DE2324918C3

DE2324918C3 - Verfahren zur Herstellung von Epsilon-Karbonitridschichten auf Teilen aus Eisenlegierungen

Info

Publication number: DE2324918C3
Application number: DE2324918A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr.-Ing. 7251 Warmbronn Wuenning
Original assignee: FA J AICHELIN 7015 KORNTAL DE
Current assignee: FA J AICHELIN 7015 KORNTAL DE
Priority date: 1973-05-17
Filing date: 1973-05-17
Publication date: 1983-12-08
Also published as: BR7403977D0; DE2324918A1; FR2229784B1; AT343160B; SE390826B; US4003764A; DE2324918B2; IT1020619B; PL94422B1; DD113773A5; GB1461295A; ATA274174A; FR2229784A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ε-Karbonitridschichten auf Teilen aus Eisenlegie rungen in einer Ofenkammer, in einer Gasatmosphäre aus teilweise gespaltenem, gegebenenfalls mit N₂ verdünntem NH₃ in Gegenwart von CO₂ in einem Temperaturbereich von 500 bis 650⁰C, sowie bei einem mittleren Nitrierpotential pnh₃/Ph2^1iS zwischen 0,5 und 5.

Es ist bekannt, daß homogene ε-Karbonitridschichten auf aus Eisenlegierungen bestehenden Teilen verschleiß- und korrosionshemmend wirken und sich durch eine relativ große Zähigkeit auszeichnen. Zur Herstellung einer solchen ε-Karbonitridschicht sind sogenannte Salzbad-Karbonitrierverfahren bekannt, die es gestatten, bei einer Behandlungszeit von etwa 2 Stunden und bei einer Behandlungstemperatur von 57O⁰C eine ε-Karbonitridschicht von 10 bis 15 μπι auf den aus der jeweiligen Eisenlegierung bestehenden Teilen zu erzeugen. Bei diesen Verfahren ist aber der Kohlenstoffgehalt in der ε-Karbonitridschicht nicht regelbar, auch ist die Prozeßautomatisierung schwierig. Außerdem sind die Cyanid-Cyanat-Salze der Salzbäder sehr giftig, so daß bei der Durchführung der Verfahren besondere Vorsichtsmaßnahmen erforderlich sind und außerdem beträchtliche Abwasserprobleme auftreten.

Es sind aber auch sogenannte Gas-Karbonitrierver-

fahren bekanntgeworden, bei denen die Herstellung der ε-Karbonitridschicht in einer entsprechenden Atmo sphäre bei erhöhter Temperatur in einer Ofenkammer geschieht. Bei einem solchen aus der DE-OS 15 21 450 bekannten Verfahren erfolgt das Karbonitrieren in einer teilweise gespaltenen NH₃ enthaltenden Atmosphäre, die einen Zusatz eines Kohlenwasserstoffs oder eines Kohlenwasserstoffgemisches enthält. Bei einem ähnlichen Verfahren, das in der DE-OS 21 35 763 beschrieben ist, wird der aus einem stickstoffhaltigen Gas bestehenden Atmosphäre CO (bis zu 30 Vol.-%) und ein elementaren Sauerstoff enthaltendes Gas in bestimmten Anteilen zugesetzt. Eine Verbesserung der Nitrierwirkung einer teilweise gespaltenes NH₃ enthaltenden Atmosphäre durch Zugabe eines Oxydationsmittels, beispielsweise H₂O, ist in der DE-OS 15 21607 erläutert. Bei einem anderen aus der DD-PS 60 199 bekannten Verfahren zum Karbonitrieren von Baustählen und Gußeisen bei niedrigen Temperaturen wird eine Atmosphäre verwendet, die Ammoniak in Mischung mit entweder einzeln oder in Gemisch verwendeten aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen als wirksame Nitrierkomponenten enthält, wobei zur Verdünnung der wirksamen Bestandteile der Atmosphäre ein Trägergas mit hohem Stickstoffgehalt und niedrigem Wasserstoffgehalt benutzt wird, um einer-

seits den Preis der Atmosphäre herabzusetzen und andererseits eine Verbesserung der Nitrierwirkung dadurch zu erzielen, daß die denitrierende Wirkung von HrKomponenten ausgeschaltet wird. _;i -

