Verfahren zur Wärmebehandlung der Oberfläche eines Bauteils Die Erfindung
betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Method for heat treatment of the surface of a component The invention
relates to a method according to the preamble of claim 1.
Ein derartiges Verfahren ist insbesondere zur Erhöhung des Korrosionswiderstands
unter Vermeiden eines Verzinkens für Scheibenwischergelenke aus niedrig kohlenstoffhaltigem
Stahl aus "KETAL PROGRESS", Juni 1982, Seiten 11/12, bekannt Bei diesem bekannten
Verfahren erfolgt ein Nitrocarburieren, dgl. eine Wärmebehandll;ng in einer in erster
Linie einen nitrierenden Bestandteil (Ammoniak), aber auch Kohlenstoff enthaltenden
Atmosphäre bei Temp- raturen unterhalb der Eutektischen Temperatur des Eisen-Stickstoff-Systems,
dX unterhalb des Al-PunktsO Das Ergebnis ist unter anderem eine hohe Wechselfestigkeit
und eine harte äußere. Schicht des Bauteils, die anschließend einem richt näher
beschriebenen Oxydierungsprozeß unterworfen wird.Such a method is particularly useful for increasing corrosion resistance
while avoiding zinc plating for windshield wiper joints made from low carbon
Steel from "KETAL PROGRESS", June 1982, pages 11/12, known in this known
In the process, nitrocarburizing, like a heat treatment, is carried out in the first place
Line a nitrating component (ammonia), but also containing carbon
Atmosphere at temperatures below the eutectic temperature of the iron-nitrogen system,
dX below the Al point O The result is, among other things, high fatigue strength
and a tough exterior. Layer of the component, which is then closer to a real
is subjected to the oxidation process described.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß es zur weiteren Lebensdauererhöhung
von schwingungsbeanspruchten Bauteilen in korrosionsgefährdender, insbeFondere feuchter
Atmosphäre Einsatz finden kann.The invention has for its object to provide a method according to the
Form the preamble of claim 1 so that it can further increase the service life
of components subject to vibration in corrosion-prone, especially humid areas
Atmosphere can be used.
Derartigen Beanspruchungen unterliegen beispielsweise die Kolbenstangen
von Stoß-bzw. Schwingungsdämpfern in Kraftfahrzeugen Bisher erfolgte bei derartigen
Bauteilen zur Lebensdauererhöhung eine galvanische Hartverchromung, an die sich
eine Glühbehandlung zur Vermeidung einer Wasserstoffversprödung anschließen mußte;
abschließend erfolgte ein Oberflächenfinishen mit anschließender Maskierung. Dieses
bekannte Verfahren besitzt mithin eine Reihe von Nachteilen, denn Chrom ist teuer
und trägt als Schwermetall zur Umweltverschmutzung bei; die Qualität der Maskierung
ist zerstörungsfrei nicht kontrollierbar, und zwecks Vemeidung verzögerter Sprödbrüche
durch Wasserstoffversprödung ist eine Glühbehandlung erforderlich Es ist auch bekannt,
statt galvanischer Verchromungsverfahren Salzbadnitrierverfahren anzuwenden, die
cyanidhaltige und damit giftige Salzbäder und eine zweimalige Behandlung der Bauteile
in Salzbädern erfordern. Im zweiten Salzbad erfolgt dabei auch eine Oberflächenoxydierung,
bei der die Behandlungstemperatur auf 4000 C begrenzt ist Angesichts der Umweltbelastung
geht aber der Trend i;2 Richtung Vermeidung von Salzbädern.The piston rods, for example, are subject to such stresses
of impact or. Vibration dampers in motor vehicles so far took place in such
Components have a galvanic hard chrome plating to increase their service life, to which
an annealing treatment had to follow to avoid hydrogen embrittlement;
Finally, the surface was finished with subsequent masking. This
known processes therefore have a number of disadvantages, since chromium is expensive
and contributes to environmental pollution as a heavy metal; the quality of the masking
cannot be controlled non-destructively, and for the purpose of avoiding delayed brittle fractures
annealing treatment is necessary due to hydrogen embrittlement It is also known
instead of galvanic chrome-plating processes, salt bath nitriding processes should be used, which
Salt baths containing cyanide and thus poisonous and the components are treated twice
require in salt baths. Surface oxidation also takes place in the second salt bath,
at which the treatment temperature is limited to 4000 C in view of the environmental pollution
but the trend i; 2 goes towards avoiding salt baths.
