DE29913751U1 - Eisen enthaltendes Metallteil mit einer Eisenoxid enthaltenden Oberflächenschicht - Google Patents
Eisen enthaltendes Metallteil mit einer Eisenoxid enthaltenden OberflächenschichtInfo
- Publication number
- DE29913751U1 DE29913751U1 DE29913751U DE29913751U DE29913751U1 DE 29913751 U1 DE29913751 U1 DE 29913751U1 DE 29913751 U DE29913751 U DE 29913751U DE 29913751 U DE29913751 U DE 29913751U DE 29913751 U1 DE29913751 U1 DE 29913751U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- metal part
- layer
- temperature
- surface layer
- oxidation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 54
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims description 54
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 21
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 title claims description 20
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims description 6
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 23
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 32
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 47
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 47
- 239000003570 air Substances 0.000 description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 description 20
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 15
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 12
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 10
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 7
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 6
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 4
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 4
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910052595 hematite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011019 hematite Substances 0.000 description 1
- 239000011799 hole material Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N iron(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Fe+3].[Fe+3] LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GBMDVOWEEQVZKZ-UHFFFAOYSA-N methanol;hydrate Chemical compound O.OC GBMDVOWEEQVZKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
- C23C8/10—Oxidising
- C23C8/16—Oxidising using oxygen-containing compounds, e.g. water, carbon dioxide
- C23C8/18—Oxidising of ferrous surfaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents
- C21D1/613—Gases; Liquefied or solidified normally gaseous material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/34—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases more than one element being applied in more than one step
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Operated Clutches (AREA)
Description
PATENTANWÄLTE
European Patent Attorneys European Trade Mark Attorneys
20897G DE/BRJOju
Anmelder:
Mannesmann Sachs Aktiengesellschaft Ernst-Sachs-Straße
97424 Schweinfurt
| ·· · ·· ·· | POSTFACH 860 820 |
| * '.wu-iNorF^AiW^ICKlflOOW·; | 81635 MÜNCHEN |
| DtPU-CHEM. B. HUBER* * | • |
| DRMNc. H. LISKA | KOPERNIKUSSTRASSE 9 |
| DIPU-PHYS. DR. J. PRECHTEL | 81679 MÜNCHEN |
| DIPU-CHEM. DR. B. BÖHM | • |
| DIPU-CHEM. DR. W. WEISS | TELEFON (089) 45563 0 |
| DIPU-PHYS. DR. J. TIESMEYER | TELEX 522 621 |
| DIPU-PHYS. DR. M. HERZOG | TELEFAX (089) 45563 999 |
| Dipu-PHYs. B. RUTTENSPERGER | E-MAIL email@weickmann.de |
6. Aug. 1999
Eisen enthaltendes Metallteil mit einer Eisenoxid enthaltenen Oberflächenschicht
Eisen enthaltendes Metallteil mit einer Eisenoxid enthaltenen Oberflächenschicht
Die Erfindung betrifft ein Eisen enthaltendes Metallteil, insbesondere ein Stahlteil, miteiner Eisenoxid enthaltenden Oberflächenschicht, insbesondere Korrosionsschutzschicht. Eine solche Oberflächenschicht kann erzeugt werden, indem eine Oberfläche des auf eine Oxidationsbehandlungstemperatur erhitzten Metallteils einem Oxidationsmittel ausgesetzt wird.
