DE3129937C2

DE3129937C2 - Verfahren zum Gasnitrieren von Werkstücken aus Metallen und Legierungen

Info

Publication number: DE3129937C2
Application number: DE19813129937
Authority: DE
Inventors: Vja&ccaron;eslav N. Bukarev; Konstantin Andreevi&ccaron; Gra&ccaron;ev; Boris Michajlovi&ccaron; Saratov Gusev; Valentin Grigor'evi&ccaron; Pavljukov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-07-29
Filing date: 1981-07-29
Publication date: 1983-07-07
Also published as: DE3129937A1

Abstract

Das Verfahren zum Gasnitrieren von Werkstücken aus Metallen und Legierungen besteht darin, daß man die Werkstücke auf die Sättigungstemperatur der Metalle und der Legierungen erwärmt. Seit dem Erreichen der Temperatur, die der Anfangstemperatur der Dissoziation des Sättigungsmittels unter Bildung aktiven Stickstoffes entspricht, wird im Arbeitsraum ein magnetisches Gleichfeld erzeugt, das mit einem magnetischen Wechselfeld technischer Frequenz gekreuzt wird. Danach werden das Halten der Werkstücke auf dieser Temperatur sowie die Abkühlung der Werkstücke auf eine Temperatur durchgeführt, die der Temperatur der Beendigung der Umwandlungen im System Eisen-Stickstoff-Kohlenstoff entspricht. Dann wird die Einwirkung der magnetischen Felder beseitigt und die Abkühlung der Werkstücke fortgesetzt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gasnitrieren von Werkstücken aus Metallen und Legierungen, bei dem Erwärmung der Werkstücke auf die Sättigungstemperatur der Metalle und Legierungen, Halten der Werkstücke auf dieser Temperatur und Abkühlung unter Einwirkung eines Magnetfeldes erfolgt

Die vorliegende Erfindung kann im Geräte- und Aggregatebau, im Maschinenbau zum Nitrieren von Bauteilen für Geräte, Aggregate und Maschinen verwendet werden, die in einem weiten Bereich unter Kontaktbelastungen betrieben werden.

Es ist ein Verfahren zum Ionennitrieren von Werkstücken aus Metallen und Legierungen (s. PO-PS 87 885) bekannt, welches in einer Induktionserwärmung des zu bearbeitenden Werkstückes unter gleichzeitiger Gaszufuhr besteht, wobei das Gas bei der Erwärmung ionisiert wird. Dabei sind an den Induktor und die Werkstücke Pole einer Gleichstromquelle angeschlossen.

Das bekannte Verfahren ermöglicht nur eine stückweise Bearbeitung der Werkstücke, wodurch die Produktivität des Prozesses gering ist Die Schwierigkeiten, die mit der Regelung und der Aufrechterhaltung der erforderlichen Temperatur eines Werkstückes verbunden sind, führen zu einer Überhitzung des so Werkstückes und zu einem Anbrennen seiner Oberfläche.

Es ist ein Verfahren zum Nitrieren von Werkstücken in einer Glimmentladung (s. JA-PS 53-19 291) bekannt Das Verfahren besteht in einer Erwärmung der Werkstücke auf die Nitriertemperatur unter Schutzatmosphäre. Dann wird der Stickstoff der Arbeitskammer zugeführt und eine Glimmentladung wird erregt

Nach dem bekannten Verfahren lassen sich tiefe Bohrungen in den Werkstücken schwer nitrieren; man eo kann bei diesem Verfahren Werkstücke mit stark unterschiedlicher geometrischer Form und einem stark unterschiedlichen Verhältnis zwischen der Masse eines Werkstückes und der Größe seiner Seitenfläche nicht in einem Satz unterbringen. es

Es ist ein Verfahren zum Gasnitrieren von Werkstükken aus Metallen und Legierungen (s. SU-Urheberschein 5 76 35 t) im magnetischen Feld eines Wechselstromes technischer Frequenz bekannt Die Werkstücke werden einer Erwärmung auf die Sättigungstemperatur der Metalle und Legierungen unterzogen und auf dieser Temperatur unter gleichzeitiger Einwirkung eines elektromagnetischen Feldes gehalten, das durch eine Solenoidspule erzeugt wird

Das bekannte Verfahren zur Nitrieren gestattet es nicht, die Parameter des magnetischen Feldes wirksam zu steuern, was eine Änderung der physikalisch-mechanischen Eigenschaften sowohl der Diffusionsschicht, als auch der Matrix selbst verhindert Dieser Arbeitsgang ist beim Nitrieren von Werkstücken aus niedriggekohlten Stählen besonders von Bedeutung.

Bei der Verwendung eines magnetischen Wechselfeldes wird die Einwirkung des Hauptmagnetfeldes durch den diamagnetischen Effekt vom Einsetzen der Werkstücke vermindert

Die Plastizität der Diffusionsschichten ist bei einem solchen Nitrierverfahren nicht ausreichend boch.

In Anbetracht eines hohen induktiven Widerstandes der Solenoidspule, die als Feldgenerator dient muß man zur Gewährleistung der erforderlichen Stärke des magnetischen Feldes die Leistung bedeutend vergrößern. Außerdem dauert der Nitriervorgang eine längere Zeit

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Gasnitrieren von Werkstücken aus Metallen und Legierungen zu schaffen, bei dem durch eine Änderung des Charakters und der Energie der Bindungen, welche sich in Verbindungen und Einlagerungsphasen bilden, infolge einer physikalischen Einwirkung auf den Ablauf der Diffusionsprozesse eine Erhöhung der Oberflächenhärte, ein geringer Härtegradient in Verbindung mit der Plastizität von niedriggekohlten unlegierten Stählen und eine Regelung der Oberflächenhärte und der Plastizität der Diffusionsschicht von legierten Stählen und Legierungen unter Verkürzung der Dauer des Nitriervorganges gewährleistet werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst daß bei einem Verfahren zum Gasnitrieren von Werkstücken aus Metallen und Legierungen, bei dem Erwärmung der Werkstücke auf die Sättigungstemperatur der Metalle und Legierungen, Halten der Werkstücke auf dieser Temperatur und Abkühlung unter Einwirkung eines Magnetfeldes erfolgt erfindungsgemäß nach Erreichen der Dissozialtionstemperatur des Nitriermittels bei Erwärmung der Werkstücke im Arbeitsraum ein magnetisches Gleichfeld erzeugt wird, das mit einem magnetischen Wechselfeld von technischer Frequenz gekreuzt wird, die Werkstücke bei dieser Temperatur gehalten, dann auf eine Temperatur, die bei der Umwandlungstemperatur im System Eisen-Stickstoff-Kohlenstoff liögt, abgekühlt werden und die weitere Abkühlung ohne äußeres Magnetfeld fortgesetzt wird.

Dieses Verfahren gestattet es, bei niedriggekohlten unlegierten Stählen mechanische Eigenschaften zu erzielen, die in solchen Kennwerten wie Oberflächenhärte, Verschleißfestigkeit den mechanischen Eigenschaften legierter Stähle nicht nachstehen, sowie auch diese Eigenschalten bei legierten Stählen und Legierungen zu regeln.

Das vorliegende Verfahren gestattet es ferner, die Beständigkeit von Befestigungsteilen gegen Freßneigung zu erhöhen und die Schnitteigenschaften von gewindeselbstschneidenden Schrauben zu verbessern.

Im folgenden wird das Verfahren zum Gasnitrieren von Werkstücken aus Metallen und Legierungen

anhand konkreter Beispiele erläutert
Beispiel t

Man führt eine Gasnitrierung von Werkstücken und Probestücken aus niedriggekohltem Armco-Eisen-Elektroblech durch.

Die Werkstücke werden in die Muffel eines Ofens eingesetzt, mit einem Deckel geschlossen und in einem Ammoniakstrom erwärmt Nachdem in der Muffel des Ofens eine Temperatur von 450" C ±5" C erreicht worden ist, wird in der Muffel ein magnetisches Gleichfeld erzeugt, das mit einem magnetischen Wechselfeld technischer Frequenz gekreuzt wird. Dann führt man die Erwärmung auf eine Temperatur von 570°C±5^oC, das Halten der Werkstücke auf dieser Temperatur während einer Stunde und die Abkühlung der Werkstücke auf eine Temperatur von 100°C±5°C unter der Einwirkung eines in der Ofenmuffel erzeugten magnetischen Gleichfeldes mit einer Stärke von 24 kA/m durch, das mit einem magnetischen Wechselfeld mit einer technischen Frequenz von 50 Hz und einer Stärke von 3,6 kA/pi gekreuzt ist

Nach der Nitrierung wurden folgende Eigenschaften erzielt: Tiefe der Diffusionsschicht 0,75 mm, Oberflächenhärte 5000 N/mm², Biegewinket bis zur Rißbildung an der Diffusionsschicht auf der Oberfläche des Probestückes 50°.

Beispiel 2

Man führt eine Gasnitrierung von Werkstücken und Probestücken aus einem niedriggekohlten Stahl durch, der folgende Bestandteile (Gew.-%) enthält: 0,05 bis 0,11 C, 0,25 Ni, 0,1 Cr, .50,03 SL Die Werkstücke werden in eine Ofenmuffel eingesetzt und nach Schließen mit einem Deckel in einem Ammoniakstrom erwärmt Nachdem in der Ofenmuffel eine T^jiperatur von 450°C±5°C erreicht worden ist wird ein Gleichfeld erzeugt das mit einem magnetischen Wechselfeld technischer Frequenz gekreuzt wird. Die weitere Erwärmung auf eine Temperatur von 570° C ±5° C, das Halten auf dieser Temperatur während einer Stunde sowie die Abkühlung auf eine Temperatur von 100° C ±5° C werden in der Ofenmuffel unter Einwirkung eines Gleichfeldes mit einer Stärke von 34,4 kA/m durchgeführt, das mit einem magnetischen Wechselfeld mit einer technischen Frequenz von 50 Hz und einer Stärke von 4,8 kA/m gekreuzt ist Nach der Nitrierung wurden folgende Eigenschaften erzielt: Tiefe der Diffusionsschicht 0,15 mm, Oberflächenhärte 5100N/ mm², Biegewinkel bis zur Rißbildung an der Diffusionsschicht auf der Oberfläche des Probestückes 95°.

Beispiel 3

Man führt eine Gasnitrierung von Werkstücken und Probestücken aus einem niedriggekohlten Stahl, der folgende Bestandteile (Gew.-%) enthält: 0,07 bis 0,14 C₁ 0,15 Cr, 0.25 Ni, 0,17 bis 0,37 Si. Die Werkstücke werden in eine Öfenmuffel eingesetzt und nach Schließen mit einem Deckel in einem Ammoniakstrom erwärmt Nachdem in der Ofenmuffel eine Temperatur von 450° C ±5° C erreicht worden ist wird ein magnetisches Gleichfeld erzeugt, das mit einem magnetischen Wechselfeld technischer Frequenz gekreuzt wird. Eine weitere Erwärmung auf eine Temperatur von 570° C ±5° C, das Halten der Werkstücke auf dieser Temperatur während einer Stunde sowie die Abkühlung der Werkstücke auf eine Temperatur von 100° C ±5° C werden in der Ofenmuffel unter der Einwirkung eines magnetischen Gleichfeldes mit einer Stärke von 8£icA/m durchgeführt, das mit einem magnetischen Wechselfeld mit einer technischen Frequenz von 50 Hz und einer Stärke von 6,0 kA/m gekreuzt ist
ϊ Nach der Nitrierung wurden folgende Eigenschaften erzielt: Diffusionsschicht an einem niedriggekohlten Stahl 0,22 mm, Oberflächenhärte 5350 N/mm², Biegewinkei bis zur Rißbildung an der Diffusionsschicht auf der Oberfläche des Probestückes 80°.

