DE2303756C3

DE2303756C3 - Verfahren zur Erzeugung einer Mischkarbidschicht aus Vanadium und Chrom auf kohlenstoffhaltigen Eisenwerkstoffen

Info

Publication number: DE2303756C3
Application number: DE19732303756
Authority: DE
Inventors: H. Dr. Mueller; Otto Prof. Dr.-Ing. Schaaber
Original assignee: INSTITUT fur HAERTEREI-TECHNIK 2800 BREMEN
Current assignee: INSTITUT fur HAERTEREI-TECHNIK 2800 BREMEN
Priority date: 1973-01-26
Filing date: 1973-01-26
Publication date: 1978-03-02
Also published as: FR2215487B1; JPS49110550A; DE2303756B2; DE2303756A1; GB1449924A; FR2215487A1; IT1008767B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer extrem harten, nicht spröden, gut haftenden Mischkarbidschicht aus Vanadium und Chrom aus kohlenstoffhaltigen Eisenwerkstoffen durch Glühbehandlung zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (US-PS 545) wird als Einsatzpulver eine Mischung von mindestens zwei Metallen aus der Gruppe Chrom, Vanadium, Titan, Niob, Tantal, Molybdän und Wolfram verwendet, wobei ein Mindestkohlenstoffgehalt von 0,4% im Eisenwerkstoff erforderlich ist. Obwohl mit diesem bekannten Verfahren bereits Mischkarbidschichten mit einer Härte von ungefähr 1500 HV herstellbar sind, zeigen die Mischkarbidschichten noch erhebliche Unzulänglichkeiten. So ist z. B. keine optimale Haftung der Schicht am Eisenwerkstoffuntergrund erzielbar. Darüber hinaus ist die Ausbildung einer akzeptablen Mischkarbidschicht für Kohlenstoffgehalte unierhalb von 0,4% nicht möglich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das bekannte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß die Mischkarbidschichten eine noch größere Härte bei verhältnismäßig geringer Sprödigkeit aufweisen, gut am Untergrund haften, außerdem korrosions- sowie /undeibeständig sind und daß der Bereich des möglichen Kohlenstoffgehaltes des Eisenwerkstoffes erweitert wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Eisenwerkstoff, der einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,25 und 0,6% aufweist, einer Glühbehandlung von 2 bis 4 Stunden bei einer Glühtemperatur

ίο in einem Bereich zwischen 950° und 1200⁰C unter gleichzeitiger Anwesenheit eines Einsatzpulvers, das aus ca. 40% Ferrovanadium, ca. 40% eines Chromspenders, aus einem Aktivator und aus einer i.ierten Restsubstanz besteht, ausgesetzt wird. Bei einem Eisenwerkstoff mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,6% wird gemäß der Erfindung ein Einsalzpulver mit ca. 50% Ferrovanadium, ca. 30% eines Chromspenders, einem Aktivator und einer inerten Restsubstanz verwendet. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird also ein Einsatzpulver verwendet, das neben den Karbidbildnern Vanadium und Chrom auch Eisen enthält. Durch die angegebene quantitative Zusammensetzung des Einsatzpulvers ist es überraschenderweise gemäß der Erfindung möglich, auch Werkstücke mit einem relativ geringen Kohlenstoffgehalt mit einer durchgehenden, haltbaren und außerordentlich harten Mischkarbidschicht zu versehen, die zudem noch den Vorteil einer erhöhten Korrosions- und Zunderbeständigkeit hat. Das in Form von Ferrovanadium vorliegende Eisen im Einsatzpulver hat in Verbindung mit dem Vanadium die Wirkung, daß es nicht zur Bildung einer Mischkarbidschicht außerhalb des Werkstoffes kommt. Das Eisen verhindert, daß durch die höhere Affinität des Vanadiums /um Kohlenstoff dieser aus dem Werkstück herausgezogen und außerhalb des Werkstückes Karbide auf einer entkohlten Schicht des Werkstückes bildet. Das Eisen hat vielmehr den Effekt, daß die Karbide im Eisen gebildet und damit die Mischkarbidschichten eine feste Verbindung zum Werkstück erhalten. Durch die Abstimmung der Zusammensetzung des Einsatzpulvers entsprechend dem Kohlenstoffgehalt des Eisenwerkstoffes werden bei gegebener Reaktionsteniperatur nicht mehr Vanadium und Chrom angeboten, als durch den zur Verfügung stehenden Kohlenstoff unter Bildung von Mischkarbiden abgebunden werden kann. Wird nämlich beispielsweise zuviel Chrom und Vanadium angeboten, so hat dies zur Folge, daß zwischen einer dünnen äußeren Mischkarbidschicht aus Vanadium- und Chromkarbid und dem Eisenwerkstoff eine Zwischenlage gebildet wird, die sich als kohlenstofffreie Mischkristallschicht darstellt. Diese Mischkristallschicht ist unerwünscht, da sie eine geringere Härte und weitere nachteilige Eigenschaften aufweist.

Der Aktivator des Einsatzpulvers besteht z. B. aus Ammoniumchlorid und die inerte Restsubstanz zum Beispiel aus Aluminiumoxid.