Ein Verfahren zur Bildung einer hauptsächlich aus Eisenoxid bestehenden Oxidschicht auf einem Gegenstand aus einem härtbaren oder vergütbaren Stahl ist aus der DE 39 26 733 C2 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird der betreffende Stahlgegenstand in einer inerten Glühgasatmosphäre auf eine Härtetemperatur erhitzt und unmittelbar anschließend unter reinem Sauerstoff bei Atmosphärendruck so lange geglüht, bis sich eine als "Zunderschicht" bezeichnete Oxidschicht gebildet hat. Das Verfahren betrifft sogenannte Lochdorne, die beim Warmlochen von Blöcken zu Rohrluppen zum Einsatz kommen. Die Oxidschicht dient dazu, beim Lochen einen metallischen Kontakt zwischen dem Lochdornwerkstoff und dem Lochwerkstoff zu unterbrechen und damit ein Warmschweißen der beiden Werkstoffe zu verhindern. Hierzu wird eine Eisenoxidschicht mit einer Dicke von etwa 60 &mgr;&pgr;\ erzeugt. Da die fertiggestellten Rohrluppen anschließend zu Rohren weiterverarbeitet werden, spielen Formveränderungen (Verzüge) der Stahlgegenstände beim Aufheizen und Abkühlen keine Rolle. Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird der betreffende Stahlgegenstand in einem Ofen unter Argon als Schutzgas bei 1 bar auf eine Härtetemperatur 960 0C aufgeheizt. Nach dem Erreichen der Härtetemperatur wird das Schutzgas durch in den Ofen eingeleiteten Sauerstoff ersetzt und der Gegenstand 15 Minuten lang unter reinem Sauerstoff bei Atmosphärendruck
- 2-
geglüht. Anschließend wird der Gegenstand an Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Zum Erreichen einer dickeren Zunderschicht (Oxidschicht) wird dem Sauerstoff Wasserdampf zugesetzt. Als Schutzgas wird alternativ Stickstoff erwähnt. Praktisch reiner Sauerstoff als Oxidationsmittel wird auch bei einem aus der AT-PS 217 819 bekannten Verfahren eingesetzt.
Aus der DE 38 06 933 C2 ist ein weiteres derartiges Verfahren bekannt. Nach diesem Verfahren werden Oxidschichten auf Edelstahlen erzeugt, wobei die jeweilige Probe nach einer mechanischen und/oder chemischen Vorbehandlung der Oberfläche in einen Reaktionsraum gelegt wird, der Reaktionsraum mit einem Inertgas gespült und anschließend beheizt wird und wobei nach Erreichen einer vorbestimmten Temperatur (im Ausführungsbeispiel 250 0C) Wasserdampf unter stetigem weiteren Aufheizen zugegeben und die Temperatur bei Erreichen eines Wertes zwischen 450 0C und 490 0C mindestens 1 Stunde gehalten wird. Nach Ablauf der Haltezeit wird die Wasserdampfzufuhr unterbrochen und der Reaktonsraum bei gleicher Temperatur mit trockener Luft gespült. Die Einführung von trockener Luft, die den Wasserdampf austreibt, führt zu einem Überangebot an Sauerstoff, das bei der Temperatur der Probe die Bildung einer reinen Fe2O3-Schicht auf einer zuvor gebildeten Fe3O4-Schicht bewirkt.
Aus der DE 43 33 940 C1 ist ein Verfahren zum Behandeln von Teilen, insbesondere Stahl- und/oder Guß-Teilen bekannt, bei dem die Teile in einem Ofen mittels Einleiten oder Verdüsen eines reduzierend und oxidierend wirkenden Reaktionsgases bei Härtetemperaturen im Ofenraum gemeinsam oxidiert und gehärtet werden. Hierzu wird ein Methanol-Wasser-Gemisch mit gasförmigem Stickstoff gemischt und über eine Injektor-Sprühlanze in den Ofenraum verdüst. Im Ofenraum werden die Teile auf ihre jeweilige Austenitisierungstemperatur (860 - 940 0C) erwärmt. Anschließend werden die Teile schlagartig abgeschreckt. Hierzu fallen die Teile in ein Abschreckbad. Bei dem Oxidationsvorgang im Ofenraum bildet sich ein blaues
Eisenoxid-Fe3O4. Man spricht deshalb im Zusammenhang mit der Behandlung der Teile von einem "Bläuen" der Teile.
