DE2417179C3

DE2417179C3 - Verfahren zum karburieren hochlegierter staehle

Info

Publication number: DE2417179C3
Application number: DE19742417179
Authority: DE
Inventors: Roy J Cunningham; Warren Lieberman
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1973-04-10
Filing date: 1974-04-09
Publication date: 1977-09-08
Also published as: DE2417179A1; CA1018876A; JPS5133774B2; GB1431747A; JPS501930A; US3885995A; FR2225550A1; IT1013105B; DE2417179B2; FR2225550B3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Karburieren hochlegierter Stähle mit einem Kohlcnstoffantcil von 0,05 bis 0,3% und einem Chromanteil von wenigstens 2%.

Die erfindungsgemäß geeigneten Stähle werden nach bekannten Verfahren hergestellt und behandelt. Die Stähle werden vorzugsweise in Elektroöfen oder Vakuumschmelzanlagen geschmolzen, darauf folgt die Verformung, das Anlassen und die spanabhebende Grobbearbeitung für Getriebeteile, Lager und andere Werkstücke. Im allgemeinen werden diese Stähle nach der vorgenannten Grobbearbeitung mit Kohlenstoff angereichert. Bei der Aufkohlung solcher Stähle ergeben sich Probleme durch eine passive Metalloxydsciiiciit.die gewöhnlich mit diesen Stählen auftritt.

Die Härte eines Stahls ist eine Funktion seines Kohlenstoffgehalts. Stähle, die einen Kohlenstoffgehalt von 0,5% und mehr aufweisen, können im allgemeinen bis zu einem hohen Härtegrad gehärtet werden und sind als hochharte Stähle bekannt Die Härtbarkeit eines Stahls ader die Fähigkeit. Härte unterhalb der Oberfläche des Stahls zu erzielen, ist eine Funktion seines Gehaltes an Legierungszusätzen. Wenn der Gehalt an Legierungszusätzen unter 2% lieg», wird der Stahl gewöhnlich als niedriglegiert bezeichnet, bei über 2% wird der Stahl gewöhnlich als hochlegiert bezeichnet. Wenn die Kombination aus Kohlenstoff und Legierungszusätzen in ihrem Gehalt ausreichen, um 90 ... 95% Martensit in der Mitte einer Querschnittsebene zu erzielen, und zwar bei Wärmebehandlung des Stahls mit normalen Mitteln, sagt man, daß die betreffende Stahllegierung durchhärtend sei.

Die von durchgehärteten Stählen im allgemeinen gezeigte Verteilung der Restspannungen umfaßt Zugspannungen an der Oberfläche und bis zu großer Tiefe, sowie Druckspannungen nahe der Mitte der Querschnittsebene.

Lager, Getriebe und andere Metallteile, die sich unter Berührung anderer Metallteile bewegen, unterliegen Wechselbeanspruchungen und werden im allgemeinen als auf Ermüdung beansprucht bezeichnet. Es ist bekannt, daß die Festigkeit gegenüber Ermüdungsbe;i,nspruchung durch die Anwesenheit von Druckspannungen an der Oberfläche verbessert wird. Im Idcalfall sollten Getriebe, Lager und ähnliche Teile eine Verteilung der Restspannungen mit Druckspannungen an der Oberfläche und mit Zugspannungen im Kern oder in der Mitte der Querschnittsebene aufweisen. Die Oberflächen sollten gute Oberflächen- und Biegeschwingungsfcstigkeil aufwesen und gute Bruchfestigkeit und Zähfesligkeit haben. Somit ist die in durchgehärteten Stählen entwickelte Spannungsverteilung entgegengesetzt zu der für Anwendungen bei Getrieben und Lagern erforderlichen Spannungsverteilung.

Insbesondere sind die bei durchgchärteten Stählen entwickelten Ziigspannungsbcanspruchungcn an der Oberfläche schädlich im Hinblick auf die Anforderungen an die Dauer der Beanspruchung auf Umfangsrcibung und die Biegcweehselfestigkeit, die im allgemeinen mit Lagern und Getrieben verknüpft werden. Daher verschlechtert die Spannungsverteilung in diirchgehiirtctcn Stählen vielmehr die Lebensdauer bei Ermiidungsbcanspruchung von Lagern und Getrieben, die aus diesen Stählen gefertigt sind, als daß sie die Lebensdauer verbessert.

Es ist bekannt, daß Legierungen, die eine sehr hohe Härte besitzen und durchgehärtet sind, zur Sprödigkeit und zu schnellem Bruch unter Belastung neigen. Ein Gegenstand oder ein Teil, das gänzlich aus einer solchen Legierung hergestellt ist, wird daher bei Stoßbeanspruchung oder anderen, schnell aufgebrachten Beanspruchungen nicht zufriedenstellend arbeiten. Dies ist besonders zutreffend bei Stählen, wo hohe Kohlenstoffgehalte zur Erzielung hoher Härte verwendet werden.

Das Verfahren der Einsatzhärtung durch Aufkohliing oder Karburierung und anschließende Hiirtung ist entwickelt worden, um werkstoffeigene Probleme zu überwinden, die durch hohe Kohlenstoffgehalte in Stählen verursacht werden, die für Lager, Getriebe und ähnliche Anwendungen benutzt werden. Bei einem Verfahren zur Einsatzhäming wird die Oberfläche eines Gegenstandes oder Teils, das aus einem Stahl niedrigen Kohlenstoffgehaltes gefertigt ist, dadurch mit Kohlenstoff angereichert, dai3 dieser Gegenstand oder dieses Teil in Berührung mit einem Kohlenstoff abgebenden Medium erhitzt wird. Während dieser Behandlung

diffundiert Kohlenstoff in den Stahl niedrigen Kohlenstoffgehaltes und erzeugt eine damit angereicherte Schicht, die gewöhnlich zwischen 0,125 und 3,75 mm dick ist, je nach dem endgültigen Verwendungszweck des Gegenstandes oder Teils. Die mit Kohlenstoff angereicherte Schicht, die als Randzone bezeichnet wird, enthält gewöhnlich 0,6 bis i,3% Kohlenstoff, während der als Kern bezeichnete verbleibende Teil mit niedrigem Kohlenstoffgehalt gewöhnlich nur ungefähr 0,05 bis 0,3% Kohlenstoff enthält.

