quenched and tempered twice at 55O 0 C, followed by cooling in. Cl done. The life of this die was 7089 jobs, which is three times the life of a conventional die with £ 650 jobs. In addition, there were neither heat cracks nor one
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Verminderung der Oberflächenhärte des Gesenkes, obwohl die Oberflächentemperaturen des Gesenkes beim Gesenkschmieden im Dauerbetrieb 700 bis 8000G erreichten.Reduction of the surface hardness of the die, although the surface temperatures of the die reached 700 to 800 0 G in continuous operation during closed-die forging.
Drei Aufspannzapfen aus unlegiertem"Werkzeugstahl (JISiSKJ) zum Schleifen der Innenkreise von Zahnrädern wurden in ein Schmelzbad aus 80$ Gewichtsteilen Borax und 20$ Gewichtsteilen Zirkoniumoxyd getaucht und 2 Stunden bei 880°C unter einer Stromdichte von ca, 15 A pro Quadratdezimeter elektrolytisch imprägniert. Anschliessend wurden diese Zapfen aus 8400C Hitze abgeschreckt, bei 16O°C angelassen und dann in Öl abgekühlt. Diese Zapfen hatten genau die sechsfache Lebensdauer von Zapfen, die in einem herkömmlichen Gesenk hergestellt wurden, und auch ihre Präzision war größer.Three clamping pins made of unalloyed tool steel (JISiSKJ) for grinding the inner circles of gears were immersed in a molten bath made of $ 80 parts by weight of borax and $ 20 parts by weight of zirconium oxide and electrolytically impregnated for 2 hours at 880 ° C. under a current density of approx. 15 A per square decimeter. subsequently, these pins were quenched from 840 0 C heat annealed at 16O ° C and then cooled in oil. these cones had exactly six times the life of cones, which were produced in a conventional die, and their accuracy was greater.
Ein Warmschmiedegesenk aus Warmarbeits-Gesenkstahl (JIS:SED61) wurde in einem Schmelzbad aus 90$ Gewichtsteilen Borax und 10$ Gewichtsteilen Zirkoniumoxyd 2 Stunden bei 9000C unter einer Stromdichte von 15 A pro Quadratdezimeter elektrolytisch imprägniert. Das Gesenk wurde im Vakuum aus 1050°C Hitze abgeschreckt und zweimal bei 55O0C angelassen und 'schließlich in Gas abgekühlt. Die lebensdauer dieses Gesenks betrug 13.340 Arbeitseinsätze, ungefähr das Doppelte der bisherigen Lebensdauer von 6.800 Arbeitseinsätzen.A hot forging die made of hot-work die steel (JIS: SED61) was electrolytically impregnated in a molten bath of 90 parts by weight of borax and 10 parts by weight of zirconium oxide for 2 hours at 900 ° C. under a current density of 15 A per square decimeter. The die was quenched in a vacuum from 1050 ° C heat and annealed twice at 55O 0 C and 'finally cooled in gas. The service life of this die was 13,340 jobs, roughly double the previous service life of 6,800 jobs.
In den Beispielen IV-1 bis IV-5 wurde das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auf Werkstoffe aus unlegiertem Stahl angewendet und auf Werkstoffe aus legiertem Stahl, jedoch ist die erfindungsgemäSe Imprägnierbe-In Examples IV-1 to IV-5, the method of the present invention was to materials made of carbon steel used in accordance with and to materials made of alloyed steel, however, the erfindungsgemäSe Imprägnierbe-
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handlung auch auf Gußeisen und Erzeugnisse aus gesinterter !Ferrolegierung anwendbar. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Behandlung läßt sich eine Einsatzschicht von extremer Härte, eine Diffusionsschicht mit einem gewünschten Grad an Zähfestigkeit und eine oxydationsbeständige Oberflächenschicht herstellen. Fig. 12. und 13 zeigen Mikrophotographien von Querschnitten imprägnierter Zonen bei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Probestücken aus jeweils gewöhnlichem Gußeisen (JISjFG25) und Kugelgraphit Gußeisen (JIS:FGD4O), In beiden Fällen erreichte die Oberflächenhärte der imprägnierten Zone Werte für die Mikro-Vickershärte, die zwischen 1100 und 1200 lagen. Pig. 14 zeigt eine Mikrophotographie des Querschnitts durch die imprägnierte Zone eines Probestückes, einem aus Ferrolegierung bestehenden Erzeugnis der Pulvermetallurgie, mit einem Kohlenstoffgehalt von 1$. Hierbei zeigte die Oberflächenhärte der imprägnierten Zone einen Wert von 1150 Mikro-Vickershärte.trading also in cast iron and sintered products ! Ferroalloy applicable. With the aid of the treatment according to the invention, an insert layer can be created of extreme hardness, a diffusion layer with a desired level of toughness, and a Produce an oxidation-resistant surface layer. Figures 12 and 13 show photomicrographs of cross sections impregnated zones in test pieces treated by the method according to the invention from each ordinary cast iron (JISjFG25) and spheroidal graphite cast iron (JIS: FGD4O), In both cases, the Surface hardness of the impregnated zone values for the Micro Vickers hardness, which was between 1100 and 1200. Pig. 14 shows a photomicrograph of the cross section through the impregnated zone of a test piece, a ferro-alloy product of powder metallurgy, with a carbon content of $ 1. This showed the surface hardness of the impregnated zone a value of 1150 micro Vickers hardness.
009334/162009334/162
Claims (10)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5386369 | 1969-07-09 | ||
JP5386369 | 1969-07-09 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2033899A1 true DE2033899A1 (en) | 1971-01-21 |
DE2033899B2 DE2033899B2 (en) | 1975-08-21 |
DE2033899C3 DE2033899C3 (en) | 1976-04-01 |
Family
ID=
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2396809A1 (en) * | 1977-07-07 | 1979-02-02 | Toyoda Chuo Kenkyusho Kk | METHOD AND COMPOSITION FOR FORMING A CARBIDE LAYER ON THE SURFACE OF AN IRON ALLOY OBJECT |
US4224382A (en) * | 1979-01-26 | 1980-09-23 | Union Carbide Corporation | Hard facing of metal substrates |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR2396809A1 (en) * | 1977-07-07 | 1979-02-02 | Toyoda Chuo Kenkyusho Kk | METHOD AND COMPOSITION FOR FORMING A CARBIDE LAYER ON THE SURFACE OF AN IRON ALLOY OBJECT |
US4224382A (en) * | 1979-01-26 | 1980-09-23 | Union Carbide Corporation | Hard facing of metal substrates |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2033899B2 (en) | 1975-08-21 |
GB1313865A (en) | 1973-04-18 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |