DE2135763B2

DE2135763B2 - Verfahren zur Behandlung von Eisen- und Stahlgegenständen zur Bildung einer Nitridschicht

Info

Publication number: DE2135763B2
Application number: DE2135763A
Authority: DE
Inventors: Shinji Fushimi; Kunitsugu Kawabe; Takao Chigasaki Kondo
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1970-07-21
Filing date: 1971-07-16
Publication date: 1975-01-02
Also published as: DE2135763C3; FR2099491B1; FR2099491A1; DE2135763A1; GB1351234A; US3748195A

Description

welche nach dem herkömmlichen Verfahren und wünschenswert ist, die Temperatur der Nitnerungsat-

•rach dem erfindungsgemäßen Verfahren nitriert mosphäre auf zwischen 450 und 650° C einzustellen,

sind; In Fig.2 ist die Tiefe der Stickstoffdiffusion ge-

Fig.4 bis 8 sind mikroskopische Aufnahmen bei gen die HaÜezeit aufgetragen, welche man erhält,

400facher Vergrößerung, welche dir MikroStruktur 5 wenn Metallproben elektrniytischen Eisens, welches

im Querschnitt von Metallproben zeigen, welche 0,008% Kohlenstoff enthält, nach dem herkömmli-

nach dem herkömmlichen Verfahren und dem erfin- chen Nitridierungsverfahren mit Ammoniakgas sowie

dungsgemäßen Verfahren nitridiert sind; nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt

Fig.9 ist eine graphische Darstellung, welche die werden. Die erfindungsgemäß zugesetzte Luftmenge

Mengen an in die Oberfläche eines Metalls diffun- io beträgt etwa 1 Volumprozent. In der graphischen

dierten Stickstoffs und Kohlenstoffs, sowie die Tiefe Darstellung sind die ausgezogenen Linien die Diffu-

einer Verbundschicht, aufgetragen gegen die Menge sionstiefen des Stickstoffs, welche bei drei verschie-

an erfindungsgemgß eingeführter Luft, zeigt; denen Temperaturen beim erfindungsgemäßen Ver-

F i g. 10 bis 13 sind analytische Ergebnisse, welche fahren erreicht werden, und die gestrichelten Linien

bei elektrolytischem Eisen nach der Behandlung ge- 15 sujd die nach dem herkömmlichen Verfahren erziel-

mäß dem herkömmlichen Verfahren und gemäß dem ten Tiefen. F i g. 2 zeigt die Überlegenheit des erfin-

erEndungsgemäßen Verfahren mittels Elektronen- dungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem herkömm-

beugungsaufnahmen erhalten werden; liehen Verfahren dahingehend, daß die Zeit, welche

Fig. 14 bis 17 sind mikroskopische Aufnahmen in zum Erzielen einer gewünschten Diffusionstiefe des

400facher Vergrößreung, welche die MikroStruktur »o Stickstoffs erforderlich ist, stark herabgesetzt ist.

im Querschnitt von Metallproben zeigen, welche Die F i g. 3 A und 3 B zeigen zum Vergleich Rönt-

nach dem herkömmlichen Verfahren und nach dem genstrahlen-Beugungsbilder der Oberflächenschich-

erfindungsgemäßen Verfahren carbonitriert sind. ten von Metallproben, welche nach dem herkömmli-

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, chen Verfahren bzw. nach dem erfindungsgemäßen wird eine kleine Menge Luft oder elementaren Sauer- »5 Verfahren nitriert sind. Beim herkömmlichen Verstoffs in die Nitrierungsatmosphäre aus Ammoniak- fahren wurden die Testproben für 2 Stunden bei gas eingeführt, um die Dissoziation des Gases zu er- 550° C in einer Atmosphäre aus lOO«/oigem Ammoleichtern, damit die Stickstoffkonzentration der Ai- niak gehalten, während beim erfindungsgemäßen mosphäre gesteigert wird, so daß die Nitrierunjrszeit Verfahren der Ammoniakgasatmosphäre 1 Volumherabgesetzt wird. Dadurch wird in der Oberfläche 30 prozent Luft hinzugesetzt wurde. Ein Vergleich zwider zu behandelnden Metalle eine Verbundschicht sehen den Beugungsbildern zeigt klar, daß eine solche gebildet, während das Erzeugen von Ferro-ferri-mo- Spitze, wie sie in Fig. 3 A die Anwesenheit von nonitrid (Fe₂N) in der Oberfläche verhindert wird. Fe₂N angibt, welches zum Abschälen neigt, in Es ist zu bemerken, daß dieses Verfahren besse- be- Fig. 3B nicht gefunden werden kann, was bedeutet, friedigend ausgeführt werden kann, indem man einen 35 daß das erfindungsgemäße Verfahren wirksam ist, die Überzug aus Nctriumsilicat oder aus einem Gemisch Bildung einer Schicht aus solch einer Verbindung von Natriumsilicat und feuerfestem Ton auf die In- zu verhindern.

nenwandung des zur Behandlung verwendeten Ofens Die F i g. 4 bis 8 sind mikroskopische Aufnahmen

aufbringt, welcher gewöhnlich aus rostfreiem Stahl von Querschnitten in 400facher Vergrößeiung,

hergestellt ist, und einen solchen Überzug auch auf 40 welche die Mikrostrukturen von Metallproben zei-

die Oberflächen der Instrumente bzw. der Halter gen, die unter unterschiedlichen Behandlungsbedin-

zum Halten der Metalle aufbringt, wonach ein gungen nitriert sind. In den Mikroaufnahmen gibt A

Trocknen des Überzuges folgt. die Verbundschicht an, B bedeutet die Schicht, in

F i g. 1 zeigt, wie die Menge diffundierten Stick- welche der Stickstoff hineindiffundiert ist, und C ist

Stoffs und die Tiefe einer Verbundschich», durch die 45 das Grundmetall bzw. der Kern. F i g. 4 zeigt einen

Steigerung der Menge eingeführter Luft beeinflußt Flußstahl, welcher nach dem herkömmlichen Verfah-

werden. Diese Werte werden erhalten, wenn Fluß- ren nitriert ist, d.h. für 2 Stunden in einer Atmo-

stahlbleche mit einem Gehalt an 0,07 °/o Kohlenstoff Sphäre aus lOO°/oigem Ammoniakgas bei 570⁰C.

und einer Dicke von 0,1 mm, für 2 Stunden bei F i g. 5 zeigt den Flußstahl, welcher für 2 Stunden in

570° C in den Ammoniak-Luftgemischen gehalten 5° einer Atmosphäre aus 99°/o Ammoniakgas und 1 °/o

werden. Es ist ersichtlich, daß die Menge diffundier- Luft bei 570" Γ behandelt wurde. F i g. 6 zeigt den

ten Stickstoffs und die Tiefe der Verbundschicht an- Flußstahl, welcher für 2 Stunden in einer Atmo-

steigen, wenn die Luftmenge sich von 0 auf 0,5 Vo- Sphäre aus 95 ⁰Zo Ammoniakgas und 5 °/o Luft bei

lumprozent steigert, daß jedoch beide eine geringe 570° C behandelt wurde. Fig. 7 zeigt SUH 2, 90

Steigerungsrate zeigen, wenn die Luftmenge weiter 55 Minuten behandelt in einer Atmosphäre aus 99⁰A

auf 5°/· ansteigt. Die Tiefe der Verbundschicht Ammoniakgas und 1 %> Luft bei 600° C. Fig. 8

scheint ihr Maximum bei der Einführung in der Ge- zeigt aufgekohlten Scr 20, 2 Stunden behandelt ir

gend von 5 Volumprozent Luft zu erreichen. Es einer Atmosphäre aus 99 °/o Ammoniakgas und 1 °/i

wurde gefunden, daß die Neigung zum Stattfinden Luft bei 570° C. (Alle Prozentangaben beziehen sich

unerwünschter Oxydation besteht, wenn die Luft- 60 auf das Volumen). SUH 3 und Scr 20 sind Stahllegie

menge weiter auf oberhalb 5°/o gesteigert wird. Da- rungen, welche nach den Japan Industrial Standard!

her ist es wichtig, daß die Menge an zugesetzter Luft definiert sind.

im Bereich von 0,5 bis 5 Volumprozent, Vorzugs- Die Tabelle I gibt die Ergebnisse des einfachet

weise im Bereich von 1 bis 3 Volumprozent, liegt. Biegeermüdungstests wieder, welcher gemäß dem ^l

Wenn anstelle von Luft, elementarer Sauerstoff der 65 kg-m Ermüdungstest nach Shenk durchgeführ

Atmosphäre zugesetzt wird, so beträgt die angemes- wurde, und zwar mit den Testproben, welche nacl

sene Menge 0,1 bis 1 Volumprozent, vorzugsweise dem »Tufftriding«-Prozeß und nach dem erfindungs

0,2 bis 0,6 Volumprozent. Es hat sich gezeigt, daß es gemäßen Verfahren nitriert sind.

Tabelle I

	S25C	Behandlungsmethode	Behandlimgstemperalur/ -zeit	Ermüdungsgrenze ο wp (kg/mm^!)	nacn Behandlung	Größe der
Material	Normalisiertes Material				49,0	Steigerung °/o
	S45C	Tufftriding	570° C/90 Min.	vor Behandlung	49,0	120,5
Normalisiertes Material	99VoNH₃+ 1Vo Luft	570° C/90 Min.	22,2	62,0	120,5
	Tufftriding	570° C/90 Min.	22,2	62,0	118,2
99VoNH₃+ IVo Luft	570° C/90 Min.	28,9	118,2
	28,9

Aus der Tabelle I ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren die Ermüdungseigenschaft bis zu dem gleichen Ausmaß verbessern kann wie der Tufftriding-Prozeß.

Es werden Versuche durchgeführt, um zu bestätigen, daß günstige Ergebnisse erzielbar sind, wenn das erfindungsgemäße Verfahren auf SUH 3 und Scr so 20 angewandt wird.

Als Beispiel des Nitrierens von SUH 3, behandelt man einen aus dem Material hergestellten Ventilschaft mit Ventilkopf, welcher zur Verwendung in einer Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist, 90 Minuten in einer Atmosphäre aus 99 %> Ammoniakgas und 1 % Luft bei 600° C. Es ergeben sich eine Verbundschicht (ε-Phase) von 1 Mikron, und eine Diffusionsschicht von 50 Mikron. Die Härte dei Diffusionsschicht beträgt mHv 946 und daher findet man, daß das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitete Metall einen ausgezeichneten Verschleißwiderstand zeigt.

Als Beispiel des Nitrierens von Scr 20, wird ein aufgekohlter Csr 20-Stahl 2 Stunden in einer Atmo-Sphäre aus 99 % Ammoniakgas und 1 °/o Luft bei 570° C bearbeitet. Man erhält eine ε-Phasen-Verbundschicht von 15 Mikron Dicke. Dieser Versuch zeigt, daß eine Kombination von Aufkohlung und Nitrisierung das Härtegefälle von der Oberfläche zur Innenseite des Gegenstandes vermindert, was zu einer Steigerung der Festigkeit führt, dem Abschälen zu widerstehen.

Aus dem Obigen ist zu entnehmen, daß das erfindungsgemäße Verfahren auf alle Stahllegicrungen anwendbar ist. Ferner ist ersichtlich, daß erfindungsgemäß die Zeit, welche erforderlich ist, eine gewünschte Verbundschicht zu erzielen, stark herabgesetzt ist, während Verschleißwiederstand, Ermüdungswiderstand und Zähigkeit der Metalle stark verbessert sind.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine kleine Menge an Luft oder elementarem Sauerstoff in eine Carbonitriemngsatmosphäre eingeführt, welche Kohlenmonoxyd Ammoniakgas enthält. Es wurde als wünschenswert befunden, daß die Menge an zugesetzter Luft 5 bis 10 Volumprozent (oder 1 bis 2 Volumprozent Sauerstoff) beträgt, wenn die Mengen an Kohlenmonoxyd und Ammoniakgas beide 30 Volumprozent betragen. Der rest- liehe Volumprozentsatz ist Stickstoff. Es muß Sorge dafür getragen werden, daß sich die Menge an Kohlenmonoxyd nicht auf über 30% steigert, weil sonst Verrußung stattfinden würde. Die Menge an Ammoniakgas sollte aus wirtschaftlichen Gründen ebenfalls nicht weiter gesteigert werden, weil das Ausmaß an Stickstoffdiffusion bei dieser Konzentration sein Maximum erreicht. Es ist wichtig, daß die Menge an zugesetzter Luft unterhalb 10°/o liegt, weil sonst eine unerwünschte Oxydation stattfinden würde. Die Temperatur der Carbonitrierungsatmosphärc wird wünschenswerterweise so gewählt, daß sie zwischen 45Ü und 600° C liegt. Wie im Falle des Nitrierens ist zu bemerken, daß dieses Verfahren besser befriedigend durchgeführt werden kann, indem man auf die Innenwandung des Behandlungsofens und auch auf die Oberflächen der haltenden Instrumente bzw. der Halter, einen Überzug von Natriumsilicat oder einem Gemisch aus Natriumsilicat und feuerfestem Ton aufbringt, wonach man den Überzug trocknet.

Die F i g. 9 zeigt, wie die Mengen an Stickstoff und Kohlenstoff sowie die Tiefe der Verbundschicht durch die Steigerung der Luftmenge beeinflußt werden, welche in die Carbonitridieningsatmosphäre eingeführt wird. Diese Werte werden erhalten, wenn man Bleche aus Flußstahl mit einem Gehalt an 0,068Vo Kohlenstoff und einer Dicke von 0,1 mm, für 90 Minuten bei 570° C behandelt Es wird eine Verbrennungsanalyse und eine Destillationsanalyse durchgeführt, um die Mengen an diffundiertem Kohlenstoff bzw. an diffundiertem Stickstoff zu bestimmen. Es zeigt sich, daß sowohl die Menge an diffundiertem Stickstoff ah auch die Tiefe der Verbundschicht ansteigen, wenn die Menge an eingeführter Luft ansteigt und die Tiefe der Verbundschicht erreicht ihr Maximum in der Gegend von 5 Volumprozent Sauerstoff. Ferner wurde gefunden, daß eine Neigung zu unerwünschter Oxydation besteht, wenn die Luftmenge auf über 10 % gesteigert wird. Außerdem nimmt die Menge an diffundiertem Kohlenstoff leicht ab, wenn die Luftmenge ansteigt. Daher ist es bevorzugt, daß die Menge an eingeführter Luft zwischen 5 bis 10 Volumprozent liegt Wenn anstelle von Luft elementarer Sauerstoff zu der Behandlungsatmosphäre hinzugegeben wird, so beträgt die angemessene Menge 1 bis 2 Volumprozent.

Die Fig. iO bis 13 zeigen die Ergebnisse, welche mittels eines Elektronensonden-Mikroanalysegeräte; bei Testproben elektrolytischen Eisens mit einem Gehalt von 0,008 Va Kohlenstoff, nach der Behandlung gemäß dem herkömmlichen Verfahren und ge· —"° dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalter

werden. Fig. 10 zeigt die Testprobe, welche für 9C Minuten in einer Atmosphäre aus 30 °/o Kohlenmonoxyd, 30 ⁰O Ammoniak und dem restlichen Volumprozentsatz an Stickstoff bei 570⁰C bearbeite wurde. Aus Fig. 10 ist ersichtlich, daß eine stick stoffreiche Schicht relativ flach ist, wenn die Carba nitrierungsatmosphäre weder Luft noch Sauerstof enthält. Wenn demgegenüber die Carbonitrierungsat mosphäre erfindungsgemäß selbst eire geringe Luft menge enthält, beispielsweise S Volumprozent Luft so erzielt man eine tiefe stickstoffreiche Schicht, wii

in Fig. 11 gezeigt ist. Die Fig. 12 und 13 zeigen die Ergebnisse der Analysen von Kohlenstoff in den Testproben nach der Behandlung unter den gleichen Bedingungen wie in den Fällen von F i g. 10 bzw. 11, d. h. gemäß dem herkömmlichen Verfahren bzw. gemaß dem Verfahren der Erfindung. Ein Vergleich zwischen den F i g. 12 und 13 zeigt an, daß nach dem Einführen von Luft, die Tiefe der kohlenstoffreichen Schicht sich steigert, im Gegensatz zu der leichten Abnahme der diffundierten Kohlenstoffmenge beim Einführen von Luft in steigenden Mengen (in F i g. 9 gezeigt).