Die tatsächliche Härtung der Randzone wird durchgeführt, indem man das mit Kohlenstoff angereicherte Werkstück oder Teil von einer Temperatur her abkühlt, wo die aufgekohlte Randzone völlig oder im wesentlichen austenitisch ist (Ausl.i_nitbi!dungstemperatur), bis zu einer Temperatur, wo sich die Randzone in Martensit umwandelt. Das Erreichen dieser Austenitbildungs- oder Härtungstemperatur kann auf mehrere Arten durchgeführt werden. Das Werkstück oder Teil kann bei der Austenilbildungstemperatur oder einer anderen hohen Temperatur aufgekohlt werden und direkt anschließend abgekühlt werden, um die Umwandlung in Martensit zu bewirken; oder der Gegenstand oder das Teil kann wieder von der Raumtempera tür bis zur Auslenitbildungstcmperaiur nach vorhergegangener Wärmebehandlung zur Aiifkohliing oder Vergütung erhitzt werden.

Bei der Abkühlung von der Auslenitbildungsiemperatur her ist das Ziel, eine harte martensitische Feinstruktur in der mit Kohlenstoff angereicherten Zone an der Oberfläche zu erzeugen. Die meisten cinsatzgehärteten Stähle erfordern die Abschreckung in öl. Wasser oder geschmolzenen Salzen bei niedrigen Temperaturen, um die Umwandlung des Auslenits in der Randzone in unerwünschte weiche Feinstrukturen, die bei Zwischentemperaturen auftreten, möglichst gering yu halten oder zu unterbinden. Die resultierende inartensilischc Randzone ist sehr harn, sie weist eine Rockwell-Härte von über C 50 und gewöhnlich sogar über C 60 auf.

Andererseils liegt der Kern niedrigeren Kohlenstoffgehalts bei einem niedrigeren Härtegrad nach der Abschreckung und behält somit seine hohe Widerstandsfähigkeit gegen SloUbeunspruchung und eine gute Zähfestigkeit. Somit ist die Auswirkung der Einsatzhärtung, daß eine sehr harte, gegenüber Abnutzung und Kerbung widerstandsfähige Oberfläche (Randzone) erzeugt wird und mit einem Kern kombiniert ist, der gute Verformungsfähigkeit und Ziihfestigkeit, jedoch geringe Härte, aufweist. Mit Kohlenstoff angereicherte Stahlteile haben eine Rest· spannungsverteilung mit Druckspannungen auf ihren Oberflächen und Zugspannungen im Kern oder in der Mitte der Querschnittsebenc und sind daher insbesondere für Getriebe, Lager und ähnliche Zwecke verwendbar.

Wenn bei Stahl eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung an der Oberfläche und ein hoher Grad an Zähfestigkeil gefordert werden, wird dieser Stahl gewöhnlich mit einem gewissen Prozentsatz von l.egierungszusätzen, gebräuchlicherweise mindestens 2%, legiert. I lochlegiertc Stiihle enthalten normalerweise Chrom in (l?r Höhe von ungefähr 2 bis ungefähr 25 Gewichtsprozent oder mehr, um die Ziihfestigkeit und die Widerstandsfähigkeit gegenüber Abnutzung zu verbessern. Weitere Legierungsbestandteile können hochlegierten Stahlen beigefügt werden, um ihre Verwendbarkeit für besondere Zwecke zu verbessern.

Beispielsweise können Metalle, wie z. B. Vanadium, Wolfram und Molybdän zugesetzt werden, um Stähle zu erzeugen, die ihre Härte bei hohen Temperaturen behalten und gewöhnlich als »warmharte« Slähle bezeichnet werden.

In der Vergangenheit waren Versuche zum Einsatzhärten von hochlegierten Stählen vermittels herkömmlicher Aufkohlungsverfahren zwecks Schaffung der Verwendbarkeit dieser Stähle für Lager, Getriebe und

ίο ähnliche Zwecke weitgehend erfolglos wegen der Bildung eines heterogenen, passiven Metalloxyds auf der Stahloberfläche, das die gleichförmige Diffusion von Kohlenstoff in den Stahl verhindert. Die Aufkohlung muß, um wirksam zu sein, in solcher Weise vollbracht

is werden, daß eine Schicht von Kohlenstoff gleichförmig durch die gesamte freiliegende Oberfläche eindiffundiert.

Das passive Metalloxyd, vermutlich ein Chromoxyd, bildet sich bei Raumtemperatur und bewirkt die Ausbildung einer Randzone bei der Aufkohlung, die flach, ungleichmäßig und von einem zu niedrigen Härtegrad ist, wenn nicht diese hochlegierten Stähle einer besonderen Vorbehandlung unterzogen werden. Daher sind mit Kohlenstoff angereicherte hochlegierte Stähle im allgemeinen nichi zufriedenstellend bei Verwendung in Gelrieben und Lagern, weil sie stellenweise Oberflächenzoncn umfassen, die viel weicher sind, als für diese Anwendungen gefordert wird.

In vorbekannten Verfahren wurde häufig versucht, dieses Problem durch eine Vorbehandlung des hochlegiertcn Stahls dadurch zu beseitigen, daß die passive Schicht durch verschiedene Verfahrensweisen entfernt wurde, und unmittelbar anschließend der Stahl aufgekohlt wurde. Vorbekannte Verfahren zur Beseitigung

3S passiver Schichten litten jedoch unter zahlreichen Nachteilen. Ein derartiges Verfahren schließt beispielsweise die Reinigung der Stahlobcrfläehc mit abschleifenden Partikeln ein. Bei diesem Verfahren müssen die gereinigten Werkstücke aus Stahl unmittelbar nach der Reinigungsbehandlung in den Ofen zur Auikohlung eingebracht werden, weil sich andernfalls ergibt, daß die passive Schicht sich erneut bildet, wenn das Werkstück der Luft ausgesetzt wird.

Die passive Oxydschicht bildet sich in etwa ein oder zwei Stunden neu, und die Aufkohlungsbehandlung muß innerhalb dieses kurzen Zeitraumes begonnen werden, um schädliche Auswirkungen zu vermeiden. Die meisten vorbekannten Verfahren zur Beseitigung der passiven Schicht leiden unter diesem Nachteil. Noch weitere Verfahren zur Entfernung von passiven Schichten ziehen zusätzliche Arbeitsgänge, zusätzliche Geräte und erhöhte Kosten nach sich.

Aus einer Arbeit »J. Elchcm. Soc.« VoI, 114, No. 5 sind Laborexperimente an Eisen-Chrom-Legierungen bekannt, welche im trockenen Kohlcndioxyd bei 700, 900 und 1100⁰C oxydiert worden sind. Bei diesem Verfahrensschritt wurde beobachtet, datl die Oxydation bei allen Temperaturen von einer Karburierung begleitet war. Wahrend der Oxydation sollen sich

f>o verschiedene Schichten an der Legierungsoberfläche bilden. Die äußere Schicht oder Kruste sei Eisenoxyd, dicht und rißfrei, und wird von einer inneren Schicht durch Poren getrennt. Die innere Kruste oder Schicht sei porös und aus zwei Phasen zusammengesetzt,

f\s nämlich aus Wüstit und einem FeCr-Spinell.