Bei diesen Verfahren, die bei einer Temperatur im Bereich von 570° C durchgeführt werden, besteht jedoch erae beträchtliche Explosionsgefahr, weil die Behandlungstemperatur dicht unter der Zündtemperatur der Kohlenwasserstoffe liegt Dies bringt insbesondere bei öfen Schwierigkeiten mit sich, bei denen der Ofenkammer Schleusen zugeordnet sind. Außerdem ist eine Regelung des Kohlenwasserstoffgehaltes in der ε-Kar- r bonitridschicht nicht zu verwirklichen, während der Kohlenwasserstoffzusatz zur Atmosphäre verhältnis-■ mäßig teuer ist

Schließlich ist ein Gas-Karbonitrierverfahren aus der DE-OS 22 28 746 bekanntgeworden, bei dem ebenfalls - mit einer Atmosphäre von teilweise gespaltenem NH₃ im Temperaturbereich von 550 bis 750⁰C gearbeitet > wird und bei dem eine Kohlenstoffzufuhr von dem Kern der karbonitrierten Eisenlegierung aus in die ε-Karbonitridschicht erzielt werden soll. Hierbei soll durch einen Sauerstoffzusatz oder den Zusatz eines sauerstoffhaltigen Gases (d. h. eines Sauerstoffträgers), für das auch CO₂ genahnt ist, eine Beeinflussung der Nitrierwirkung erreicht werden. Die Atmosphäre selbst wirkt nicht aufkohlend; dies wird auch als unnötig betrachtet weil der Kohlenstoff, wie erwähnt, aus dem Kern der Eisenlegierung in die ε-Karbonitridschicht wandern soll.

Dieses Verfahren ist auf die Verwendung hochkoh- M lenstoffhaltigen Eisenlegierungen (mindestens 0,1%) beschränkt Außerdem ist die Diffusion des Kohlenstoffs aus dem Kern in die ε-Karbonitridschicht durch träge Karbidauflösung bei 570° behindert

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von ε-Karbonitridschichten auf Teilen aus Eisenlegierungen, wie es eingangs genannt ist zu schaffen, bei dem der C-Gehalt der ε-Karbonitridschicht entsprechend den jeweiligen Bedürfnissen einregulierbar ist und lediglich billige nichtexplosive Gasgemischkomponenten in die Ofenkammer eingeführt zu werden brauchen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß nach der Lehre des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruchs 1 vorgegangen. Hierbei bedeuten:

Pnh₃: PartialdruJk des NH₃ in der Ofenkammer

Ph₂: Partialdruck des H₂ in der Ofenkammer

pco: Partialdruck des CO in der Ofenkammer

pco₂: Partialdruck des CO₂ in der Ofenkammer.

Vorzugsweise wird dieses neue Verfahren bei ca. 57O⁰C durchgeführt, weil diese Temperatur dicht unterhalb jener der Bildung von Stickstoffaustenit liegt.

Eine sehr preiswerte Verfahrensdurchführung ergibt sich, wenn in die Ofenkammer eine Mischung von NH₃ und ungereinigtem Exo-Gas in einer der erwähnten Einstellung des Nitrierpotentials PnH₃ZPh₂ ¹-⁵ und des Partialdruckverhältnisses pcolpcoi entsprechenden Mengenverhältnis eingeführt wird, das zwischen 1 :0,3 bis 1 :3 liegt. Der genaue Wert dieses Mengenverhältnisses hängt von der jeweiligen Ofenkammergröße und der Chargenfläche ab.