Aus der DE 197 36 514 C1 ist ein weiteres Verfahren zum gemeinsamen Oxidieren und Wärmebehandeln von Teilen bekannt, bei dem ein oxidierendes Reaktionsmittel in einen die Teile auf eine Behandlungstemperatur bringenden Ofen eingeleitet wird. Als Oxidationsmittel wird entsalztes Wasser verwendet. Durch eine spezielle Verfahrensführung bei Temperaturen größer als 570 0C wird erreicht, daß sich ausschließlich Wüstit (FeO) bildet. Am Ende des Verfahrens zum gemeinsamen Oxidieren und Wärmebehandeln wird die Weiterbildung von Oxid dadurch unterbunden, daß die Teile in einem Abschreckmedium abgekühlt werden.
Aus der US 2,673,821 ist ein Wärmebehandlungsverfahren bekannt, das eine Wärmebehandlung von Stahlteilen mit hohem Kohlenstoffgehalt in einer Schutzatmosphäre ermöglicht, ohne daß es zu einer nennenswerten Oxidation oder Entkohlung kommt. Die US-Patentschrift beschreibt speziell verschiedene Möglichkeiten, Stahlartikel durch Verwendung verschiedener Aufkohlungsatmosphären aufzukohlen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Metallteil der eingangs genannten Art bereitzustellen, das hinsichtlich der Oberflächenschicht ohne großen Aufwand herstellbar ist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird das im Anspruch 1 definierte Metallteil vorgeschlagen.
Zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Oberflächenschicht wird vorgeschlagen, daß das Metaltteil in einer sauerstoffärmeren oder im wesentlichen sauerstofflosen Erwärmungsatmosphäre auf eine Oxidationsbehandlungstemperatur über 900 0C gebracht wird, danach für ein Oxidationsbehandlungszeitintervall einer sauerstoffreicheren Oxidationsatmosphäre ausgesetzt wird, um die Oberflächensschicht zu bilden, und dann nach Ablauf des Oxidationsbehandlungszeitintervalls für ein Kühlzeitintervall
wenigstens einem Kühlgasstrom ausgesetzt wird, um das Metallteil mit Kühlgas zu umströmen und hierdurch wenigstens auf eine eine weitere Oxidation zumindest stark verlangsamende Temperatur abzukühlen.
Diesem Vorschlag liegt speziell die Erkenntnis zugrunde, daß durch ein Kühlen mittels Kühlgas, das das jeweilige Metallteil umströmt, für ein sanftes und trotzdem wirkungsvolles Kühlen gesorgt wird, ohne daß bei hohen Oxidationsbehandlungstemperaturen über 900 0C eine wesentliche Gefahr besteht, daß es im Zuge des Abkühlens zu störenden Verformungen (Verzügen) des Metallteils kommt, wie dies bei einem schockartigen Abkühlen mittels eines Abschreckbades häufig der Fall wäre. Somit können auch Metallteile bei einer hohen Oxidationsbehandlungstemperatur über 900 0C zur Herstellung der Oberflächenschicht behandelt werden, die vorgegebene Sollmaße und Formgestaltungen aufweisen müssen, so daß über enge Toleranzen hinausgehende Verzüge nicht toleriert werden können. Gegenüber einer Oxidationsbehandlung bei niedrigeren Temperaturen wird durch die hohe Oxidationsbehandlungstemperatur von über 900 0C eine wesentliche Verkürzung der Oxidationsbehandlung erreicht. Die Oxidationsbehandlungstemperatur kann in einem Bereich von 900 0C bis 1000 0C, vorzugsweise 920 0C bis 960 0C, und höchstvorzugsweise 930 0C bis 950 0C, liegen. Speziell eine Oxidationsbehandlungstemperatur von etwa 940 0C hat sich bewährt.
Der Druck der Oxidationsatmosphäre kann etwa Normaldruck (etwa 1 bar) entsprechen. Um für eine gleichmäßige Ausbildung der Oberflächenschicht zu sorgen, kann das Metallteil der Oxidationsatmosphäre in vereinzeltem Zustand ausgesetzt werden, also in einem Zustand, bei welchem im Falle der Behandlung von mehreren Metallteilen die Metallteile nicht aneinander bzw. aufeinander liegen und sich dementsprechend nicht gegenseitig gegenüber der Oxidationsatmosphäre abschirmen.