Es wird angenommen, daß die Erzeugung einer oxydierenden und karburierenden Atmosphäre in den Lücken oder Poren und die Verhinderung des direkten

Zugangs von Kohlendioxyd aufgrund einer dichten, durchgehenden, äußeren Oxydschicht notwendig sind, um die gemachten Beobachtungen zu erklären. Die Proben sind vor dem Test einer chemischen Reinigung unterworfen worden. Es wurde aber auch festgestellt, daß die Karburierung nicht in allen Proben auftrat

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues und verbessertes Verfahren zur Karburierung bzw. Aufkohlung hochlegierter Stähle zu schaffen, bei welchem die Probleme beseitigt werden, die durch die ι ο Bildung einer passiven Oxydschicht bei niedriger Temperatur auf derartigen Stählen verursacht werden, und durch welche möglich wird, die Stähle während eines beträchtlichen Zeitraums zu lagern, bevor sie aufgekohlt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Schritten geiöst:
Erhitzung des Stahls auf eine Temperatur von 538°C bis 1037³C in einer oxydierenden Atmosphäre während einer Zeitdauer von 30 Minuten bis 4 Stunden, ausreichend zur Bildung eines bei hoher Temperatur entstehenden Oxydes auf der Stahloberfläche und
Karburieren des das bei hoher Temperatur entstehenden Oxyd aufweisenden Stahls in einem Gas mit einem Kohlenstoffpotential von 0,6 bis 1.5% bei einer Temperatur von 844° C bis ! 150" C.

Gemäß der Erfindung ist festgestellt worden, daß ein bei hoher Temperatur auf Stahloberflachen gebildetes Oxyd nicht der Aufkohlung im Wege steht und gestattet, daß Kohlenstoff gleichförmig in die Stahloberfläche während des Aufkohlungsvorganges cindiffundiert, um eine harte, gleichförmige Randzonc zu schaffen.

Weiterhin verhindert das bei hoher Temperatur entstandene Oxyd die erneute Bildung der bei niedrigen Temperaturen auftretenden passiven Schicht, die die Anreicherung mil Kohlenstoff behindert. Das bei hoher Temperatur auf der Slahloberfläche gebildete Oxyd isi stabil bei Luftzutritt und verbleibt auf dem Stahl während langer Zeiträume, beispielsweise mindestens eine Woche oder langer. Das bei hoher Temperatur gebildete Oxyd gestattet somit, die Aufkohliing bis zu einer geeigneten Zeit zu verschieben.

Durch die Erfindung wird ein Zwci-Schritl-Vcrfahrcn geschaffen, bei welchem die Voroxydation die Legierung für die Karburierung vorbereitet, ohne daß es notwendig ist, den Gegenstand zu reinigen. Bisher konnte keine gleichförmige Karburierung durchgeführt werden, es sei denn, der Gegenstand wurde karburicrl, während er noch sauber war. Gemäß Erfindung kann der Stahl, nachdem er einmal oxydiert worden ist, abgelegt und viel später karburiert werden. Infolgedessen wird ein vorteilhaftes, kostensparendes und kommerziell außerordentlich günstiges Verfahren geschaffen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die oxydierende Atmosphäre Luft. Diese Atmosphäre kann auch ein Gasgemisch sein, das seine Oxydierfähigkeit aufrechterhält unc! eine Oxydschuppenschicht auf hochlcgicrtcn Stählen ergibt, wenn diese in dem weiter unten beschriebenen Temperaturbereich erwärmt wer- (>o den. Die Oxydalionsatmosphäre kann mit einer herkömmlichen Ofenanlage geschaffen werden. Der Ofen ist vorzugsweise mit einer Verschlußklappc

JiUSgCSiiiiiCl, uiC gCSCriruSSL'ii werden kiiiin, ΠΓιΟΠύΟίΓι del

Stahl in den Ofen gelegt worden ist, um zu <λ gewährleisten, daß eine gleichförmige Temperatur im gesamten Ofen erzielt wird. Der ..Ofen kann mit zwangsumgewälzter Luft oder unter Überdruck stehender Luft während des Oxydationsvorganges beaufschlagt werden, um ausreichende Oxydationsbedingungen sicherzustellen. Der Ofen kann auch mit normaler, stillstehender Luft arbeiten.

Vorteilhaft wird der Stahl bei einer Temperatur zwischen etwa 955°C und 1010'C oxydiert Eine günstige Temperatur liegt bei 982° C

Bei Anwendung einer zwischen 955°C und 1010⁰C liegenden Temperatur wurde festgestellt, daß eine kürzere Zeit gebraucht wird, um ausreichendes, bei hoher Temperatur entstehendes Oxyd zu bilden, wie es für die nachfolgende, gleichförmige Aufkohlung bestimmt ist, und daß der Stahl direkt, ohne eine vorhergehende Reinigungsbehandlung, oxydiert werden kann.

Obwohl es nicht wesentlich ist, den Stahl vorher zu reinigen, wenn Oxydationstemperaturen von 955°C bis 10l0°C angewendet werden, zieht man vor, einen solchen Verfahrensschritt zu gebrauchen, um eine saubere Oberfläche für die Bearbeitung zu schaffen. Diese vorhergehende Reinigung des Stahls kann in herkömmlicher Weise vollbracht werden, wie z. B. durch Anwendung eines Abblasverfahrens mit Aluminiumoxydgrieß oder einem Grieß aus einem komplexen Aluminium/Eisensilikat. Gegenwärtig wird Alumimumoxyd wegen seiner wirksameren Rcinigungsfähigkeil vorgezogen.

Vorzugsweise wird der Stahl während eines möglichst kurzen Zeitraumes in der Oxydations-Aimosphärc belassen, wie beispielsweise 30 Minuten bis zu einer Stunde, weil der Stahl während der Oxydationsbchandlung zur Entkohlung neigt.

Der Stahl muß ausreichend lange in dem Ofen belassen werden, um das gesamte Werkstück auf die Temperatur des Ofens zu bringen. Im allgemeinen wird das Stahlwcrkstück im Ofen für eine Dauer von einer Stunde pro 2,5 cm seiner Dicke durchgeglüht.

Temperaturen über 1010⁰C bewirken die Erzeugung eines ausreichenden, bei hoher Temperatur sich bildenden Oxyds, aber derartige Temperaturen beschleunigen die Entkohlung der Slahloberflächc, die während des Verfahrensschrittes der Oxydation auftritt und unerwünschtes Kornwachstum an der Oberfläche des Werkstücks ergeben kann. Andererseits nimmt die zur Ausbildung eines ausreichenden Oxyds bei hoher Temperatur benötigte Zeit zu, wenn die Temperatur beim Verfahrensschritt der Oxydation unter 955°C erniedrigt wird.