Die erfindungsgemäße Lösung der oben definierten Aufgabe verwendet
daher die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen beiden Verfahrensschritte
und besteht in der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Ausgestaltung
dieses Verfahrens Ein erstes wesentliches Merkmal der Erfindung besteht also in
der Wahl einer Nitrocarburierungs-Temperatur oberhalb des A1 -Punkts des EisenStickstoffJys+,ems
Diese Temperatur soll aber nicht beliebig hoch liegen, sondern zweckmäßigerweise
zwischen 600 und 6750 C, dJL unterhalb der Umwandlungstemperatur des Eisen-KShlenstoff-Systems,
da bereits bei Temperaturen um 700° C die Eigenschaften des so behandelten Bauteils
hinsichtlich Verschleißwiderstand und Schwingbelastbarkeit verschlechtert werden.
Bei dieser Temperaturwahl bleibt das Kerngefüge des Bauteils unverändert, so daß
die Maßänderungen des Bauteils vernachlässigbar sind Infolge dieser oberhalb des
Al-Punkts des Fe-N-Systems liegenden Temperatur während des ersten Bebandlungssritts
in Verbindung mit einer in erster Linie niet in renden Atmosphäre ergibt sich eine
relativ dicke Nitridschicht mit einem hohem
Stickstoffgehalt von
7 - 9 %.- Unterhalb dieser Nitridschicht, die eine verschleißfeste Verbindungsschicht
mit wenigen Poren darstellt, zeigt-das Schliffbild eine Stickstoff-Austenitschicht
mit einem Stickstoffgehalt von etwa 2 %. Durch in Wasserdampf bei Temperaturen zwischen
400 und 6000 C, bevorzugt werden 5000 C, erfolgendes Oxydieren bildet sich einerseits
an der Oberfläche eine oxydische Korrosionsschutzschicht aus Fe3o4, und andererseits
wandelt sich die Stickstoff-Austenitschicht in einen äußerst feinkörnigen Bainit
um, woraus eine hohe Duktilität resultiert Verwendet man hierzu einen sauerstoffaffinen
Auftragswerkstoff, zB. mit Silizium, Mangan, Chrom, Bor, Titan, Niob o so ergibt
sich durch das Erwärmen eine Schicht aus dem Oxyd dieses Materials.The inventive solution to the problem defined above is used
therefore the two process steps specified in the preamble of claim 1
and consists in the embodiment specified in the characterizing part of claim 1
this method is a first essential feature of the invention is
the choice of a nitrocarburizing temperature above the A1 point of the iron nitrogen Jys +, ems
However, this temperature should not be arbitrarily high, but expediently
between 600 and 6750 C, dJL below the transition temperature of the iron-carbon system,
because the properties of the component treated in this way are already at temperatures around 700 ° C
in terms of wear resistance and vibration resistance are worsened.
With this choice of temperature, the core structure of the component remains unchanged, so that
the dimensional changes of the component are negligible as a result of these above the
Al point of the Fe-N system lying temperature during the first treatment step
in connection with a primarily riveting atmosphere results in a
relatively thick nitride layer with a high
Nitrogen content of
7 - 9% .- Below this nitride layer, which is a wear-resistant connecting layer
shows with few pores, the micrograph shows a nitrogen-austenite layer
with a nitrogen content of about 2%. By in water vapor at temperatures between
400 and 6000 C, preferably 5000 C, on the one hand, oxidation occurs
on the surface an oxidic corrosion protection layer made of Fe3o4, and on the other hand
the nitrogen-austenite layer changes into an extremely fine-grained bainite
um, from which a high ductility results. If one uses an oxygen-affine one
Application material, e.g. with silicon, manganese, chromium, boron, titanium, niobium o so results
A layer of the oxide of this material is created by heating.