- 5-
AIs besonders bevorzugt wird vorgeschlagen, daß Luft (Umgebungsluft) die Oxidationsatmosphäre bildet. Hierdurch wird ein wesentlicher Vorteil gegenüber den vorbekannten Verfahren erreicht, da Umgebungsluft nicht gesondert bereitgestellt werden muß, sondern in unerschöpflichem Ausmaß zur Verfügung steht. Hierzu wird weiterbildend vorgeschlagen, daß das Aussetzen des Metallteils an die Oxidationsatmosphäre durch Entfernen des Bauteils aus einem die Erwärmungsatmosphäre enthaltendenden Ofen, durch den das Metallteil auf die Oxidationsbehandlungstemperatur gebracht wird, und Aussetzen des Metallteils der den Ofen umgebenden Umgebungsluft erfolgt. Es wurde nämlich erkannt, daß man hinsichtlich des Aussetzens des Metallteils an ein Oxidationsmittel keinen Aufwand wie im Stand der Technik treiben muß, sondern daß man einfach Umgebungsluft verwenden kann und hierzu einfach das auf die Oxidationsbehandlungstemperatur gebrachte Metallteil aus dem zum Erwärmen des Metallteils verwendeten Ofen, der die Erwärmungsatmosphäre enthält, entfernen und an die Umgebungsluft halten kann. Obwohl der Sauerstoffgehalt von Luft (das die Atmosphäre der Erde bildende Gasgemisch) nur etwa 21 Volumenprozent beträgt, wird trotzdem innerhalb einer kurzen Einwirkungsdauer der Luft eine speziell für den Korrosionsschutz ausreichend dicke und strukturell einwandfreie Oberflächenschicht erreicht. Dabei wird eine gute Schichtverbindung zum in der Regel harten Grundmaterial, eine homogene und feinstrukturierte Verteilung der Eisenoxide sowie eine dichte und rißfreie Ausbildung der Schicht erreicht. Hinsichtlich Korrosions- bzw. Oxidationsbeständigkeit und Prozeßgleichmäßigkeit erscheint die derart erzeugte Oberflächenschicht sogar günstiger als eine herkömmlich speziell für Kupplungsbauteile verwendete Phosphatierung in einem Tauchverfahren. Gegenüber einem derartigen Phosphatierungsverfahren ergeben sich viele andere Vorteile, nämlich die Vermeidung des Einsatzes von die Umwelt gefährdenden Medien, die Vermeidung von zu entsorgendem Abfall sowie geringere Prozeßkosten. Die Anforderungen hinsichtlich Oberflächenrauhigkeit und Reibmomenten in Bezug auf Kupplungsteile, beispielsweise ein
Abdeckblech oder eine Mitnehmerscheibe einer Kupplungsscheibe, werden ohne weiteres erfüllt.
Das Oxidationsbehandlungszeitintervall sollte in Bezug auf die Oxidationsbehandlungstemperatur und die zu erreichende Schichtdicke abgestimmt gewählt werden. Es hat sich ein Oxidationsbehandlungszeitintervall von 1 s bis 20 s, vorzugsweise 2 bis 10 s, und höchstvorzugsweise 3 bis 5 s, als zweckmäßig herausgestellt. Besonders gute Ergebnisse wurden mit einem Oxidationsbehandlungszeitintervall von etwa 4 s erzielt.
Zum Abkühlen des Metallteils kann das Kühlgas auf gegenüber dem Druck der Oxidationsatmosphäre erhöhtem Druck gebracht werden und aus einer Ausströmanordnung gegen das in der Oxidationsatmosphäre angeordnete Metallteil strömen gelassen werden. Der Druck des Kühlgases braucht gegenüber dem Druck der Oxidationsatmosphäre nur um eine geringe Druckdifferenz, etwa in der Größenordnung von 100 Millibar (beispielsweise 100 bis 500 mbar, vorzugsweise 250 bis 300 mbar) erhöht sein.