Bei niedrigen Oxydationstcmperaturcn im Bereich von 538' C bis zu etwa 955"C wird es notwendig, einen vorhergehenden Arbeitsgang zur Reinigung anzuwenden und den gereinigten Stahl in die Oxydationsatmosphäre einzubringen, bevor sich die passive Schicht neu bilden kann. Obgleich eine vorhergehende Reinigung notwendig ist, um die nachfolgende, gleichmäßige Anreicherung mil Kohlenstoff sicherzustellen, wenn Oxydationstemperaturen von 538°C bis zu unterhalb von 955" C angewendet werden, so weist dieser Verfahrensschritt nicht die Probleme auf, die mit der bekannten Verfahrensweise der Reinigung unmittelbar vor der Aufkohlung verknüpft sind. Die Dauer der Aufkohlung beträgt gewöhnlich mehrere Stunden, z. B. 6 bis 30 Stunden, und wenn einmal der Aufkohlungsvorgiing begönnen liat, κ*ΐπη der zur nUiKOmung uicncnuc Ofen nicht mehr geöffnet werden, um weitere Werkstücke aufzunehmen. Daher kann der bekannte Vcrfahrenssehritt der Reinigung der Werkstücke nur ausgeführt werden nach der Verfügbarkeit des Aufkoh-

lungsofens. Weiterhin könnte lediglich die Anzahl von Werkstücken in den Aufkohlungsofen eingelegt werden, die in der kurzen Zeit gereinigt werden können, die die passive Oxydschicht benötigt, um sich neu zu bilden. Die Zeit zur Bildung des Oxyds bei hoher Temperatur gemäß der vorliegenden Erfindung ist verhältnismäßig kurz, und Werkstücke aus Stahl können in einen Flammofen zu jedem Zeitpunkt seines Betriebes eingelegt und dort oxydiert werden.

Folglich ist der vorhergehende Verfahrensschritt der Reinigung, der in der vorliegenden Erfindung angewendet wird, nicht auf den Zeitraum beschränkt, in welchem er vollständig durchgeführt werden kann, oder durch die Anzahl von Werkstücken begrenzt, die in der kurzen Zeit vorbereitet werden können, die die passive Schicht benötigt, um sich neu zu bilden.

Zweckmäßig wird der Stahl länger als 2 Stunden, nachdem er der oxydierenden Atmosphäre bei hoher Temperatur ausgesetzt worden ist, karburiert.

Das bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angewendete Kohlenstoffpotential liegt vorzugsweise zwischen 0,85 und 0,95%. Dieses Kohlenstoffpotential ist leichter zu erreichen und zu steuern als höhere Kohlenstoff Potentiale und vermeidet im wesentlichen die abzulehnenden Karbidnetze, die dazu neigen, sich an der Stahloberfläche zu bilden, wenn höhere Kohlenstoffpotentiale angewcndcl werden. Die Ausbildung derartiger Karbidnetze wird auch verringert, indem die Dauer des Oxydationsvorganges verkürzt und/oder die Dauer des Härtungsvoigangcs bei dem Verfahren verlängert wird.

Während des Verfahrensschritts der Aufkohlung nach der vorliegenden Erfindung diffundiert Kohlenstoff in den Stahl ein und erzeugt eine mit Kohlenstoff angereicherte Schicht oder Randzone.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird an dem Stahl durch die Karburierung eine effektive Randzonendicke mil einem Rockwel-Härtegrad C 50 von 0.125 mm bis 3,75 mm Tiefe erzeugt. Vorzugsweise liegt die »effektive« Randzonendicke des fertigen Werkstücks zwischen 0.5 und 3 mm.

Die Dauer der Aufkohlung hängt von der gewünschten »effektiven« Randzonendickc ab. Wie bei der vorliegenden Erfindung angewendet, bezieht sich der Begriff der »effektiven« Randzonendickc auf den senkrechten Abstand von der Oberfläche der Randzone bis zu einem Punkt, wo die Härte dem Wert C 50 der Rockwell-Härieskala gleichwertig ist. Daher können die Stähle mindestens 4 Stunden lang oder höchstens 30 Stunden lang karburiert werden. Typischerweise, bei Anwendung eines Kohlcnstoffpotentials von 0.85 bis 0.95% und einer AufkohUingstcmpcraiur von 92bC. erzeugt eine Aufkohlung von 6 Stunden Dauer eine »effektive« Randzonendickc von 0.75 bis 1,0 mm. eine Aufkohlung von 12 Stunden Dauer erzeugt eine »effektive« Randzonendickc von 1.4 bis 1,65 mm, und eine Aufkohlung von 30 Stunden Dauer erzeugt eine »effektive« Randzonendicke von 2,25 bis 2,5 mm.

Der für den Verfahrcnsschrilt der Aufkohlung verwendete Ofen kann ein Ofen der gebräuchlichen Art für Postenbetrieb, wie beispielsweise ein Schacht- oder ein Kastenofen sein. Bei herkömmlicher Verfahrensweise wird der Stahl in den Aufkohlungsofen bei einer Temperatur von 815³C eingebracht und bei Abwesenheit des Anreicherungsgases auf eine Temperatur von 926°C gebracht. Wenn die Aufkohlungstemperatur erreicht ist, wird das Anreicherungsgas in den Ofen eingeleitet.

ίο Soweit dieses Verfahren nach der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann, werden die oxydierten Stahlwerkstücke in einen Aufkohlungsofen geladen, der auf der Aufkohlungstemperatur gehalten wird, und unmittelbar daran anschließend wird Anreicherungsgas in den Ofen eingeleitet. Nach Ausführung der Aufkohlung wird der Stahl im Aufkohlungsofen auf 815°C abgekühlt, aus dem Ofen entfernt und durch Luft gekühlt. Sodann wird der Stahl einer herkömmlichen, der Aufkohlung folgenden Härtungsbehanidlung unterzogen, die für den jeweils verwendeten Stahl geeignet ist.

