DE2221169A1 - Verfahren zum gasnitrieren unlegierter und legierter staehle in zwei stufen - Google Patents

Verfahren zum gasnitrieren unlegierter und legierter staehle in zwei stufen

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DE2221169A1 DE19722221169 DE2221169A DE2221169A1 DE 2221169 A1 DE2221169 A1 DE 2221169A1 DE 19722221169 DE19722221169 DE 19722221169 DE 2221169 A DE2221169 A DE 2221169A DE 2221169 A1 DE2221169 A1 DE 2221169A1
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Description

ZABMRADFABRIK ERIEDRIGHSHAEEN" Aktiengesellschaft Priedriehshafen
Verfahren zum Gasnitrieren unlegierter und legierter Stähle in zwei Stufen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum nitrieren unlegierter und niedrig legierter Stähle im Ammoniakgas strom«.
^tand der Technik
Das Nitrieren- als Wärmebehandlung zur Erreichung einer hohen Randhärte, einer erhöhten Verschleiß- und Dauerfestigkeit wird bisher in einem Temperaturbereich unterhalb der
<.·< - ,;,'·' -Umwandlung im System Eisen-Stickstoff, also unterhalb 585° C durchgeführt. Der wichtigste Vorteil einer umwandlungsfreien Wärmebehandlung ist eine weitgehende Verzugsfreiheit.
Durch die verhältnismäßig niedrige Nitriertemperatur diffundiert der Stickstoff nur sehr langsam in den Stahl hinein und da außerdem die Löslichkeit des ν -Eisens für Stickstoff nur sehr gering ist, benötigt man für die Oberflächenhärtung durch Nitrieren eine ziemlich lange Zeit.
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Versuche zur Verkürzung der Nitrierzeit vor allem an hochlegierten Stählen führten auch zur Anwendung einer erhöhten Nitriertemperatur. Sie ergaben jedoch kein befriedigendes Ergebnis. Einmal wird bei den Nitrierstählen durch Bildung von Sondernitriden die höchste Oberflächenhärte im Bereich um 500° C erreicht, zum anderen traten Befürchtungen vor unzulässig hohen Verzügen auf.
Darüber hinaus hat man bei der Wahl der Nitriertemperatur Rücksicht auf die Anlaßbeständigkeit der Werkstoffe zu. nehmen, damit die Kernfestigkeit nicht verloren geht.
Das Nitrieren oberhalb der '-' - V -Umwandlung iia System Eisen-Stickstoff ist folglich nicht über ein Versuchsstadiuci hinausgekommen. Aus den vorher erwähnten Gründen ergab sich die Nitrierung unterhalb des Umwandlungspunktes.
So blieben Bemühungen zur Erzielung einer tieferen Nitrierschicht vor allem auf Versuche mit Aktivierungsmitteln, hochfrequenten Schwingungen sowie auf Nitrierung über Glimmentladung (Ionitrieren) beschränkt.
Das Nitrieren sog. "weicher" Stähle; d. h. unlegierter und niedrig legierter Baustähle wird in der Regel nur über kurze Nitrierzeiten durchgeführt. Man nimmt dabei eine geringere Diffusionstiefe in Kauf« Außerdem haben diese Stähle
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meist nur eine geringe Anlaßbeständigkeit bzw. besitzen im Falle des Nitrierens im normalisierten Zustand keine "abstützende" Kernfestigkeit. Ihre Belastbarkeit ist somit nur begrenzt.
Das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren stellt eine vorteilhafte Weiterentwicklung der bekannten Weichnitrierverfahren dar. .
Zwei-Stufen-Verfahren
Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, daß es in zwei Temperaturstufen durchgeführt wird, von denen die erste oberhalb der ^- - /J'' -Umwandlung im System Eisen-Stickstoff, vorzugsweise bei 650° C, und die zweite unterhalb der • >c - Ύ -Umwandlung, vorzugsweise bei 570° C liegt.
Die bei der höheren'Temperatur der ersten Stufe vorhandene höhere Diffusionsgeschwindigkeit bewirkt eine'größere Fitriertiefe in der Zeiteinheit.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Abkühlung der Stahlteile aus der ersten in die zweite Temperaturstufe langsam erfolgt. Durch die langsame Abkühlung aus der ersten Stufe bleibt der ITitrierverzug gering.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß in der zweiten Temperaturstufe ein Kohlenstoff abgebendes Medium, vorzugsweise Methylamin in der Höhe von 5 bis 20 VoI % der jeweils zugeführten Ammoniakmenge zugespeist wird. Der eindiffundierende Kohlenstoff bewirkt die Bildung des fr -Karbonitrids, bzw. die Umwandlung etwaiger Anteile des in der oberen Nitrierstufe gebildeten ■ ' -Nitrids in h -Karbonitrid,