Im Hinblick auf den Aufwand für die Herstellung der erfindungsgemäßen Oberflächenschicht ist es besonders vorteilhaft, wenn als Kühlgas Luft (Umgebungsluft) verwendet wird. Das Kühlzeitintervall kann etwa 1 bis 20 s, vorzugsweise etwa 8 bis 10 s, betragen. Geht man von einer Ausgangstemperatur von 940 0C aus, so wird der Kühlgasstrom, insbesondere Luftstrom, vorzugsweise derart eingestellt, daß das Metallteil zumindest an seiner Oberfläche innerhalb von etwa 1 s eine Temperatur unter 700 0C erreicht, so daß die Oxidbildung stark verlangsamt oder sogar gestoppt ist. Nach insgesamt etwa 10 s Kühlgaseinwirkung kann eine Temperatur von etwa 60 bis 70 0C erreicht sein und nach etwa insgesamt 1 5 bis 20 s Kühlgaseinwirkung kann das Metallteil handwarm sein.
Bevorzugt wird dafür gesorgt, daß sich eine etwa 2 bis 10 //m, vorzugsweise 3 bis 8//m, höchstvorzugsweise 4 bis 6&mgr;&tgr;&eegr; dicke Oberflächenschicht
auf dem Metallteil bildet. Dies kann insbesondere durch Wahl der Oxidationsbehandlungstemperatur und des Oxidationsbehandlungszeitintervalls erreicht werden, wobei als typische Verfahrenseckpunkte die Oxidationsbehandlungstemperatur von etv-i 940 0C, das Oxidationsbehandlungszeit-Intervall von etwa 4 s die Abkühlung auf unter 700 0C innerhalb von etwa 1 s, die Verwendung von Luft als Oxidationsmittel und Kühlgas als typische Verfahrenseckpunkte angegeben werden können. Bei einer derartigen Verfahrensdurchführung wird ferner erreicht, daß die sich bildende Oberflächenschicht keine wesentlichen Bestandteile an FeO (Wüstit) enthält.
Die Oberflächenschicht weist einen Zwei-Schichten-Aufbau auf, der aus einer dickeren Unterlagsschicht im wesentlichen gebildet von Fe3O4 (Magnetit) und einer dünneren Deckschicht im wesentlichen gebildet von Fe2O3 (Hematit) besteht. Die Dicke der Unterlagsschicht beträgt vorzugsweise etwa 4 bis 6//m und die Dicke der Deckschicht beträgt vorzugsweise etwa 0,1 bis 1 &mgr;&pgr;\.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens zum Ausbilden der Oberflächenschicht umfaßt dieses eine der Oxidationsbehandlung vorgeschaltete Härtebehandlung des Metallteils. Für die Härtebehandlung wird das Metallteil in einer Härtebehandlungsatmosphäre auf eine Härtebehandlungstemperatur gebracht. Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn das Metallteil in der als Erwärmungsatmosphäre dienenden Härtebehandlungsatmosphäre auf die Oxidationsbehandlungstemperatur gebracht wird.
Bei der Härtebehandlung kann es sich um eine Aufkohlungsbehandlung handeln, wofür die Härtebehandlungsatmosphäre eine derartige Zusammensetzung aufweist, daß sie als Aufkohlungsatmosphäre dient. Für die Härtebehandlungstemperatur wird eine Temperatur größer als 900 0C vorgeschlagen, und zwar speziell auch für Bauteile, etwa Kupplungsbauteile, bei denen eine enge Toleranzen übersteigende Verformung durch die Wärmebehandlung bzw. ein nachfolgendes Abkühlen nicht toleriert werden
kann. Da vorschlagsgemäß das Metallteil zum Abkühlen mit Kühlgas umströmt wird, kommt es aber, wie schon erwähnt, zu keinen nennenswerten Verformungen des Metallteils im Zuge des Abkühlens. Würde man die Härtebehandlung gesonders durchführen, um erst anschließend eine Korrosionsschutzschicht auszubilden, käme eine derartige schonende Abkühlung mittels eines Kühlgases kaum in Betracht, da sie im Falle der Verwendung eines Schutzgases aufgrund der Schutzgaskosten zu teuer wäre und im Falle der Verwendung von Luft als Kühlgas zu unerwünschter Oxidbildung führen würde. Derartige Teile hat man herkömmlich bei Temperaturen unter 900 0C härtebehandelt und dann mittels eines Abschreckungsbads abgekühlt, um dann anschließend eine Oxidationsbehandlung, speziell eine Phosphatierungsbehandlung, durchzuführen. Durch die vorgeschlagene Kombination der Oxidationsbehandlung mit einer Härtebehandlung wird ein wesentlicher Zusatznutzen erreicht, nämlich daß Härtebehandlungstemperaturen größer als 900 0C, beispielsweise etwa 980 0C, verwendet werden können, um die Härtung (insbesondere das Aufkohlen) zu beschleunigen. Dabei kann man die Härtebehandlungstemperatur größer als die Oxidationsbehandlungstemperatur wählen und das Metallteil nach Ablauf eines Härtezeitintervalls in der Härteatmosphäre von der Härtebehandlungstemperatur auf die Oxidationsbehandlungstemperatur abkühlen.