Das Kohlenstoffpotential im Aufkohlungsofen wird zwischen 0,6 bis 1,5% gehalten. Dies wird durch Messung des Taupunktes der eintretenden Gase und/oder durch eine Infrarot-Kohlendioxydanalyse der tatsächlich im Aufkohlungsofen befindlichen Gase überwacht. Das Kohlenstoffpotential eines Strömungsmiltels, wie es in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, zeigt den Kohlenstoffgehalt an, bis auf welchen

ίο dieses Strömungsmittel Stahl bei Erreichen des Gleichgewichtszustandes mit Kohlenstoff anreichert. Üblicherweise wird das Kohlenstoffpotential in Kohlenstoff-Prozemen in dünnen Streifen eines Stahls niedrigen Kohlcnstoffgehaltcs (0,10% oder weniger)

vs gemessen, wobei diese Streifen im wesentlichen in einen Gleichgewichtszustand mit der Gasatmosphäre gebracht worden sind und im wesentlichen einen gleichförmigen Kohlenstoffgehalt durch den ganzen Streifen hindurch aufweisen. Das Kohlcnstoffpotcnlial hängt ebenfalls von der Temperatur ab: zumindest innerhalb des Temperaturbereichs der Ausienitbildung nimmt das Kohlensloffpolcntial eines Gases gleichbleibender Zusammensetzung umgekehrt mit der Temperatur zu.

Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Stähle sind vorzugsweise Stähle vom martensitischen Typ und schließen die in den Vereinigten Staaten unier der Handelsbezeichnung »Vasco X2« und »Modified VascoX2« bekannten Stähle ein. ferner Werkzeugstahl

so mit der Bezeichnung »Modified Hl 1« und Edelstahle, wie beispielsweise Edelstahl mit der Handelsbezeichnung »416«. Neben ihrer Eigenschaft, hochlegiertc Stähle zu sein, sind diese Stähle warmhart und besii/cr die Fähigkeit, einen großen Anteil ihrer bei Raumiem

ss peratur vorhandenen Fesligkcii auch bei erhöhtet Temperaturen zu behalten. Typische ZusainmcnsiM/un gen einer Anzahl für das erfindungsgemäße Verfahret geeigneter Stähle sind in der folgenden Tabelle
aufgeführt.

Tabelle 1	..Mo₁IiIi,	ji\ Vasen X2«	>.Vasu>X2«	Werkzeugstahl -Moulded Mil"	LiIeIsIaIiI -III-
(l.egicrungszusälze in %)	0.1 3-0	.Ib	0.20 — 0.;'")	0.20-0.2")	m.n.O.l")
Stahlsorte	0.80- 1	.00	0.80 - 1.00	O.SO- 1.(1(1	0.8(1 1.00
Kohlenstoff					711ΊΓ1Κ1/3
Silizium

ίο

Fortsetzung	»Modified Vuseo X2«	»VasLO X2«	Werkzeugstahl	edelstahl »416«
Suihlsoiie			»Modilied Uli«
	0,20-0.40	0,20-0,40	0.20-0,40	1,15-1,25
Mangan	max. 0.015	max. 0.015	max-0.03	(max. 0,03*)
Schwefel	max. 0,015	max. 0.015	max. 0,OJ	min. 0,07
Phosphor	1,20-1,50	1,20-1,50
Wolfram	4,75-5,25	4,75-5,25	4.75-5,25	12,0-14,0
Chrom	0,40-0,50	0,40-0,50	0,40-0,60
Vanadium	1,30-1,50	1,30-1,50	1,20-1,40	max. 0,60
Molybdän	—	—	—	min. 0,70
Selen	von Selen soll der Schwcfclgchalt	0.15-0.40% betragen.
*) Uei Abwesenheit

Andere hochlcgierie Stähle, die nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, schließen Schnellstähle und Werkzeugstahl ein, die mehr als 2% Chrom enthalten.

Nachdem der Stahl in der Oxyd"tions-Atmosphäre erwärmt worden ist. um bei hoher Temperatur das Oxyd auf seiner Oberfläche zu bilden, wird er aus dem Ofen entfernt, und man läßt vorzugsweise zu, daß er an der Luft abkühlt. Der Stahl kann langsam durch Luft bis zur Kohlenstoffgehalt aufweisen, als erwünscht ist. Um dieses Problem zu überwinden, können die Werkstücke aus Stahl in den Zonen überdimensioniert werden, die nicht aufzukohlen sind. Die überdimensionierte Matcrialschicht, die während des Oxydationsvorgangs entkohlt wird, kann nach der Häruingsbchandlung abgetragen werden, um eine Oberfläche übrigzulassen, die den richtigen Kohlenstoffgehall aufweist.

Gemäß einer anderen Ausfühninsform kann das

Raumtemperatur oder durch eine Kombination von 25 gesamte Stahlwerkstück aufgekohlt werden, wodurch

Luftkühlung und nachfolgender Wasserkühlung abgekühlt werden. Sobald sich einmal das Oxyd bei hoher Temperatur auf dem Stahl gebildet hat, kann der Stahl während langer Zeiträume an der Luft verbleiben, bevor die Aufkohlungsbehandlung begonnen wird. Somit kann der Stah länger an der Lufi bleiben, als für den Zeitraum von einer oder zwei Stunden, dessen es bedarf, um die passive Oxydschicht neu zu bilden. Der Stahl kann an der Luft während eines Zeitraumes von mindestens einer Woche gelassen werden.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht, große Anzahlen von Werkstücken zum Karburieren vorzubereiten, während bekannte Verfahren zur Vorbehandlung nur die Anzahl von Werkstücken zu karburieren gestatten, die in dem kurzen Zeitraum gereinigt werden können, dessen es bedarf, bis die passive Oxydschicht sich neu gebildet hat.

Bei einer Durchführung des Verfahrens wird der Stahl vor der Aufkohlung mit einer Schutzschicht auf den der Kohlenstoff zurückgegeben wird, der während des Verfahrensschrittes der Oxydation bei hoher Temperatur verlorengegangen war, und man bildet also praktisch eine mit Kohlenstoff angereicherte Randzone tun das gesamte Werkstück herum. Oder dem Stahl wird vor dem Oxydationsvorgang eine Schutzbeschiehuing auf denjenigen Flächen verliehen, die nicht karburiert werden sollen, um Entkohlung zu verhindern. Die Schutzbeschichtung ist vorzugsweise eine keramische,

die dadurch gebildet wird, daß man entsprechendes Material durch Bestreichen, Besprühen oder Eintauchen aufbringt.

Der mit einer bei hoher Temperatur gebildeten Oxydschicht \ ersehene Stahl kann durch herkömmliche Aufkohlungsverfahren karburiert werden. Daher wird die Karburierung oder Aufkohlung in einem herkömmlichen Einsetzofen oder einer herkömmlichen Einsetzkammer durchgeführt, die ein herkömmliches Aufkohlungsmittel in fester oder flüssiger Phase oder eine

Flächen versehen die nicht aufgekohlt werden sollen. _4S dosierbare Atmosphäre enthält, die aus einem Träger-D.es ist e.ne bei der Aufkohlung herkömmliche gas und einem Anreicherungsgas zusammengesetzt" ist.