Ungereinigtes Exo-Gas entsteht bei unterstöchiometrischer Verbrennung von kohlenwasserstoffhaltigen Brenngasen mit Luft und anschließender Abkühlung auf Raumtemoeratur, wobei das Verbrennungswasser zum größten Teil abgeschieden wird
> Durch entsprechende Einstellung des Brenngas-Luft-Verhältnisses läßt sich erreichen, daß für du neue Verfahren ein Exo-Gas verwendet werden kann, bei dem die Summe der brennbaren Bestandteile unter 5 VoL-% liegt, so daß die Explosionsgrenze nicht überschritten wird. Eine typische Zusammensetzung eines solchen erfindungsgemäß zu verwendenden Exo-Gases lautet: 2% H₂, 2% CO₁ 2% H₂0,10% CO₂, Rest N₂ (Angabe in VoL-%).

Besonders einfache Verhältnisse ergeben sich bei der Durchführung des neuen Verfahrens in einer gasbeheizten Ofenkamner, wenn das Exo-Gas aus der auf ein entsprechendes Brenngas-Luft-Verhältnis eingestellten Gasbeheizung der Ofenkammer entnommen und nach Wasserabscheidung unmittelbar in die Ofenkammer eingeleitet wird. Die Wasserabscheidung geschieht in einfacher Weise beispielsweise dadurch, daß das Exo-Gas durch einen Kühler geleitet wird.

Im übrigen kann die Zusammensetzung des Exo-Gases durch Regelung des Brenngas-Luft-Gemisches der Gasbeheizung in der Ofenkammer konstant gehalten werden.

Es kann vorteilhaft sein, wenn das neue Verfahren in Gegenwart eines aus feinverteiltem, gegebenenfalls auf einer porösen Trägermasse angeordnetem Eisen bestehenden Katalysators durchgeführt wird. Damit kann nämlich die Reduktion von CO₂ zu CO nach der Wassergasreaktion mit von dem NH3 abgespaltenem H₂ unterstützt werden, damit sich das gewünschte Partialdruckverhältnis pco/pco₂ in der Ofenkammer einstellt Eine unerwünschte zusätzliche Spaltung des NH₃ bewirkt wie sich gezeigt hat der Katalysator nicht

Es wurde außerdem beobachtet daß eine weitere deutliche Steigerung der Nitrierwirkung erzielt werden kann, wenn als Katalysator Eisen in oxydierter Form verwendet wird, wobei entgegen der Erwartung trotz der Gegenwart des oxydierten Eisenkatalysators die Teile blank abgekühlt werden können.

Die Menge des verwendeten oxydierten Eisenkatalysators kann dabei so bemessen werden, daß dessen Wirkung während der Behandlungszeit einer Charge mit seiner zunehmenden Reduktion abklingt Vor der Behandlung der nächstfolgenden Charge wird er dann z. B. durch Luftzutritt wieder oxydiert.

Der C-Gehalt der e-Karbonitridschicht kann durch Beeinflussung des H₂-Gehaltes der Gasatmosphäre in der Ofenkammer geregelt werden. Hierbei wurde festgestellt, daß der C-Gehalt bei der bei dem neuen Verfahren verwendeten Gasatmosphäre ungefähr proportional mit dem H₂-Gehalt zunimmt

Das neue Verfahren kann mit Vorteil in einem schleusenlosen Chargenofen durchgeführt werden. Hierbei wird zweckmäßigerweise derart vorgegangen, daß nach dem Einbringen der Teile in die Ofenkammer während des Aufheizens auf die Nitriertemperatur die in der Ofenkammer enthaltene Luft mit Exo-Gas ausgespült und nach dem Erreichen der Nitriertemperatur zusätzlich das NH₃ in die Ofenkammer eingeführt wird, dessen Zufuhr zu Beginn einer an die eigentliche Behandlungszeit anschließenden Abkühlungsperiode wieder abgestellt wird, worauf die abgekühlten Teile aus der Ofenkammer entnommen werden.