Beispiel 4

Man führt eine Gasnitrierung von Werkstücken und Probestücken aus einer Präzisionslegierung durch, die 15,5 bis 16,5 Cr, Rest Fe und Verunreinigungen enthält Die Werkstücke werden in eine Ofenmuffel eingesetzt und nach Schließen mit einem Deckel in einem Ammoniakstrom erwärmt Nachdem in der Ofenmuffel eine Temperatur von 450°C±5^<>C erreicht worden ist wird ein magnetisches Gleichfeld erzeugt das mit einem

λ> magnetischen Wechselfeld technischer Frequenz gekreuzt wird. Die weitere Erwärmung auf eine Temperatur von 570°C±5°C,das Halten der Werkstükke auf dieser Temperatur während einer Stunde und die Abkühlung der Werkstücke auf eine Temperatur von 100° C ±5° C werden in der Ofenmuffel unter der Einwirkung eines Gleichfeldes mit einr Stärke von 20 kA/m durchgeführt das mit einem magnetischen Wechselfeld mit einer Stärke von 7,2 kA/m und einer technischen Frequenz von 50 Hz gekreuzt ist.

jo Nach der Nitrierung wurden folgende Eigenschaften erzielt: Tiefe der Diffusionsschicht 0,16 mm, Oberflächenhärte 7400 bis 7800 N/mm².

Beispiel 5

JS Man führt eine Gasnitrierung von Werkstücken und Probestücken aus einem Stahl durch, der folgende Bestandteile (Gew.-%) enthält: 035 bis 0,42 C, 1,35 bis 1,65 Cr, 0,7 bis 1,1 AI, 0,15 bis 0,25 Mn. Die Werkstücke werden in eine Ofenmuffel eingesetzt und nach Schließen mit einem Deckel in einem Ammoniakstrom erwärmt Nachdem in der Ofenmuffel eine Temperatur von 450° C ±5° C erreicht worden ist wird ein magnetisches Gleichfeld erzeugt das mit einem magnetischen Wechselfeld technischer Frequenz gekreuzt wird. Die weitere Erwärmung auf eine Temperatur von 570^oC±5°C, das Halten der Werkstükke auf dieser Temperatur während einer Stunde sowie die Abkühlung der Werkstücke auf eine Temperatur von 100° C ±5° C werden in der Ofenmuffel unter der

so Einwirkung eines magnetischen Gleichfeldes mit einer Stärke von 32 kA/m durchgeführt das mit einem magnetischen Wechselfeld mit einer technischen Frequenz von 50Hz und einer Stärke von 8,8 kA/m gekreuzt ist

Die Tiefe der Diffusionsschicht betrug nach der genannten Behandlung 03 mm, die Oberflächenhärte 8600 bis 9000 N/mm².

Beispiel 6

Man führt eine Gasnitrierung von Werkstücken und Probestücken aus einem Stahl durch, der folgende Bestandteile (Gew.-%) enthalt; 0,12 G, 0,8 Si, 1,0 bis 2,0 Mn, 17 bis 19 Cr, 8 bis 93 Ni, 0,1 bis 0,7 Ti. Die Werkstücke und Probestücke werden in eine Ofenmuffei eingesetzt und nach Schließen mit einem Deckel in einem Ammoniakstrom erwärmt Nachdem in der Ofenmuffel eine Temperatur von 450° C ±5° C erreicht worden ist, wird ein magnetisches Gleichfeld erzeugt

das mit einem magnetischen Wechselfeld technischer Frequenz gekreuzt wird.