Die Fig. 14 bis 17 sind mikroskopische Aufnahmen in 400facher Vergrößerung, welche die Qucrschnitts-Mikrostrukturen von Metallproben zeigen, die unter verschiedenen Bedingungen carbonitriert sind. In den Aufnahmen gibt A die Verbundschicht an, B bedeutet die Diffusionsschicht und C das Grundmetall bzw. den Kern. Die Analyse mittels Röntgenstrahlenbeugung zeigt an. daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei Temperaturen von 450 bis 600° C erzielte Oberflächenverbundschicht, eine weiche Fe_sN-Verbundschicht ist. Fig. 14 zeigt das elektrolytische Eisen (0,008⁰O C), welches unter den gleichen Bedingungen wie im Falle der Fi g. 10, also gemäß dem herkömmlichen Verfahren, carbonitridiert ist. Fig. 15 zeigt das elektrolytische Eisen nach der Behandlung unter den gleichen Bedingungen wie im Falle der F i g. 11, d. h. gemäß der Erfindung. Ein Vergleich zwischen den F i g. 14 und 15 zeigt klar, daß es durch Hinzusetzen von Luft oder Sauerstoff zur Carbonitrieiungsatmosphärc möglich ist, die tiefe der Verbundschicht zu steigern. Fig. 1 zeigt die Ergebnisse, welche mit S25C nach 90 Minuten dauernder Behandlung bei 570 C in einer Atmosphäre aus 30 ^u/ii Kohlenmonoxyd, 30 "Zu Ammoniakgas, 5 ".Ό Luft, Rest Stickstoff, erzielt werden. Fig. 17 zeigt die Ergebnisse, welche mit S45C nach der Behandlung unter den gleichen Bedingungen wie im Fall der Fig. 1 erzielt werden. Diese beiden Mikioaufnahmen zeigen, daß erfindungsgemäß S25C und S45C in einer kürzeren Zeit bearbeitet werden können als nach dem herkömmlichen Verfahren, um das gleiche Endergebnis zu ei reichen. Die Dicken der Verbundschichten sind 10 bzw. 9 Mikron für S25C bzw. S45C, und die Tiefe der Diftusionsschicht beträgt 0,15 mm für S25C. S25C und S45C sind Slahllegierungen, welche nach Japanese Industrial Standards definiert sind.

Die Tabelle 11 gibt die Ergebnisse einer einfachen Biegeermüdungsprüfung an, die mit dem 4-kgm-Ermüdungsprüfgerät nach S h e η k mit Proben durchgeführt wurde, die nach dem »Tuffüiding«-Prozeß und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurden. Die Größe »4 kgm« gibt an, daß mit dem Prüfgerät Biegeprüfuniicn mit einer Arbeit bis zu 4 kgm durchgeführt werden können.

Aus Tabelle II ist ersichtlich, daß das nfindungsgemäße Verfahren die Ermüdungsbcstniidigkcit bi? zum gleichen Aufmaß verbessern kann wie der Tufftriding-Prozeß.

Tabelle II

	Behandlungsverfahren	Temperatur/ Zeit	Ermüdungsgrenze « wp (kg'mm²)	nach Behandlung	Größe der Stei3erung
Material	erfindungsgemäß 30¹VoCO 30 «/β NH 5 «/ο Luft Rest N₂	570° C/90 Min.	vor Behandlung	49,0	120,5
S25C Normalisiertes Material	Tufftriding	570°C/90Min.	22,2	49,0	120,5
	erfindungsgemäß 300/0 co 30«/oNH 5 «/0 Luft Rest N₂	570° C/90 Min.	22,2	62,0	118,2
S45C Normalisiertes Material	Tufftriding	570° C/90 Min.	28,9	62,0	118,2
		28,9

Der »Tufftriding«-Prozeß ist auch als Salzbad verfahren bekannt. Das Salzbad enthält dabei einen erheblichen Prozentsatz Cyanid. Bei dem für die Ergebnisse der Tabelle II benutzten »Tufftriding«-Pro- zeß wurde ein Bad aus 55 Volumprozent KCN, 35 Volumprozent KCNO und 10 Volumprozent Na₃-CO₈ benutzt. Der zu behandelnde Körper wurde 90 Minuten m das 570° C heiße Bad eingetaucht.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem »Tufftriding«-Prozeß besteht darin, daß es ohne Verwendung des giftigen Kaliumcyanids unter sonst gleichen Bedingungen im wesentliche
das gleiche Ergebnis liefert.