Dieser Verfahrensablauf ist deshalb besonders einfach, weil das billige und explosionssichere Exo-Gas sowohl als Spülgas als auch als Reaktionsgas benutzt wird. Obwohl das verwendete Exo-Gas an sich gegenüber Eisen schwach oxydierend wirkt, hat die

■ '■ ^praktische Erfahrung überraschenderweise gezeigt, daß ■sidie Teile bei der Abkühlung blank bleiben.
a'⁰: Das neue Verfahren kann aber auch in einen ^j:taktweise.arbeitendeniJtnitneiifec; oäehOtehreren der <■.; Ofenkammeiv-zugeoixmeten * Gasschleüse(n) durchgeefühntwerdeniDei! Verfahrensablauf geschieht in diesem :'^jFaÜE mit Vorteil'derart, daß in der Ofenkammer durch

• .Zufuhr !wopΕχό-Gas und NH3 ständig die Gasatmosphä- :,re aufrechterhalten und in die Schleuse(n) ständig eine tot die Spülung innerhalb der Taktzeit ausreichende Exo-Gasmenge eingeführt und die gleiche Exo-Gasmenge an den entsprechenden Ofenaustrittsstellen

- abgeblasen wird. Damit wird erreicht, daß beim öffnen der äußeren'Schleusentore^) nur nicht explosibles Exo-Gas und kein NH3- und H2-haltiges Nitriergas austritt, so daß jegliche Geruchsbelästigung entfällt. Der Austritt des Nitriergases geschieht lediglich an dem :■ Abgasstuteendes Ofens und der Schleusen). Außerdem 1 kann beim Ghargenwechsel keine Luft in den Ofen gelangen, während andererseits in der Schleuse bzw. in . den Schleusen keine Mischung aus Luft und Nitriergas •^; sich . bilden kann, womit auch die Gefahr eines explosiblen Luft-F^-Gasgemisches entfällt

Schließlich 1 ist es noch vorteilhaft, wenn das Exo-Gas

• und das NH3 in konzentrischen Rohren in die Ofenkammer eingeleitet werden, weil diese beiden Stoffe bei Raumtemperatur feste Verbindungen bilden können, die zu Verstopfungen der Zufuhrleitungen führen.-Bei konzentrischer Anordnung der Zufuhrleitung tritt sofort eine innige Vermischung der beiden . .Gase an der Austrittsstelle aus den Zufuhrleitungen auf,

Ohne daß eine Verstopfung eintreten könnte.
r-y.j in der Zeichnung sind zwei zur Durchführung des vneuen Verfahrens eingerichtete öfen schematisch

•dargestellt
Es zeigt

. ^: .F i'g. \ die Ofenkammer eines Chargenofen im axialen '· Schnitt in einer Seitenansicht und
'■■■·■■ Fig;2 einenaTakt-Durchlaufofen mit Schleusen im Längsschnitt in einer Seitenansicht und in schematischer

"■::s-ßir: hi- 'Fig. 1 dargestellte Ofen 1 weist eine abgeschlossene ' und durch nicht dargestellte Türen . zugängliche Ofenkammer 2 auf, in die Strahlheizrohre 3 ragen, von denen zwei dargestellt sind und denen über ncäwleii.Leituhgen' 4, 5 Luft und Brenngas zugeführt wird.

ί DasBrenngas-Luft-Gemisch tritt jeweils aus einer bei 6 ! engedeuteten Brennerdüse aus und verbrennt, wobei die Abgase gesammelt und über eine Rohrleitung 7 . ^abgeführt werden.