Die weitere Erwärmung auf die Sättigungstemperatur von Stahl, das Halten der Werkstucke auf dieser Temperatur während einer Stunde und die Abkühlung der Werkstücke auf eine Temperatur von 100° C ±5° C werden in der Ofenmuffel unter der Einwirkung eines magnetischen Gleichfeldes mit einer Stärke von 17,6 kA/m durchgeführt, das mit einem magnetischen Wechselfeld mit einer technischen Frequenz von 50 Hz und einer Stärke von 8 kA/m gekreuzt ist

Die Tiefe der Diffusionsschicht beträgt nach der Nitrierung 0,1 mm, die Oberflächenhärte 9000 N/mm².

Beispiel 7

15

Man führt eine Gasnitrierung von Werkzeugen und Probestücken aus einem Schnellarbehsstahl durch, der folgende Bestandteile (Gew.-%) enthält: 0,8 bis 0,88 C, 3,8 bis 4,4 Cr, 5,5 bis 6,5 W, 1,7 bis 2,1 V, 5,0 bis 5,5 Mo, 0,4 Ni, Rest Verunreinigungen. Die Werkzeuge und Probestücke werden in eine Ofenmuffel eingesetzt und nach Schließen mit einem Decke' in einem Ammoniakstrom erwärmt. Nachdem in der Otenmuffcl eine Temperatur von 450° C ±5° C erreicht worden ist, wird ein magnetisches Gleichfeld erzeugt, das mit einem magnetischen Wechselfeld technischer Frequenz gekreuzt wird. Die weitere Erwärmung auf die Sättigungstemperatur von Stahl, das Halten auf dieser Temperatur während einer Stunde und die Abkühlung der Werkzeuge und Probestücke auf eine Temperatur von J00^oC±5^oC werden in der Ofenmuffel unter der Einw rkung eines magnetischen Gleichfeldes mit einer Stärke von 10,4 kA/m durchgeführt, das mit einem magnetischen Wechselfeld mit technischer Frequenz von 50 Hz und einer Stärke von 2,8 kA/m gekreuzt ist.

Die Standzeit der Werkzeuge verlängerte sich nach der Nitrierung um das 5fache,

Das Nitrieren der Werkstücke nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gestattet es, die Oberflächenhärte eines Werkstückes aus legierten Stählen zu vermindern, was die Möglichkeiten für die Wahl von Reibpaarungen sowie den Bereich von Arbeitsgängen zur bildsamen Verformung (Prägen, Walzen usw.) erweitert

An niedriggekohlten Stählen ist eine bedeutende Erhöhung der Härte und der Plastizität der Diffusionsschicht zu verzeichnen. Die Tiefe der Diffusionsschicht der behandelten Werkstücke vergrößert sich um das l^-bis2fache.

Die Verwendung eines magnetischen Gleichfeldes und eines dazu gekreuzten magrpaschen Wechselfeldes technischer Frequenz zum Gasnitrieren gewährleistet eine Erweiterung der Grenzwerte der Parameter, die die Diffusionsschichten charakterisieren. Außerdem wird es möglich, die Behandlungsbedingungen zu optimieren.

Claims

Patentanspruch;

Verfahren zum Gasnitrieren von Werkstücken aus Metallen und Legierungen, bei dem Erwärmung der WerkstOcke auf die Sättigungstemperatur der Metalle und Legierungen, Halten der Werkstücke auf dieser Temperatur und Abkühlung unter Einwirkung eines Magnetfeldes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen der Dissoziationstemperatur des Nitriermittels bei Erwärmung der Werkstücke im Arbeitsraum ein magnetisches Gleichfeld erzeugt wird, das mit einem magnetischen Wechselfeld von technischer Frequenz gekreuzt wird, die Werkstücke bei dieser is Temperatur gehalten, dann auf eine Temperatur, die bei der Umwandlungstemperatur im System Eisen-Stickstoff-Kohlenstoff liegt, abgekühlt werden und die weitere Abkühlung ohne äußeres Magnetfeld fortgesetzt wird.