If
welches bessere Festigkeits- und Verschleißeigenschaften der Nitrierschicht ergibt als das <y ' -Nitrid,
Durchführung des Verfahrens
In der ersten Temperaturstufe wird eine stärkere Stickstof fdif fusion eingeleitet. Durch langsames Abkühlen auf eine unterhalb der <- - f -Umwandlung liegenden Temperatur und Halten auf dieser Temperatur erfolgt die Sättigung der Verbindungszone mit Stickstoff und Kohlenstoff.
Die erste Temperaturstufe verläuft vorzugsweise im Gebiet der maximalen Löslichkeit des J" -Mischkristalls für Stickstoff (um 650 C). Bei bestimmter Stickstoffkonzentration wandelt sich eine unter der Verbindungszone liegende Schicht in Stickstoffaustenit ( y -Mischkristall) um. Die Dicke dieser Schicht (nachfolgend Zwischenschicht genannt) ist vom Stickstoffangebot und der Haltezeit bei dieser Temperatur abhängig und kann von einigen um bis zu einigen Zehntel mm betragen.
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Die Zwischenschicht "besitzt eine höhere Festigkeit als das Kerngefüge und gewährleistet eine gute Abstützung der Randschicht vor allem bei hohen spezifischen Belastungen, wie anhand umfangreicher Untersuchungen vorzugsweise bei Wälzpressung festgestellt wurde.
Der unterhalb der Zwischenschicht liegende nicht umge-. wandelte Bereich des λ -Mischkristalls weist bei der Temperatur von 650° C einen um etwa den Faktor 5 höheren Diffusionskoeffizienten als unterhalb der ■<. - V -Umwandlung auf (unterhalb 585° C), so daß größere Stickstoffeindringtiefen pro Zeiteinheit erzielt werden.
Die langsame Abkühlung in die zweite Temperaturstufe (= 585° 0) verringert weitgehend das unerwünschte Entstehen der Umwandlungsspannungen. Außerdem ist mit einer günstigeren Gefügeausbildung in der Randzone zu rechnen, da die Zeit für einen Diffusionsausgleich während der Abkühlung und durch Halten in der zweiten Temperaturstufe ausreichend lang ist. Dies führt dazu, daß der Yerzug im Rahmen des üblichen Mtrierverznges liegt.
Die aweite Temperaturstufe liegt unterhalb des Umwandlungspunktes, d. h. unter 585° C. Durch den geringeren Dissoziationsgrad, d. h. ein höheres Stickstoffangebot in diesem
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Temperaturbereich, wird die "Verbindungszone mit Stickstoff und durch die gleichzeitige Zuspeisung eines Kohlenstoffträgers, auch mit Kohlenstoff gesättigt. Dies führt zur Ausbildung des £ -Karbonitrids in der Yerbindungszone, welches die besten Verschleiß- und Zähigkeitseigenschaften dieser Schicht gewährleistet.
Einzelheiten des Verfahrens
Jeder Nitriertemperaturstufe muß ein bestimmter Dissozia tionsgrad des Ammoniaks zugeordnet sein. In der ersten Temperaturstufe von vorzugsweise 650° C soll der Dissoziationsgrad mindestens 0,8 betragen; d. h. die OfenatnioSphäre einen Restammoniakgehalt über 10 $ aufweisen. Die Grenze zu höheren Restammoniakgehalten ist von der Ofenanlage bzw. der für ein gleichmäßiges Mtrierergebnis noch zulässigen Strömungsgeschwindigkeit des Ammoniaks abhängig.
In der zweiten Temperaturstufe, vorzugsweise bei 570 C ist ein Dissoziationsgrad < = 0,25 bis 0,35, entsprechend 45 bis 60 fo Re st ammoniak einzuhalten.
Die liitriei'Keiton bewegen sich zwischen 2 bis 8 Stund on und mehr in der ersten Temperaturstufe, sowie 2 bis 4 Stunden in der aweiten Temperatur-Stufe. Die Abkühlung aus der ersten
Temperaturstufe hat langsam zu erfolg'en, d. h. durch natürlichen Wärmeübergang durch die Ofenwände, die Abkühlung aus der zweiten Temperaturstufe beliebig schnell. Wird bei unlegierten Stählen eine höhere Dauerfestigkeit, als sie nach langsamer Abkühlung erreichbar ist, verlangt, so kann die Abkühlung der Ware in der zweiten Temperaturstufe noch durch eine Erhöhung der Gasströmung in der Retorte, vorzugsweise mit Stickstoff, beschleunigt werden.