τ .In der Brennkammer 2 ist ein von einer Muffel 8 ..umschlossener gasdurchlässiger Rost 9 angeordnet, auf -- dem.die bei 10 angedeutete, aus Teilen aus Eisenlegierungen bestehende Charge sind befindet Außerdem ist - ih:der.· Brennkammer 2 ein motorisch angetriebenes fi'Uniwäizgebläserad 11 vorgesehen, das in der in Fig. 1 '^dorch."Pfeile angedeuteten Weise eine Gasumwälzung .liiervorWift Durch- entsprechende Gestaltung der Ofen- ;skammeri2, der Muffel 8 und von in der Ofenkammer 2 .enthaltenen Gasführungskanälen 12 wird erreicht, daß isdas amgewälzte Gas von unten her durch den Rost 9 ; Ihindurehtritt und damit die Charge 10 allseitig innig umspült Vor dem Durchtritt durch den Rost 9 täaömt AasGzs der Ofenkammeratmosphäre noch Bddenkörper angeordnete Katalysatorschicht 13, die beispielsweise aus feinverteiltem Eisen auf einer J i iporöseii'T. rägermasse besteht
K rDie Loft-Brenngas-Zufuhr über die Zufuhrleitungen 4,5 zu den Strahlheizrohren 3 ist derart eingestellt, daß als Verbrennungsgas der Strahlheizrohre 3 über die Leitung 7 ein Exo-Gas austritt, das etwa aus 2% Hs, 2% CO, 2% H₂0,10% CO₂ und dem Rest N₂ besteht. Dieses Exo-Gas wird durch einen Kühler 14 geleitet wobei das abgeschiedene Wasser durch einen Wasserabscheider 15 abgeführt wird. Sodann wird das Exo-Gas mittels einer Pumpe 16 in die Ofenkammer 2 eingeführt und über eine Abgasleitung 17 abgeführt. Bei 18 ist ein mit der Abgasleitung 17 verbundenes Gasanalysegerät dargestellt, das zur Überwachung der Abgaszusammensetzung dient.

Nach dem Einbringen der Charge 10 in die Ofenkammer 2 wird die in der Ofenkammer 2 enthaltene Luft durch über die Pumpe 16 gefördertes Exo-Gas ausgespült, während gleichzeitig die Ofenkammeratmosphäre auf etwa 570⁰C, d.h. die Nitriertemperatur aufgeheizt wird. Der Exo-Gas-Überschuß wird hierbei über eine Leitung 19 nach außen abgeblasen.

Nach Erreichen der Nitriertemperatur wird über eine Leitung 20 zusätzlich NH3 in die Ofenkammer 2 eingeführt, bis sich darin das gewünschte Nitrierpotential PNH3/PH2¹·⁵ zwischen 0,5 und 5 einstellt, während das Partialdruckverhältnis pco/pco₂ in der Ofenkammer 2 zwischen 1 und 10 gehalten wird.

Am Ende der eigentlichen Behandlungszeit wird die Zufuhr des NH₃ über die Leitung 20 abgestellt, worauf die abgekühlten Teile zum gegebenen Zeitpunkt aus der Ofenkammer 2 entnommen werden.

Ist der in F i g. 1 dargestellte Ofen mit einer der Ofenkammer 2 zugeordneten Schleuse versehen, so wird diese ständig mit Exo-Gas gespült, während in der Ofenkammer die Nitrieratmosphäre mit dem angegebenen Nitrierpotential und dem erwähnten Partialdruckverhältnis dauernd aufrechterhalten wird.

An Stelle oder zusätzlich zu der Exo-Gas-Einleitung in die Ofenkammer 2 kann auch eine Möglichkeit vorgesehen werden, um CO2( + N2), beispielsweise aus Flaschen, in die Ofenkammer 2 einströmen zu lassen. Dies ist insbesondere dann nötig, wenn die Beheizung der Ofenkammer 2 auf anderem, beispielsweise elektrischem Wege geschieht, so daß kein Exo-Gas als Verbrennungsgas der Strahlheizrohre 3 zur Verfügung steht