Wird ein Eisenwerkstoff verwendet, der einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,2% besitzt, so ist es nach der Erfindung erforderlich, vor der simultanen Eindiffusion von Vanadium und Chrom ein Kohlenstoffgehalt auf mehr als 0,25%, vorzugsweise auf mehr als 0,6% aufzukohlen. Durch eine simultane Eindiffusion von Chrom und Vanadium in Eisenwerkstoffe mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,25% ist ts möglich, Mischkarbidschichten zu erzeugen, die eine Randhärte von etwa 2500 bis 3000 HV besitzen. Dabei enthalten die Mischkarbide Vanadium, Chrom und Kohlenstoff in verschiedenen Anteilen. Zum Kernwerkstoff hin sind

auch zunehmend Eisenatome in die Mischkarbidschicht eingebaut, worauf die gute Haftung der Schicht auf dem Grundwerkstoff zurückzuführen ist.

Die Behandlungstemperatur ist vom Kohlenstoffgehalt des Werkstoffes abhängig. Bei Verwendung eines Stahls mit einem Kohlenstoffgehalt von gleich oder mehr als 0,6% betrügt die Glühtemperatur 1100"C, während bei Gußeisen mit einer Glühiemperatur von IO5O"C gearbeitet wird, wobei die Glühzeit in diesem Fall ca. 4 Stunden beträgt. Nach dieser Behandlung betragen die Schichtstärken etwa JO μιη.

Bei Verwendung eines Vakuumofens zur Durchführung der simultanen Eindiffusion von Vanadium und Chrom ist es vorteilhaft, bei einem Druck von etwa 10 ' Torr zu arbeiten, wobei ein Einsatzpulver verwendet wird, welches keinen Aktivator aufweist.

Nach der Erfindung wird die Schichtdicke bei gleicher Glühtemperatur von der Haltezeit beeinflußt. Durch Versuche konnte nachgewiesen werden, daß bei einer Haltczeit von etwa 4 Stunden eine optimale Schichtdikkc entsteht. Da jedoch die Vcrschleißbeansprucriungen unterschiedlicher Art sein könne, wobei es erforderlich ist, eine entsprechende Schichtdicke auszuwählen, so ist es nach der Erfindung vorteilhaft, auch die Haltezeit entsprechend auszuwählen.

Die Zusammensetzung der Bestandteile des Einsatzpulvers kann in einem geringen Bereich schwanken, zumal das Potential eines solchen Pulvers auch von der Korngröße der verwendeten Metallpulver abhängt, die ebenfalls von Lieferung zu Lieferung unterschiedlich sein kann. Die nach der Erfindung angegebenen Prozentgehalte liegen hinsichtlich ihrer Genauigkeit im Rahmen dieser oben angegebenen Schwankungen und stellen eine optimale Zusammensetzung dar.

Die Glühtemperaturen liegen insgesamt in einem Temperaturbereich zwischen 950"C und 1200"C. Die tatsächlich zu verwendende Temperatur hängt von der

ίο Zusammensetzung der Komponenten des Einsatzpulvers und dem zu behandelnden Grundwerkstoff ab, wie aus den oben aufgeführten Beispielen hervorgehl.

Nach der Erfindung wird somit ein Eisenwerkstoff aus einem unlegierten oder nicderlegiertcn Grundstoff mit einer 20 bis 50μηι starken geschlossenen Oberflächenansicht ;ius Eisen-Chrom-Vanadium-Mischkarbiden mit einem zunehmenden Eisengehalt am (Jbergang zum Grundwerkstoff hergestellt. Der Widerstand dieser Schichten gegenüber reibendem Verschleiß ist ausgezeichnet und durch den Einbau von Chromatomen in die Oberflächenschicht wird auch die Korrosions- und Zunderbeständigkeit des Werkstoffes in vorteilhafter Weise verbessert. Außerdem bedingen diese Art harter Schichten aufgrund von Druckeigenspannungen keine Verminderung der Dauerfestigkeit. Bei Werkstücken mit geringem Querschnitt wird dagegen sogar die Dauerfestigkeit durch die Mischkarbidschichttn erhöht.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung einer extrem harten, nicht spröden, gut haftenden Mischkarbidschicht aus Vanadium und Chrom auf kohlenstoffhaltigen Eisenwerkstoffen durch Glühbehandlung zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eisenwerkstoff, der einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,25 und 0,6% aufweist, einer Glühbehandlung von 2 bis 4 Stunden bei einer Glühtemperatur in einem Bereich zwischen 950" und 1200⁰C unter gleichzeitiger Anwesenheit eines Einsatzpulvers, das aus ca. 40% Ferrovanadiuni. ca. 40% eines Chroinspenders, aus einem Aktivator und aus einer inerten Restsubsianz besteht, ausgesetzt wird.

2. Verfahren zur Erzeugung einer extrem harten, nicht spröden, gut haftenden Mischkarbidschicht aus Vanadium und Chrom auf kohlenstoffhaltigen Eisenwerkstoffen durch Glühbehandlung zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eisenwerkstoff mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,6% einer Glühbehandlung von 2 bis 4 Stunden bei einer Glühtemperatur in einem Bereich zwischen 950° und 1200"C unter gleichzeitiger Anwesenheit eines Einsat/pulvers, das aus ca. 50% Ferrovanadium, ca. 30% eines Chrotnspenders, aus einem Aktivator und einer inerten Restsubstanz besteht, ausgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Aktivator Ammoniumchlorid verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,daß als inerte Restsubstanz Aluminiumoxid verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühtemperatur bei Verwendung eines Kohlenstoffstahl etwa 1100"C und bei Verwendung eines Eisenwerkstoffes wieGulkisen etwa 1050"C beträgt.