Vorzugsweise wird eine dosierbare Atmosphäre verwendet. In dem angegebenen Bereich der Aufkohlungs

Verfahrensweise, und so werden nur die Teile der Werkstücke aufgekohlt, die eine harte Randzone wegen der Berührung mit anderen Oberflächen erfordern. Die Schutzschicht ist vorzugsweise ein Kupferüberzug und wird dadurch geschaffen, daß die Flächen, die aufgekohlt werden sollen, mit einem harten Wachs abgedeckt werden, und diejenigen Flächen frei bleiben und damit aufnahmefähig für den Kupferüberzug werden, die nicht aufgekohlt werden sollen. Nach herkömmlichen Verfahrensweisen wird der Stahl sodann mit Kupfer derart überzogen, daß eine mindestens 0.025 mm dicke Kupferschichi auf jenen Flächen gebildet wird. die nicht aufgekohlt werden sollen. Die Abdeckung aus harten) Wachs wird sodann durch gebrauchliche Mittel, wie beispielsweise eine heiße alkalische Reinigung, entfernt, um die I lachen freizulegen, die aufgekohlt werden sollen.

Wie oben festgestellt, neigt Stahl während der Oxidation bei hoher Temperatur zur hmkohlung. und wenn Stahl einen Kiiplerüber/ug erhält, um einigt; Flächen vor der Karburierung abzudecken, dimi können die abgedeckten Flächen einen niedrigeren temperatur liegt ein vorteilhafter Bereich bei 926°C.

Der Begriff »Anreicherungsgas«, wie er in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bezeichnet ein Kohlenwasserstoff- oder CH₄-GaS und umschließt Naturgas, verhältnismäßig reines Meahan. Äthan, Propan oder andere Hydrokarbonate und Oxyhydrokarbonate, die dem Methan insofern gleichwertig sind, als sie ebenfalls als Anreicherungsgas bei der Karburierung bekannt sind.

Bei einem Stahl der Handelsbezeichnung »Vasco X2« oder »Modified VascoX2« bestünde beispielsweise eine übliche lläriungsbehandlung darin, den Stahl zuerst bei 315"C zwei Stunden lang zu tempern, um Spannungen zu beseitigen, dann den Kupferübcrzug zu entfernen und anschließend eine Reinigung durch Ablasen mit Partikeln aus Aluminiumoxyd oder einem komplexen Aluminium/Fi-ensilikat durchzuführen. Der Stahl wird abgeblasen, um ihn frr einen neuen Kupferüberzug auf seiner ganzen ObeiTläLhe vorzubereiten, zwecks Verhinderung der FnlkohliiiiL' während ,1,-r n:irhfoli!cnden

Härtung. Nach der Reinigung durch Abblasen wird eine dünne Nickelschicht (0,0075 mm) auf den Stahl aufgebracht, um seine Oberfläche zu aktivieren und sie für den Kupferüberzug zu grundieren. Der Kupferüberzug, vorzugsweise von zumindest 0,025 mm Dicke, wird sodann auf der gesamten Siahloberflächc aufgebracht. Anschließend kann der Stahl bis auf 622 C drei Stunden lang erwärmt werden, um die Haftfähigkeit des Kupferüberzuges zu prüfen. Nach dieser Erwärmung wird der Stahl einer Abblasung mit Glaspartikeln unterzogen, um die Qualität des Kupferüberzuges noch weiter zu beurteilen. Jede Blasenbildung oder jeder Riß in dem Kupferüberzug während der Abblasung mit Cilaspanikeln zeigt an, daß der Überzug schadhaft ist und ersetzt werden sollte.

Nachdem der Kupferüberzug geprüft worden ist, wird der Stahl auf die Härtungstemperamr gebracht. Hin Stahl mit der I landelsbezeichnung »Vasco X2« kann beispielsweise 30 Minuten lang bei 786"C vorgewärmt und dann auf 1010⁰C erhitzt werden, um den gesamten Stahl in Austenit umzuwandeln. Der Stahl wird sodann einer Abschreckung in Öl unterworfen, um das Austenitgefügc in Martensit umzuwandeln. Innerhalb von 30 Minuten nach der Abschreckung in Öl wird der Stahl vorzugsweise bei einer Temperatur von —73 bis -84 C tiefgefroren. Der Stahl wird drei Stunden lang in diesem tiefgefrorenen Zustand gehalten, um die Umwandlung des gesamten oder zumindest von 45% des Austenits in Martensit zu gewährleisten. Der Stahl wird aus der Tiefgefrierkammer entnommen und einer doppelten Temperung bei 315''C unterzogen, wobei jede Temperung zwei Stunden dauert. Dies verringert innere Spannungen und vergrößert die Zähfestigkeit und die Verformungsfähigkeit des Stahls. Der Stahl wird sodann durch Abblasen gesäubert, der Kupferüberzug wird entfernt, das Werkstück wird nochmals abgeblasen und erfährt eine abschließende, spanabhebende Bearbeitung.

Somit schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Aufkohlung oder Karburierung hochlegierter Stähle, die hohe Belastungsfähigkeit zeigen. Diese Stähle können sowohl für Getriebe- als auch für Lager-Anwendungen gebraucht werden und haben eine bedeutend größere Standzeit. Es werden keine ausgefallenen oder besonderen Anlagen zur Wärmebehandlung, wie besondere Öfen oder besondere Gasgemische, benötigt, und herkömmliche Anlagen zur Aufkohlung können verwendet werden. Die Kosten für die Aufkohlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sind im wesentlichen dieselben, wie die Kosten einer herkömmlichen Aufkohlung.

Zur Veranschaulichung werden die folgenden Auslührungsbdspiele gegeben, um die Grundzüge der vorliegenden Erfindung noch weiter zu erläutern. Diese Alisführungsbeispiele sind lediglich veranschaulichend und sind nicht als einschränkend im Sinne der vorliegenden Erfindung und des ihr zugrundeliegenden Prinzips zu verstehen. Alle hier genannten Prozentsätze sind Gewichtsprozente, wenn nicht ausdrücklich anderweitig gekennzeichnet.