Aus dem Vergleich der Fig. 10 und 11 sowie 1
und 15 ist ersichtlich, daß erfindungsgemäß die Bi

handlungszeit stark herabgesetzt werden kann, we die Verbundschicht an den Oberflächen der zu b< handelnden Metalle schneller gebildet wird mit sie ergebenden Steigerungen hinsichtlich der Verschleil beständigkeit, der Ermüdungsbeständigkeit und d<

Zähigkeit der Metalle.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen 409581/3

Claims

1 2

ein Gasgemisch aus Kohlenmonoxyd und Ammoniak Patentansprüche: verwendet, wobei man das Kohleniiionoxyd durch

unvollständige Verbrennung von Holzkohle gewinnt

*'-, ■ 1. Verfahren zur Behandlung von Eisen- und Bei diesem Gasverfahren werden die zu behandeln-Sfahlgegenständen zur Bildung einer weichen, im 5 den Metalle in der Carbonitrierungsatmosphlu-e etwa wesentlichen von Fe₂N freien Nitridschicht αύί 1,5 bis 2 Stunden bei Temperaturen von 550 bis ihnen durch Einbringen der Gegenstände in einen 570° C gehalten. Dieses Verfahren ist jedoch in vie-Ofen einer Temperatur von 450 bis 650° C, der ler Hinsicht, wie Tiefe der Verbundschicht, Vermit einem stickstoffhaltigen und gegebenenfalls Schleißfestigkeit und Ermüdungseigenschaften, dem Kohlenmonoxyd enthaltenden Behandlungsgas io Salzbadverfahren unterlegen.

gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, Die GB-PS 1 034 157 beschreibt ein Behandlungs-

daß man die Behandlung in einem Gas mit bis zu gas für die Carbonitrierung, das aus 15 bis 40% 30 Volumprozent Kohlenmonoxyd und 0,i bis Ammoniak, 5 bis 15 ⁰Zo Erdgas und im übrigen aus 2 Volumprozent Sauerstoff in einer Zeit von 1 bis einem Trägergas besteht, das 20 % Kohlenmonoxyd 10 Stunden durchführt. 15 enthalten kann. Hierbei wird der Kohlenstoff für die

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Carbonitrierung von dem Erdgas geliefert, nicht von kennzeichnet, daß das Behandlungsgas minde- dem Kohlenmonoxyd, das lediglich Bestandteil des stens 90 Volumprozent Ammoniak, insbesondere Trägergases ist. Die Zusammensetzung des Trägergamindestens 98 Volumprozent Ammoniak enthält. ses ist hiernach von untergeordneter Bedeutung.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch so Schließlich beschreibt die GB-PS 952 363 die gekennzeichnet, daß das Behandlungsgas zur Ni- Stahlbehandlung mit einem Gas aui 88 bis 99,5 ⁰O trierung 0,1 bis 1 Volumprozent Sauerstott ent- Sackstoff und 0,5 bis 2,0 "0 Kohlenwasserstoff zum hält. Zwecke der oberflächlichen Aufkohlung (Zementa-

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- tion). Zum Stande der Technik wird auch ein Kohkennzeichnet, daß das Behandlungsgas zur Car- 25 lenmonoxyd enthaltendes Trägergas erwähnt, wobei boniirierung 1 bis 2 Volumprozent Sauerstoff jedoch das zugesetzte Methan die Aufkohlung beenthält, wirkt. Kohlenmonoxyd soll hiernach sogar eine ober-