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Takt-Durchlaufofen sind entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie bei dem Chargenofen gemäß F i g. 1 bezeichnet

so Die Ofenkammer 2 in der die auf einem geeigneten Transportorgan, beispielsweise einem gasdurchlässigen Rollenherd 22 ruhende Charge 10 enthalten ist ist beidseitig durch zwei Türen 23, 24 abgeschlossen, sie enthält ein Umwälzgebläserad 11, das eine durch Pfeile angedeutete Gasströmung erzeugt, welche gewährleistet, daß die die Charge 10 bildenden Teile innig von dem die Ofenkammeratmosphäre bildenden Gas umströmt sind. Hierbei kann ähnlich wie bei dem Ofen nach F i g. 1 unterhalb der Charge 10 eine Eisen- oder Eisenoxydkatalysatorschicht vorgesehen sein, die von dem umgewälzten Gas durchströmt und in F i g. 2 der

besseren Übersichtlichkeit wegen im einzelnen nicht veranschaulicht ist

Beidseitig der Ofenkammer 2 ist jeweils eine Schleuse 25, 26 angeordnet, die ihrerseits nach außen hin durch eine Tür 27 bzw. 28 verschlossen ist

Die taktweise Beschickung der Ofenkammer 2 mit einer neuen Charge 10 geschieht von einer bei 29

schematisch angedeuteten Beschickungseinrichtung aus, wobei bei geöffneter Tür 27 die zur Ofenkammer 2 führende Tür 23 verschlossen ist,,was,)di(rQh entsprechende Verriegelung der beiden Türen gewährleistet ist. Die in der Ofenkammer 2 enthaltene Charge 10 wird nach Abschluß der Behandlung und öffnen der Tür 24 in die Schleuse 26 überführt, worauf nach Schließen der Tür 24 und öffnen der Tür 23 die in der Schleuse 25 enthaltene Charge 10 in die Ofenkammer eingebracht wird. Der Schleuse 26 ist ein bei 30 angedeutetes Abschreckbad zugeordnet. Die Charge wird wahlweise abgeschreckt oder in der Schleuse im Gas abgekühlt. Die abgeschreckte oder abgekühlte Charge 10 wird sodann nach öffnen der Tür 28 auf eine bei 31 schematisch angedeutete Abführeinrichtung übergeben.

Während in der Zeichnung !ediglich eine Charge 10 schematisch dargestellt ist, sind naturgemäß in gleicher Weise auch größere Ofenkammern denkbar, in denen mehrere Chargenplätze vorhanden sind.

Der in Fig.2 dargestellte Ofen wird wie folgt betrieben: .

Nach dem öffnen der Türen 27, 28 wird die sogenannte Einlaufschleuse 25 mit einer neuen Charge 10 beschickt, während die sogenannte Kühlschleuse 26 entlerrt wird. Die Ofenkammer 2 ist hierbei durch die Türen 23, 24 verschlossen. Nach dem Schließen der Schleusentüren 27, 28 erfolgt deren Spülung mit Exo-Gas, das von einer nicht dargestellten Gasquelle herrührt und über Leitungen 32, .33 zugeführt wird. Die Schleusen 25,26 sind zu diesem Zwecke an Abgasleitungen 34, 35 angeschlossen, die ihrerseits in die Abgassammelleitung 17 münden. Über die Leitungen 32, 33 wird den Schleusen 25,26 ständig Exo-Gas zugeführt, so daß eine dauernde Spülung stattfindet

Nach Abschluß der Behandlungszeit für die in der Ofenkammer 2 befindliche Charge 10 werden die Türen 23, 24 geöffnet und in der bereits erwähnten Weise die Ofenkammer 2 neu beschickt, worauf die Türen 23, 24 wieder verschlossen werden. In der Ofenkammer 2 wird eine Gasatmosphäre mit einem mittleren Nitrierpoten- tialp8H3/pH2^l* zwischen 0,5 und 5 bei einem Partialdruckverhältnis pco/pto₂ zwischen 1 und 10 ständig aufrechterhalten. Zu diesem Zwecke wird der Ofenkammer 2 über eine Leitung 36 ständig Exo-Gas mit der entsprechenden Zusammensetzung und in der entsprechenden Menge zugeführt, während die NH3-Zufuhr ebenfalls ständig über eine Leitung 37 erfolgt Die Leitungen 36,37 sind in der Nähe der Ofenkammer 2 bei 36a und 37a koaxial zueinander geführt, so daß das NH₃ und das Exo-Gas erst im Augenblick des Eintrittes in die Ofenkammer 2 miteinander in Berührung kommen. Die Ofenkaüüner 2 ist im- übrigen über eine Leitung 38 an die Abgassammelleitung 17 angeschlossen, so daß sich konstante Dnickverhältnisse ergeben. Die in der Ofenkammer 2 ständig aufrechterhaltene Temepratur liegt vorzugsweise bei etwa 57O⁰C. Die Beheizung der Ofenkammer ist in F i g. 2 im einzelnen nicht dargestellt Sie kann in an sich beliebiger Weise etwa mittels Strahlheizrohren oder mittels elektrischer Heizelemente geschehen. Bei der Verwendung von brenngasbeheizten Strahlheizrohren kann ähnlich wie bei dem Ofen nach Fig. 1 das Exo-Gas durch entsprechende Einstellung des Brenngas-Luft-Verhältnisses der Strahlheizrohre gewonnen werden.