Ausführungsb'L'ispiel 1

Ein Werkstück aus dem Stahl der Handelsbezeichnung »Modified Vasco X2« wird spanabhebend bearbeitet und für die Prüfung in die Form eines Gelrieheteil-Rohlings gebracht, unter Benutzung von Alumiuiumoxyd-GricU gesäubert und dann eine Stunde hing auf 482 C innerhalb der Oxydaiions-Aimosphare eines Flammofens im Labor erhitzt. Der Getriebeteil-Rohling wird aus dem Ofen entnommen und durch Luft bis auf Raumtemperatur abgekühlt. Nach 21 Stunden an der Luft bei Raumtemperatur wird der Rohling 12 Stunden lang bei 926°C karburiert. unter Verwendung eines Kohlenstoffpotentials von 1,25 bis 1,35%. Der Getriebeteil-Rohling wird aus dem Ofen entnommen und zunächst mit einer Nickelschicht von mindestens O,OO75mm überzogen. Der Getricbeteil-Rohling aus

ίο Stahl wird durch Vorerwärmung auf 786"C während 30 Minuten und anschließende Erwärmung auf eine Härlungstemperatur von 1010"C und Aufrechterhaltung dieser Temperatur während 30 Minuten für die Härtung behandelt. Dann wird der Stahl in öl abgeschreckt und innerhalb von 30 Minuten in eine Tiefgefricrkammer bei -73 bis — 84"C für eine Dauer von drei Stunden eingebracht. Dann erhält der Stahl eine doppelte Temperung bei 315"C, wobei jede Temperung zwei Stunden dauert. Der Kupferüberzug wird entfernt, und das Werkstück wird durch abschleifende Abblasung gesäubert. Dann erhält der Getriebeteil-Rohling eine endgültige, spanabhebende Oberflächenbearbeitung. Der gehärtete Rohling wird auf seine Härte an Stellen an seiner Wurzel und an seiner Flanke geprüft. Die Härte des Getriebeteil-Rohlings an verschiedenen Tiefen unter seiner Oberfläche ist in der Tabelle 2 für jeden der geprüften Abschnitte angegeben.

Tabelle 2

Wurzel	Härte	Flanke	Härte
Tiefe unter der		Tiefe unter der
Oberfläche	(Rockwell C)	Oberfläche	(Rockwell C)
(mm)	b3.0	(nun)	63,5
0,228	62,3	0,304	62,b
0.482	61,0	0,558	60.6
0,736	59,5	0,812	57,6
0.990	55.3	i,06ö	54,1
1,243	51.0	1,320	50,8
1,498	48,5	1,573	48,0
1,752	1,830

Ein mit diesen Kennwerten angefertigtes Diagramm zeigt, daß das Getriebeteil im wesentlichen gleichförmig mit Kohlenstoff über seine gesamte Oberfläche angereichert ist und keine Unregelmäßigkeiten in der Aufkohlung zeigt.

Ausführungsbeispiel 2

Ein aus Stahl mit der Handelsbezeichnung »Modifie«. Vasco X2« gefertigtes Getriebeteil wird durch mechanisch abschleifende Abblasung unier Verwendung vor Aluminiumoxydgrieß gereinigt und dann eine Stundt lang auf 982^rC in einer Oxydaiions-Aimosphäre ii einem Flammofen der handelsüblichen Ferügun; erhitzt. Eine Luflzuführimgslciiung ist an den Ofei angeschlossen, und eine unter Überdruck stehend' Luftmenge von 11,3 m'/Stunde wird durch den Ofei geleitet. Das Getiiebeteil wird aus dem Ofen eninom inen und durch Luft bis auf Raumtemperatur abgcküh! Nach 18 Stunden an der Luft bei Raumtemperatur wir das Getriebeteil bei 926°C während 10 Stunden tinte Verwendung eines Kohlenstoffpotentials von 0,85 b 0,95% aufgekohlt.

Das Getriebeteil wird aus dem Ofen entnommen un zuer-,ϊ mit einer Nickelschicht von maximal 0,0075 mi überzogen, unmittelbar darauf folgt das Überziehen m Kupfer von einer Schichtdicke von mindester

0,025 mm. Das Getriebeteil wird dadurch gehärtet, daß der Stahl 30 Minuten lang auf 786°C vorgewärmt wird und dann bis zu einer Härtungstemperatur von 1010⁰C erhitzt und bei dieser Temperatur 30 Minuten lang belassen wird. Dann wird der Stahl mit öl abgeschreckt. Der Stahl wird innerhalb von 30 Minuten in eine trockene Kammer verbracht und erfährt eine Tiefgcfrierung von —73 bis -84°C von drei Stunden Dauer. Dann erhält der Stahl eine doppelle Temperung bei 315°C, wobei jede Temperung zwei Stunden dauert. Dann wird das Kupfer durch gewöhnliche chemische Mittel entfernt. Nach Entfernung des Kupfers erfährt

das Werkstück eine Abblasung mit Glaspartikeln. Dann unterzieht man das Getriebeteil einer abschließenden, spanabhebenden Oberflachenbearbeitung. Tabelle J zeigt die Ergebnisse der Härteversuche, die in unterschiedlichen Tiefen unterhalb der Oberfläche des Getriebeteils an Stellen an seiner linken und rechten Hanke und an der Wurzel durchgeführt wurden.

Kin mit diesen Kennwerten angefertigtes Diagramm zeigt, daß das Getriebeteil im wesentlichen gleichförmig mit Kohlenstoff über seine gesamte Oberfläche angereichert ist und keine Unregelmäßigkeiten in der Aufkohlung zeigt.

Tabelle 3	Härte	Rechte Flanke	Härte	Wurzel	Härte
Unke Flanke	(Rockwell C)	Tiefe unter der	(Rockwell C)	Tiefe unter der	(Rockwell C)
Tiefe unter der		Oberfläche		Oberfläche
Oberfläche	62,7	(mm)	62,1	(mm)	61.8
(mm)	61,6	0.228	61.0	0.254	60.0
0.203	60,0	0,482	59,6	0,508	57,0
0.457	56,0	0,736	55,7	0,762	52,6
0,711	51.5	0,990	52.0	1.016	50.0
0,965	47,0	1.243	48.0	1.270
1.219		1,498		1.524
1,471

Ausführungsbeispiel 3

Eine Reihe von Probestücken wird abschließend durch Abblasen unter Verwendung von Aluminiumoxyd-Grieß gereinigt und dann eine Stunde lang auf 982°C in der Oxydalions-Atmosphäre eines Fcriigungsofens erhitzt, dem eine unter Überdruck stehende Luftmenge 11,3 mVStunde zugeführt wird. Die Probestücke werden aus dem Flammofen entnommen, durch Luft bis auf Raumtemperatur abgekühlt und über Nacht bei Raumtemperatur an der Luft für die Dauer von etwa 24 Stunden belassen, bevor sie aufgekohlt werden. Die Probestücke sind drei Sätze von Ve-Zoll-Waizenrohüngen. Jeder Satz umfaßt fünf durch Getriebe miteinander zu koppelnde Walzen und wird bei jeweils einer anderen Temperatur gehärtet. )edc der fünf Walzen eines Satzes wird bei einer Aufkohlungstcinperalur von 926°C und bei einem Kohlenstoffpotential von 1,25 bis 1.35% verschieden lange karburicrt. Die erste Walze eines jeden Satzes wird 5 Stunden karburiert, und jede nachfolgende Walze wird jeweils 5 Stunden länger als die jeweils vorhergehende Walze karburiert. Ein Satz von Walzen wird 30 Minuten lang bei einer Temperatur Von 982°C gehärtet, ein zweiter Satz 30 Minuten lang bei 1010°C, und ein dritter Satz 30 Minuten lang be 1037°C. Die Tiefe der Zone mit den Härtegraden C 5( und C 60 der Rockwell-Härteskala wird für jede Walze bestimmt und ist in Tabelle 4 dargestellt, darunter isi auch das Verhältnis der Tiefen der Härtezone mit dcrr Wert C 60 zur Härtezone mit dem Wert C 50 nach dei Rockwell-Härteskala angegeben. Dieses Verhältnis gib eine Aussage über die Wirksamkeit der Aufkohlung.