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- flächliche Entkohlung zur Folge haben,
kennzeichnet, daß das Behandlungsgas bis zu 30 Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die für Volumprozent Ammoniak und mindestens 30 30 die Nitrierung und Carbonitrierung erforderliche Zeit Volumprozent Stickstoff enthält. herabzusetzen, die Tiefe der Nitridschicht bei vorgegebener Behandlungszeit zu vergrößern und insbe-

sondere die Bildung einer harten und spröden

Schicht aus Ferro-ferri-mononitrid (Fe₂N) zu vermei-35 den, die von dem behandelten Gegenstand leicht ab-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behänd- blättert.

lung von Eisen- und Stahlgegenständen zur Bildung Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch geeiner weichen, im wesentlichen von Fe₂N freien Ni- löst, daß man die Behandlung in einem Gas mit 0 bis tridschicht auf ihnen durch Einbringen der Gegen- 30 Volumprozent Kohlenmonoxyd und 0,1 bis 2 Voitände in einen Ofen einer Temperatur von 450 bis 40 lumprozent Sauerstoff in einer Zeit von 1 bis 10 Stun-650° C, der mit einem stickstoffhaltigen und gegebe- den durchführt. Es hat sich gezeigt, daß der geringe nenfalls Kohlenmonoxyd enthaltenden Behandlungs- Gehalt an Sauerstoff in dem Behandlungsgas eine gas gefüllt ist. wesentliche Beschleunigung und Verstärkung der

Bei den herkömmlichen Nitrierungsverfahren mit Eindiffusion des Stickstoffs zur Folge hat, ohne daß Ammoniak wirken die zu behandelnden Metalle, wie 45 sich gleichzeitig das unerwünschte Mononitrid bildet. Stähle, Titan u. dgl., als Katalysatoren für die Disso- Nach einer Ausführungsform der Erfindung erhält riation von Ammoniak in Wasserstoff und Stickstoff. das Behandlungsgas mindestens 90 Volumprozent Der Stickstoff dringt bzw. diffundiert in die Ober- Ammoniak, insbesondere mindestens 98 Volumprofläche der Metalle ein und bildet dort eine Nitrid- zent Ammoniak.

schicht. Da jedoch die Nitrierungsatmosphärc eine so Nach einer anderen Ausführungsform enthält das geringe Stickstoffkonzentration aufweist, müssen die Behandlungsgas 0 bis 30 Volumprozent Ammoniak Metalle eine lange Zeit, etwa 40 bis 60 Stunden, bei und mindestens 30 Volumprozent Stickstoff,
etwa 500° C behandelt werden. Infoige dieser Be- Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, daß das Behandlung besteht die Neigung, aut der Nitridschicht handlungsgas zur Nitrierung 0.1 bis 1 Volumprozent eine harte, spröde Verbundschicht aus Ferro-ferri- 55 Sauerstoff enthält. Demgegenüber enthält das Bemononitrid (Fe₂N) zu bilden, die sich leicht abschält. handlungsgas zur Carbonitrierung zweckmäßiger-Außerdem sind die auf diese Weise nitrierbaren Me- weise 1 bis 2 Volumprozent Sauerstoff.
falle nur die sogenannten nitrierbaren Stähle, die als F i g. 1 der Zeichnungen ist eine graphische Dar-Legierungselemente Al, Cr, Ti, V, Mn, Si usw. ent- stellung, in welcher die Menge diffundierten Stickhalten. 60 Stoffs und die Tiefe einer gebildeten Verbundschicht,

Für die Carbonilrierungsprozeße, die bei relativ gegen die Menge eingeführter Luft aufgetragen ist;

niedrigen Temperaturen von 450 bis 660° C durch- Fig.2 ist eine graphische Darstellung, welche die

geführt werden, ist ein Verfahren typisch, bei dem Diffusionstiefe des Stickstoffes, aufgetragen gegen

ein KCN-haltiges Salz als Bad verwendet wird. In- die Behandlungszeit, zeigt, wenn Metallproben nacr

folge des giftigen Kaliumcyanids ist dieses Verfahren 65 dem herkömmlichen Verfahren und nach dem erfin-

jedoch gefährlich, und man muß dafür sorgen, daß dungsgemäßen Verfahren behandelt werden;

eine Verschmutzung der Umgebung verhindert wird. Fig. 3 A und 3B sind Röntgenstrahlen-Beugungs·

Bei einem anderen Carbonitridierungsverfahren wird bilder der Oberflächenschichten von Metallproben