DE2127096C3

DE2127096C3 - Verfahren zum Borieren von Metallen, insbesondere von Stahl und Eisen

Info

Publication number: DE2127096C3
Application number: DE2127096A
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl.-Ing. Dr. 6240 Koenigstein Krzyminski
Original assignee: Deutsche Gold und Silber Scheideanstalt
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1971-06-01
Filing date: 1971-06-01
Publication date: 1980-11-06
Also published as: GB1384171A; DE2127096A1; US3809583A; FR2139869A1; SE379558B; AT313666B; IT954646B; BR7203538D0; FR2139869B1; JPS5121383B1; DE2127096B2

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Borieren von Metallen, insbesondere von Stahl und Eisen, in einem Borierungsgemisch aus borabgebender Substanz, Aktivator und gegebenenfalls Streckmittel.

Das Borieren von Stählen, das zu sehr harten Oberflächenschichten führt und daher zur Lösung von Verschleißproblemen an Bauteilen und Werkzeugen immer größere Anwendung findet, wird technisch vorzugsweise in einem borabgebenden Pulver durchgeführt. Dieses Verfahren erfordert nur einen geringen apparativen Aufwand. Zur Durchführung des Verfahrens werden die Bauteile in einem Kasten angeordnet und mit dem borabgebenden Pulver umgeben. Danach werden die Kästen in einen geeigneten Ofen geschoben und bei Temperaturen in der Größenordnung von 800 bis 1100°C mehrere Stunden behandelt. Danach werden die Kästen wieder aus dem Ofen genommen, kühlen ab und werden dann entleert. wi

Als borierende Pulver werden Mischungen verwendet, die aus einem borabgebenden Bestandteil bestehen, wie z. B. amorphes Bor, kristallines Bor, Ferrobor, Borcarbid, Borax und Gemische aus diesen Stoffen und die ferner aktivierende Zusätze enthalten. Schließlich *> können diesen borierenden Pulvern noch Streckmittel zugesetzt werden (z. B. FR-PS 20 18 609).

Durch das Borieren entstehen Schichten, die aus dem duktileren Fe2B oder dem spröderen FeB oder beiden entstehen können. Eine Abstimmung der Verhältnisse von FeB zu Fe2B ist in vielen Fällen wünschenswert Eine solche Steuerung der Qualität der Boridschicht kann dadurch geschehen, daB die Borierungspulver niedrigere oder höhere Konzentrationen an dem borabgebenden Mittel enthalten oder unterschiedlich stark aktiviert sind. Auch die Stahlqualität der zu borierenden Teile ist von Einfluß auf die Zusammensetzung der Boridschicht, so daß auch eine Steuerung der Zusammensetzung des Borierungspulvers im Hinblick auf die Stahlauswahl wünschenswert erscheint

Die bisher verwendeten Borierungspulver zeigen in der Praxis jedoch zwei schwerwiegende Nachteile.

Der eine davon ist, daß die staubförmigen, rußähnlichen Pulvergemische in ihrer Handhabung sehr unangenehm sind. Aufgrund ihres geringen Schüttgewichtes ist es oft schwierig, das Pulver in den Kästen hinreichend dicht einzustampfen. Zudem sintert das Pulver während der Glühbehandlung zusammen, wodurch das Herausnehmen der Teile nach Abschluß der Behandlung erschwert wird. In vielen Fällen ist man deshalb dazu übergegangen, die Kästen nach der Glühbehandlung an Luft auf etwa 200° C abkühlen zu lassen und dann in einen mit heißem Wasser gefüllten Behälter zu stellen, damit das festgesinterte Pulver aufweicht. Die Teile werden dann aus dem zu einem schwarzen Schlamm gewordenen Pulver entnommen und bedürfen noch einer gründlichen Nachreinigung durch intensives Waschen oder Bürsten. Diese Verfahrensweise bedingt, daß das sehr teure Borierungspulver nicht wieder verwendet werden kann, obwohl von der chemischen Zusammensetzung her ein mehrfacher Gebrauch grundsätzlich möglich wäre. Eine Wiederverwendung würde nämlich voraussetzen, daß das zu Schlamm gewordene Borierungsmittel getrocknet und gemahlen wird. Dieser umständliche und aufwendige Prozeß steht in keinem Verhältnis mehr zu der Kostenersparnis, die auf diese Weise erreicht werden könnte.