Bevorzugt wird ein Ofen verwendet, der einen kontinuierlichen Durchsatz von zu behandelnden Metallteilen ermöglicht. Der Ofen, insbesondere ein Rolldurchgangsofen, bringt das jeweilige Metallteil auf die Oxidationsbehandlungstemperatur, wobei im Falle einer vorgeschalteten Härtebehandlung die Oxidationsbehandlungstemperatur gemäß einem den Metallteilen jeweils auferlegten Temperaturprofil erreicht wird, das die Metallteile zuerst auf die Härtebehandlungstemperatur und dann auf die Oxidationsbehandlungstemperatur gebracht werden. Der Ofen enthält die Erwärmungsatmosphäre bzw. die Härtebehandlungsatmosphäre.
Nachdem das Metallteil den Ofen durchlaufen hat, kann dieses auf eine Transportanordnung, insbesondere Rutschanordnung, gegeben werden, die es innerhalb des Kühlzeitintervalls zu einer Kühlgasbehandlungsstation (ggf. Luftduschstation) überführt.
In bezug auf die erfindungsgemäßen Metallteile wird vor allem an flächige Metallteile, insbesondere Metallblechteile oder/und Metallscheibenteile, gedacht. Es wird dabei speziell an Kraftfahrzeug-Bauteile, insbesondere Bauteile einer Kraftfahrzeug-Reibungskupplung oder/und eines Torsions-Schwingungsdämpfers oder/und eines Mehrmassenschwungrades gedacht, etwa Abdeckbleche, Mitnehmerscheiben und dergleichen einer Kupplungsscheibe, oder Mitnahmebleche oder Abdeckbleche eines Torsionsschwingungsdämpfers, oder Schwungradkomponenten.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.
Es wurde eine Mitnehmerscheibe für eine Reibungskupplungsscheibe in einem eine im wesentlichen sauerstofflose Aufkohlungsatmosphäre enthaltenden Rolldurchgangsofen bei einer Temperatur von etwa 980 0C aufgekohlt. In einer vor einem Ofenausgang liegenden Temperaturzone des Ofens wurde die Temperatur der aus Stahlblech hergestellten Mitnehmerscheibe auf etwa 940 0C abgesenkt. Die Mitnehmerscheibe wurde anschließend aus dem Ofen entfernt und bei der im Ofen erreichten Eigentemperatur von etwa 940 0C der Umgebungsluft ausgesetzt, die Normaltemperatur oder gegenüber Normaltemperatur leicht erhöhte Temperatur aufwies. Die Umgebungsluft konnte 4 s auf das heiße Bauteil einwirken, bevor das Bauteil unter einer Luftdusche in einer von einer Luftströmung gebildeten Kühlgasströmung abgekühlt(abgeschreckt) wurde, wobei innerhalb von etwa 1 s der Einwirkung der Luftströmung eine Temperatur unter 700 0C erreicht wurde, um eine weitere Oxidbildung zu unterbinden oder die weitere Oxidbildung zumindest stark zu verlangsamen.