Tabelle 4

Randzonentiefe als Funktion der Aufkohlungsdauer im Ofen

llärlungs-	Aufkohlungs-	Tiefe (mm)	Tiefe (mm)	Verhältnis
tcmpcralur	daucr	Härle/one C t>0	Härtezone C 50	Cbo/c; 50
("C)	(Stdn.)	(Rockwell)	(Rockwell)	(Rockwell)
982	5	0.546	1.091	0.500
982	10	0.584	1.472	0.397
982	15	0.73b	1,8^0	0.410
982	20	0.812	2.030	0.400
982	25	0.837	2.272	0.3b9
1010	5	0.597	1,193	0.500
1010	10	0.87b	1.600	0.548
1010	15	0.952	1.891	0.503
1010	20	1.0 30	2.003	0.513
1010	25	1.042	2.182	0.477
1037	5	0.60K	1.270	(1.480
1037	10	0.774	1.5b I	0.44b
1037	I)	0.K76	1.830	0.47¹I
1037	20	1.142	2.272	0.547
10)7	2")	1.24 i	2.3 37	0.4 K¹I

Die Gleichförmigkeit der Aufkohlung aller Probestücke ist annehmbar. Die Ergebnisse aus der Aufkohlung von 5 Stunden Dauer sind besonders interessant, weil sie zeigen, daß annähernd 0,6 mm tiefe Zonen mit einer Rockwell-Härte von C 60 bei jedem Probestück erzielt wurden. Dies bedeutet, daß auf einer Fläche, wo eine geringe Randzonent'iefe gefordert ist, maximal eine Metallschicht von 0,5 mm während einer nachfolgenden Abschleif- oder sonstigen Oberflächenbearbeitung entfernt werden kann, und das Werkstück noch eine Rockwell-Härte von C 60 an der Oberfläche aufweist.

Ausführungsbeispiel 4

Ein Probestück, genommen vom Gehäuse einer Kupplungswelle, das einen quadratischen Querschnitt mit einer Kantenlänge von etwa 6,25 cm aufweist, und ein Probestück, das von einer Kupplungswelle genommen wurde und einen Querschnitt von nahezu 2,5 cm Durchmesser aufweist, werden oxydiert, aufgekohlt und gehärtet nach den allgemeinen Verfahrensschritten des Ausführungsbeispiels 3. Beide Probestücke sind aus Stahl mit der Handelsbezeichnung »Modified Vasco X2« hergestellt. Die Probestücke werden bei 982°C eine Stunde lang oxydiert und 30 Stunden lang unter Anwendung eines Kohlenstoffpotentials von 0,85 bis 0,95% bei einer Temperatur von 926" C aufgekohlt. Die Probestücke werden gehärtet durch eine zwei Stunden dauernde Vorwärmung auf 786° C und durch eine 45 Minuten dauernde Erwärmung auf 1010⁰C Sodann werden die Probestücke in öl abgeschreckt, um das Austenitgefüge in Martensit umzuwandeln. Die Prüfung zeigt, daß das Probestück der Kupplungswelle gleichförmig mit Kohlenstoff angereichert ist, jedoch ist das Probestück des Kupplungswellen-Gehäuses nicht

ίο gleichförmig mit Kohlenstoff angereichert. Die unzureichendem Ergebnisse, die beim Kupplungswellen-Gehäuse erzielt wurden, sind auf die große Masse desselben zurückzuführen, die nicht die Oxydationstemperatur von 982° C und einen Gleichgewichtszustand bei dem Zyklus von einer Stunde erreichte. Die Oxydation derartig umfangreicher Massen erfordert eine längere Zeit, und ein wiederholter Versuch mit einem Probenstück eines Kupplungsgehäuses, der mit einer Oxydationszeit von zwei bis drei Stunden durchgeführt wurde, ergab eiin zufriedenstellendes Ergebnis.

Die vorliegende Erfindung ist mit ihren allgemeinen Gesichtspunkt.η nicht auf spezielle gezeigte und beschriebene Einzelheiten beschränkt, sondern man kann von diesen abgehen, ohne von dem Grundgedanken abzuweichen oder die Hauptvorteile preiszugeben.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Karburieren hochlegierter Stähle mit einem Kohlenstoffanteil von 0,05 bis 03% und einem Chromanteil von wenigstens 2%, gekennzeichnet durch die Schritte
Erhitzung des Stahls auf eine Temperatur von 538°C bis 1037⁰C in einer oxydierenden Atmosphäre während einer Zeitdauer von 30 Minuten bis 4 Stunden, ausreichend zur Bildung eines bei hoher Temperatur entstehenden Oxydes auf der Stahloberfläche und

Karburieren des das bei hoher Temperatur entstehenden Oxyd aufweisenden Stahls in einem Gas mit einem Kohlenstoffpotential von G.6 bis 1.5% bei einer Temperatur von 844°C bis 1150° C.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn· zeichnet, daß die oxydierende Atmosphäre Luft ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl bei einer Temperatur zwischen 955°C und 1010°C oxydiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Stahl durcl'i einen Druckstrahl mit Teilchen gereinigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß er bei einer Temperatür zwischen 5 J8"C und 1010"C oxydiert wird, bevor sich ein passiver Film auf der Stahlubcrfläche bildet.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stuhl langer als 2 Stunden, nachdem er der oxydierenden Atmosphäre bei hoher Temperatur ausgesetzt worden ist, karburiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl mit einem Gas karburiert wird, das ein Kohlenstoffpotential von 0.85 bis 0,95% aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, dall an dem Stahl durch die Karburierung eine effektive Randzonendicke mit einem Rockwell-Härtegrad C 50 von 0,125 mm bis 3,75 mm Tiefe erzeugt wird.

8. Verfahrer nach Anspruch 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stahl durch die Karburierung eine effektive Randstärkendicke mit dem Rockwell-Hürtegrad C 50 von 0.5 bis 3,0 mm Tiefe erzeugt wird.