Der zweite schwerwiegende Nachteil ist die Tatsache, daß die an sich erwünschte Steuerung der Borierungswirkung durch Änderung der Konzentration an borierendem Bestandteil sich in der Praxis nur schlecht realisieren läßt, weil die vorgegebenen Mischungen unter Umständen zur Entmischung neigen.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Borieren von Metallen, insbesondere von Stahl und Eisen, in einem Borierungsgemisch aus borabgebenden Substanzen, Aktivatoren und gegebenenfalls Streckmitteln zu finden, wobei das Borierungsgemisch ohne Aufarbeitung mehrfach einsetzbar und nicht zur Entmischung neigen sollte.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Borierungsgemisch mit einer kohlenstoffhaltigen Substanz wie Holzkohlenteer als Bindemittel vermischt und gemeinsam zu einem Granulat verpreßt wird. Zur Herstellung des Borierungspulvers werden z. B. die genannten Bestandteile zunächst pulverförmig gemischt und dann mit einem Holzkohleteer angerührt, so daß eine teigige Masse entsteht, die sich verpressen läßt. Durch Verpressen mit Hilfe eines entsprechenden Werkzeuges werden kleine zylinderförmige Körper erzeugt, die danach bei 450⁰C geglüht werden. Dabei entweichen alle flüchtigen Bestandteile und es bleibt ein relativ festes Gerüst aus freiem Kohlenstoff zurück, in das die verschiedenen Bestandteile des Borierungspulvers eingebettet sind.

Dieses Produkt vermeidet die geschilderten Nachteile.

Einerseits neigt das Produkt bei der Durchführung der Borierungsbehandlung nicht zum Zusammensintern. Nach Durchführung der Borierungsbehandlung und Abkühlung kann es leicht aus dem Kasten geschüttet werden und ist sofort für eine weitere Verwendung brauchbar. Außerdem bleibt die einmal durch Mischen erzeugte Zusammensetzung auch bei oftmaligem Gebrauch J-onstant, und zwar selbst dann, wenn die einzelnen Körper während des mehrfachen Gebrauches mechanisch abgerieben werden.

Beispiel 1

Zum Borieren wurde — wie erfindungsgemäß beschrieben — ein Produkt hergestellt, das wie folgt

zusammengesetzt war: 56% Borcarbid (B4C), 16% Borax, !0% Kaliumfiuorid, 6% Kohle.

Dieses Produkt wurde zum Borieren von Stahlproben aus Ck 15, normalisiert, verwendet, wobei die Borierung 5 Stunden bei 300° C durchgeführt wurde. Die Borierung wurde mit dem gleichen Produkt 4mal hintereinander durchgeführt Dabei ergab sich, daß die im ersten Versuch erzeugte Schichtdicke von 240 μπι im 4. Versuch auf 190 μΐη zurückging.

Beispiel 2

Der Versuch wurde durchgeführt wie im Beispiel 1 beschrieben, jedoch bei jeder neuen Behandlung 15% frisches Borierungsmittel der beschriebenen Art zugesetz. Dabei lag in allen Fällen die Dicke der Boridschicht bei 230 bis 240 μΐη.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Borieren von Metallen, insbesondere von Stahl und Eisen in einem Borierungsgemisch aus borabgebender Substanz, Aktivator und gegebenenfalls Streckmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Borierungsgemisch mit einer kohlenstoffhaltigen Substanz, wie Holzkohleteer, als Bindemittel vermischt und gemeinsam ι ο zu einem Granulat verpreßt wird, und anschließend die Granulate einer Glühbehandlung bei höheren Temperaturen, insbesondere bei 450°, unterworfen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als borabgebende Substanzen amorphes Bor, kristallines Bor, Ferrobor, Borcarbid, Borax und Gemische aus diesen Stoffen verwendet werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als aktivierende Zusätze Kalium-, Natrium-, Ammonium- oder Calciumchlorid, Bariumfluorid oder Magnesiumfluorid oder Gemische aus den genannten Stoffen verwendet werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der borabgebenden Stoffe im Granulat zwischen 30 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 82 Gew.-%, eingesetzt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt im Granulat zwischen 2 und 40 Gew.-% eingesetzt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des Granulats mit 0,4 bis 12 mm, vorzugsweise 2 bis 3 mm, eingesetzt wird.