ίο Die nach dem neuen Verfahren herstellbaren E-Karbonitridschichten sollen anhand der folgenden Beispiele veranschaulicht werden:

Beispiel 1

In einer Atmosphäre aus 40% NH₃,35% H₂,5% H₂O, 5% CO, 2% CO₂ und 13% N₂

iPNH₃/pH₂ ¹·⁵ = l,9;pco/pco₂ - 2,5)

wurden Eisenproben (60 μπι dick) mit 0,1 % C bei 57O⁰C und einem Druck von 1,05 atm 2 Stunden gehalten.

Danach wiesen sie eine gleichmäßige und dichte ε-Karbonitridschicht von 14 μΐη auf. Der mittlere C-Gehalt der Eisenproben war auf 0,7% gestiegen. Da sich der Kohlenstoff nur in der ε-Karbonitridschicht löst nicht dagegen in dem aus <x- Eisen bestehenden Kern der Proben, liegt der C-Gehalt der e-Karbonitridschicht wesentlich höher.

Beispiel 2

In die Ofenkammer eines Schleusenofens gemäß Fig.2 wurden bei 57O⁰C NH₃ und Exo-Gas im Verhältnis 1 :1 eingeführt während die Schleusen lediglich mit Exo-Gas beaufschlagt wurden. Das Exo-Gas hatte folgende Zusammensetzung:

2% CO, 2% H₂0,10% CO₂, Rest N₂.

Die Charge bestand aus Teilen aus unlegiertem Eisen

In der Ofenkammer, deren Gasinhalt über die Charge und einen Eisen-Katalysator umgewälzt wurde, bestand folgende Atmosphäre: 25% NH₃,23% H₂,3,5% CO, 3,5 H₂0,1,5% CO₂,43,5 N₂

= 23;pco/pco₂ = 23).

Nach 2 Stunden Behandlungszeit wurde auf der Oberfläche der Chargenteile eine gleichmäßige und dichte ε-Karbonitridschicht von 18μΐη Dicke festgestellt Der Kohlenstoffgehalt von in der Charge enthaltenen Eisenproben von 60 μηι Dicke war von

so 0,1 % auf 0,4% im Mittel gestiegen.

Beide Beispiele zeigen deutlich, daß bei dem neuen Verfahren neben einer guten Nitrierwirkung eine Aufkohlung der ε-Nitridschicht erzielt wird, und zwar ohne Zusatz von Kohlenwasserstoffen oder explosiblen

.'■5 Gasen zu der Nitriergasatmosphäre.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

!:.- Patentansprüche:

•j-i ''Vi-Ii Verfahren zufciferstettmgivon e4Carbonitrid-

sn-i ^dnchten^ufcTeaen raus !Eisenlegierungen in einer jbriHOfeiikanimer; in einer Gasatmosphäre aus teilweise -;:.-. gespaltenen, gegebenenfalls mit N₂ verdünnten NH₃, ; ..-inGegeiiwart von CO₂ in einem Temperaturbereich von 500—650⁰C, sowie bei einem mittleren Nitrier-