Innerhalb eines Luftduschzeitraums von etwa insgesamt 10 s erreichte das Bauteil eine Tempeatur von etwa 60 bis 70 0C. Nach insgesamt etwa 15 s Luftduschen war das Bauteil handwarm und das Luftduschen wurde beendet.
Das Luftduschen des Bauteils erfolgte in einer Luftduschstation, der das Bauteil (die Mitnehmerscheibe) über eine Rutsche zugeführt wurde. Der Luftdusch station war ein Kompressor zugeordnet, der aus Umgebungsluft Druckluft mit gegenüber Normaldruck leicht erhöhtem Druck erzeugte und der Luftduschstation zuführte. Der Druck der Druckluft lag um etwa 300 mbar höher als der Umgebungsluftdruck.
Eine Untersuchung der Mitnehmerscheibe ergab, daß diese auf ihrer Oberfläche eine homogene und feinstrukturierte Eisenoxid-Korrosionsschutzschicht aufwies, die als Zwei-Schichten-Struktur ausgebildet war mit einer etwa 6 &mgr;&ngr;&eegr; dicken Grundschicht (Unterlagsschicht) aus Fe3O4 und einer Deckschicht dünner als 1 ywrn aus Fe2O3. Ein Oxid der Zusammensetzung FeO trat nicht auf.
Die zweischichtige Korrossionsschutzschicht wies eine gute Bindung an das harte Grundmaterial auf.
Obwohl das dem Oxidieren vorgeschaltete Einsatzhärten (Aufkohlen) bei einer sehr hohen Temperatur von etwa 980 0C und das Oxidieren bei einer hohen Temperatur von etwa 940 0C durchgeführt wurde, behielt die Mitnehmerscheibe beim Abkühlen im Kühlluftstrom in der Luftduschstation im wesentlichen ihre vorgegebene Form bei, es traten also keine störenden Verzüge auf.
Claims (6)
1. Eisen enthaltendes Metallteil mit einer Oberflächenschicht umfassend eine dickere Unterlagsschicht im wesentlichen gebildet von Fe3O4 und eine dünnere Deckschicht im wesentlichen gebildet von Fe2O3, wobei die Oberflächensschicht keine wesentlichen Bestandteile an FeO enthält.
2. Metallteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht einen Zwei-Schichten-Aufbau bestehend aus der Unterlagsschicht und der Deckschicht aufweist.
3. Metallteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Unterlagsschicht etwa 4 bis 6 µm und die Dicke der Deckschicht etwa 0,1 bis 1 µm beträgt.
4. Metallteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallteil ein gehärtetes, insbesondere aufgekohltes Metallteil ist.
5. Metallteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallteil ein flächiges Metallteil, insbesondere Metallblechteil oder/und Metallscheibenteil, ist.
6. Metallteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallteil ein Kraftfahrzeug-Bauteil, insbesondere ein Bauteil einer Kraftfahrzeug-Reibungskupplung oder/und eines Torsionsschwingungsdämpfers oder/und eines Mehrmassenschwungrades, etwa ein Abdeckblech oder eine Mitnehmerscheibe einer Kupplungsscheibe oder ein Mitnahmeblech oder Abdeckblech eines Torsionsschwingungsdämpfers oder eine Schwungradkomponente, ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29913751U DE29913751U1 (de) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | Eisen enthaltendes Metallteil mit einer Eisenoxid enthaltenden Oberflächenschicht |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29913751U DE29913751U1 (de) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | Eisen enthaltendes Metallteil mit einer Eisenoxid enthaltenden Oberflächenschicht |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29913751U1 true DE29913751U1 (de) | 1999-09-30 |
Family
ID=8077181
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29913751U Expired - Lifetime DE29913751U1 (de) | 1999-08-06 | 1999-08-06 | Eisen enthaltendes Metallteil mit einer Eisenoxid enthaltenden Oberflächenschicht |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29913751U1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2826374A1 (fr) * | 2001-06-21 | 2002-12-27 | Serthel | Procede et dispositif de trempe des aciers a l'air sous pression |
-
1999
- 1999-08-06 DE DE29913751U patent/DE29913751U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2826374A1 (fr) * | 2001-06-21 | 2002-12-27 | Serthel | Procede et dispositif de trempe des aciers a l'air sous pression |
| WO2003000939A1 (fr) * | 2001-06-21 | 2003-01-03 | Serthel | Procede et dispositif de trempe des aciers a l'air pression |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2054536B1 (de) | Verfahren zum beschichten eines 6 - 30 gew.-% mn enthaltenden warm- oder kaltgewalzten stahlbands mit einer metallischen schutzschicht | |
| EP2432910B1 (de) | Verfahren zum schmelztauchbeschichten eines 2-35 gew.-% mn enthaltenden stahlflachprodukts und stahlflachprodukt | |
| DE69507977T2 (de) | Chrom-enthaltende aluminierte Stahllegierungen und Verfahren zur ihrer Herstellung | |
| DE1921656A1 (de) | Verfahren zur Herstellung duenner Magnet-Stahlbleche fuer hohe magnetische Induktionen | |
| DE2417179A1 (de) | Verfahren zur aufkohlung hochlegierter staehle | |
| DE2726045C2 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Elektrobleches mit Goss-Textur | |
| WO2020245027A1 (de) | Verfahren zum herstellen eines blechbauteils aus einem mit einer korrosionsschutzbeschichtung versehenen stahlflachprodukt | |
| DE2518452A1 (de) | Verfahren zum herstellen austenitischer eisenhaltiger legierungen | |
| DE60310890T2 (de) | Martensitischer rostfreier stahl und verfahren zu dessen herstellung | |
| DE1433799A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Schmiede- oder Flusseisen mit verbesserten elektrischen Eigenschaften | |
| DE3701815A1 (de) | Verfahren zum herstellen eines plattierten formkoerpers | |
| DE2844552A1 (de) | Verfahren zum herstellen von kornorientierten siliciumstaehlen mit wuerfel- auf-kante-orientierung | |
| DE19937186C1 (de) | Oxidationsbehandlung für Eisen enthaltende Metallteile, um diese mit einer Eisenoxid enthaltenden Oberflächenschicht zu versehen sowie behandeltes Metallteil | |
| DE29913751U1 (de) | Eisen enthaltendes Metallteil mit einer Eisenoxid enthaltenden Oberflächenschicht | |
| DE102018107435A1 (de) | Verfahren zur Voroxidation von Bandstahl in einer in einem Ofenraum angeordneten Reaktionskammer | |
| DE3625755C2 (de) | ||
| DE3145236C2 (de) | Verfahren zur Herstellung von verformungsbeständigen oxydischen Schutzschichten | |
| DE3101850C2 (de) | Verfahren zur Herstellung von mit geschmolzenem Aluminium beschichteten, einen geringen Kohlenstoffgehalt aufweisenden Stahlblechen mit niedriger Dehngrenze und hoher Beständigkeit gegenüber Hochtemperaturoxidation | |
| DE19701234C1 (de) | Verfahren zum Herstellen eines dünnen Stahlbleches zur Verwendung bei der Fertigung von Metallverpackungen | |
| DE69719898T2 (de) | Warmgewalztes Stahlblech zum Tiefziehen | |
| DE1234479B (de) | Verfahren zur Nachbehandlung von elektrisch isolierenden anorganischen Deckschichten | |
| DE2361017A1 (de) | Verfahren zum borieren | |
| DE1483519B2 (de) | ||
| DE69802525T2 (de) | Verfahren zum kontinuierlichen herstellen von stahlband mit verbesserten oberflächeneigenschaften zum tiefziehen | |
| DE2006274A1 (de) | Stahlblech für elektrische Zwecke mit einem Gehalt an nicht orientiertem Silicium sowie Verfahren zu seiner Herstellung |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19991104 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20021129 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20050916 |
|
| R158 | Lapse of ip right after 8 years |
Effective date: 20080301 |