Durch die Zugabe des Kohlenstoffträgers in der zweiten Temperaturstufe wird neben der Aufnahme des Kohlenstoffes in die Verbindungszone die Bildung des c -Karbonitrids erzielt. Etwaige bei der. Temperatur oberhalb der *' ~ J: -Umwandlung sich bildenden Anteile des y' -Nitrids sind in Gegenwart von Kohlenstoff nicht mehr beständig und werden durch die Kohlen-. stoffsubstitution in t-Karbonitrid umgewandelt. Die Menge des zugefübrten Kohlenstoffträgers Methylamin kann 5 bis 20 YoI % der jeweils zugeführten Ammoniakmenge betragen.
Anwendung des Verfahrens
Das Verfahren nach der Erfindung ist vorzugsweise an Bauteilen aus unlegierten und niedrig legierten Baustählen, wie Einsatz- und Vergütungsstählen anwendbar, bei denen eine erhöhte Verschleiß- und Dauerfestigkeit erforderlich ist. Der Ausgangszustand des Werkstoffes kann normalisiert oder vergütet sein.
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Durch die tiefere Stickstoffdiffusion und die dadurch bedingte höhere Randfestigkeit kann gegebenenfalls eine Vergütung vor dem Nitrieren entfallen.
Werden vergütete Bauteile nach dem Zwei-Stufen-Verfahren nitriert, so ist bei der Wahl der Werkstoffe darauf zu achten, daß der Kernzustand eine Festigkeit annimmt, wie sie beim Anlassen auf 650° 0 erreicht wird. Werden höhere Kernfestigkeiten erfordert, so sind entsprechend höher anlaßbeständige Stähle zu verwenden.
26.4.1972
A/Bl l'i'' Akte 5081
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Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    Verfahren zum !Titrieren von vorzugsweise unlegierten und niedrig legierten Stählen im Ammoniakgasstrom, dadurch gekennzeichnet, daß es in zwei Temperaturstufen ausgeführt wird, von denen die erste oberhalb der oi - V -Umwandlung im System Eisen-Stickstoff, vorzugsweise bei 650° C und die zweite unterhalb der Λ - V -Umwandlung, vorzugsweise bei 570° C liegt. '
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Restammoniakgehalt der Ofenatmosphäre in der ersten Temperaturstufe mindestens 10 ^, in der zweiten Stufe 45 bis 60 $> beträgt. .
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nitrierzeit in der ersten Temperaturstufe 2 bis 8 Stunden und mehr, in der zweiten Temperaturstufe 2 bis 4 Stunden beträgt. ■
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Temperaturstufe ein kohlenstoffabgebende~s Medium, vorzugsweise Methylamin, in der Höhe von 5 bis 20 VoI $ der jeweils zugeführten Ammoniakmenge zugespeist wird.
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    5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung aus der ersten in die zweite Temperaturstufe langsam erfolgt.
    6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit aus der zweiten Temperaturstufe zur Erhöhung der Dauerfestigkeit unlegierter Stähle durch erhöhte Gasströmung, vorzugsweise im Stickstoffstrom, beschleunigt wird.
    26.4.1972
    A/Bl ι/. ' Akte 5081
    309845/0737
DE19722221169 1972-04-29 1972-04-29 Verfahren zum Gasnitrieren von Werkstücken aus vorzugsweise unlegierten und niedrig legierten Stählen Expired DE2221169C3 (de)

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DE2221169B2 DE2221169B2 (de) 1976-09-30
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3129939A1 (de) * 1981-07-29 1983-03-24 Vja&ccaron;eslav N. Bukarev Verfahren zum nitrieren von magnetleiterteilen aus armco-eisen
WO2016046265A1 (de) * 2014-09-24 2016-03-31 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur behandlung eines eisenwerkstoffs und behandelter eisenwerkstoff

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3129939A1 (de) * 1981-07-29 1983-03-24 Vja&ccaron;eslav N. Bukarev Verfahren zum nitrieren von magnetleiterteilen aus armco-eisen
WO2016046265A1 (de) * 2014-09-24 2016-03-31 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur behandlung eines eisenwerkstoffs und behandelter eisenwerkstoff

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US3870572A (en) 1975-03-11
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DE2221169B2 (de) 1976-09-30

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