.: ?(I)OtCJiUaIrPNH₃ZpN₂ ^1-5zwischen0,5und5, dadurch :.i gekennzeichnet, daß in die Ofenkammer zusammen-mit dem NH₃ ein CO₂-haltiges Gas mit einer Summe der brennbaren Bestandteile unter 5

VoL-% in einem solchen Mengenverhältnis ständig

eingeführt wird, daß in Gegenwart von in der

Summe 2—20 VoL-% CO und CO₂ ein Partialdruck-

verhältnis poolPcO₂ zwischen 1 und 10 während der

:,.'. Behandlungszeit in der Ofenkammer ständig aui- ■·: rechterhalten wird.

.,; 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ;'- zeichnet;daß es bei ca. 570°G durchgeführt wird. ·.-..:-.·· 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ofenkammer eine Mischung von ^; NHj und ungereinigtem Exo-Gas in einem Mengenverhältnis zwischen 1 :0,3 bis 1 :3 eingeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3 zur Durchführung ■■■· in einer brenngasbeheizten Ofenkammer, dadurch gekennzeichnet, daß das Exo-Gas aus der auf ein -entsprechendes Brenngas-Luft-Verhältnis eingestellten Gasbeheizung der Ofenkammer entnommen • . .·■ und nach Wasserabscheidung unmittelbar in die -•,Ofenkammer eingeleitet wird. .,'·■·.<··':· 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn- ·. · !zeichnet, daß die Zusammensetzung des Exo-Gases durch Regelung des Brenngas-Luft-Gemisches der !•Gasbeheizung der Ofenkammer konstant gehalten -wird.

-i-vV' 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß· es in Gegenwart einer aus feinverteil- ·:·■■ ;tem, gegebenenfalls auf einer porösen Trägermasse :»_'Y-jungeordnetem . Eisen bestehenden Katalysators - -::-. v.duEchgeführtwird.

.· ·5,μ·7'. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,/daß als Katalysator Eisen in oxydierter ν.'■! ·. iiEorm Verwendet wird.

0?i> ii 8: Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennüi ,zeichnet, daß der reduzierte Katalysator jeweils

• η-durch Luftzutritt zu der Brennkammer wieder i; oxydiert wird.

ι 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-■. zeichnet, daß der C-Gehalt der ε-Karbonitridschicht !·■..■>.: durch Beeinflussung des H2-Gehaltes der Gasatmo- : ' .·' ■ ι Sphäre in der Ofenkammer geregelt wird. ■ ■·, r 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9 zur Durchführung in einem schleusenlosen Chargen-

¹ ; ofen, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem ■·.·. !Einbringen der Teile in die Ofenkammer während ^;C-; des Aufheizens auf die Nitriertemperatur die in der <■■■■! Ofenkämmer enthaltene Luft mit Exo-Gas ausge- :■>; spült und nach dem Erreichen der Nitriertemperatur :>.'!.. zusätzlich das ,NH₃ in die Ofenkammer eingeführt M :n >.wirdf^; dessen Zufuhr zu Beginn einer an die γ :'eigentliche Behandlungszelt anschließenden Abküh-

• '.lungsperiode wieder abgestellt wird, worauf die ι i.;λ iaö&ekühlten Teile aus der Ofenkammer entnommen -um iwerden.

i;i ι .Μ·. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9 L- zur Durchführung in einem taktweise arbeitenden

Ofen mit einer oder mehreren der Ofenkammer zugeordneten Gasschleuse^), dadurch gekennzeichnet, daß in der Ofenkammer durch Zufuhr von Exo-Gas und NH₃ ständig die Gasatmosphäre aufrechterhalten und in die Schleusen) ständig eine für die Spülung innerhalb der Taktzeit ausreichende Exo-Gas-Menge eingeführt und die gleiche Exo-Gas-Menge an den entsprechenden Austrittsstellen abgeblasen wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Exo-Gas und das NH₃ in konzentrischen Rohren in die Ofenkammer eingeleitet werden.