Aus dieser Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorgänge
im Gefüge folgt, daß wesentlich für die Erfindung die nur durch die Kombination
der beiden beschriebenen Verfahrensschritte mögliche Erzielung eines feinkörnigen
Bainits nur in einer Schicht unterhalb der Verbindungszone ist, wobei der Kern des
jeweiligen Bauteils unverändert bleibt Demgegenüber erfolgt zwar auch bei dem in
"METAL PROGRESS" beschriebenen Verfahren die Bildung einer Verbindungsschicht mit
etwa 8 X Stickstoffgehalt, aber keine bainitische Zwischenschicht, wie sie für die
Schwingungsfestigkeit günstig L.From this description of the method according to the invention and the operations
in structure it follows that essential for the invention only through the combination
of the two process steps described possible to achieve a fine-grained
Bainite is only in one layer below the connection zone, with the core of the
respective component remains unchanged
"METAL PROGRESS" described method using the formation of a connecting layer
about 8X nitrogen content, but no bainitic interlayer as it is for the
Vibration resistance favorable L.
Im "HanOuch der Sonderstahlkunde" von Houdremont, 3. Auflage, zweiter
Band, Seite 1349, wird eine Oberflächenbehandlung im Salzbad mit Eisenzyankali bei
600 und G1O C angegeben, die als Garbonitrieren, also offenbar mit Betonung des
Kohlenstotfgehalts, bezeichnet wird und am Rand des Bauteils Kohlenstoffgehalte
von 1,1 - 1,9 % sowie Stickstoffgehalte von 1,1 - 1,3 X (also erheblich niedriger
als beim erfindungsgemäßen Verfahren) zur Folge hat Hier wird jedoch im Randbereich
nach anschließender Härtung Martensithärte eiiielt, und auch. im Kern soll eine
Umwandlung erfolgen Insbesondere bei höher legierten Stählen wird dort als Gefahr
eine Erhöhung des Restaustenitgehalts angesas* Uber einen anschließenden Oxydierungsschritt
ist in dieser Literaturstelle nichts gesagt
Bevorzu wird gemäß Patentanspruch
2 als Oxydierungsschritt ein Erwärmen im Wasserdampf, wie dies als Anlassen- im
Anschluß an das Badnitrieren von spanenden, gehärteten Schneliarbeitsstahlwerkzeugen
an sich aus TEW-Technische Berichte, 1975, Heft 2, Seiten 136 ff., bekannt ist.
Dies schließt jedoch nicht aus, gemäß Patentanspruch 3 zur Oxydierung die Oberfläche
des jeweiligen Bauteils mit einer sauerstoffaffinen, beispielsweise pastenartigen
Schicht zu bedecken Zwischen den beiden beschriebenen Verfahrensschritten kann es
zwecks Glättens der Oberfläche vorteilhaft sein, gemäß Anspruch 7 einen Läppvorgang
vorzusehen.In the "HanOuch der Sonderstahlkunde" by Houdremont, 3rd edition, second
Volume, page 1349, describes a surface treatment in a salt bath with iron kyankali
600 and G1O C are given as carbonitriding, so apparently with an emphasis on
Carbon content, and carbon content on the edge of the component
of 1.1 - 1.9% and nitrogen contents of 1.1 - 1.3 X (i.e. considerably lower
than in the method according to the invention) here, however, is in the edge area
after subsequent hardening, it has a martensite hardness, and also. at its core is supposed to be a
Conversion takes place in particular with higher alloyed steels there is a danger
an increase in the retained austenite content via a subsequent oxidation step
nothing is said in this reference
Is preferred according to claim
2 as the oxidation step, heating in steam, as is the case with tempering
Connection to the bath nitriding of cutting, hardened high-speed steel tools
per se from TEW Technical Reports, 1975, Issue 2, pages 136 ff., is known.
However, this does not rule out the possibility of oxidizing the surface
of the respective component with an oxygen-affine, for example paste-like
Layer to cover It can be between the two process steps described
be advantageous for the purpose of smoothing the surface, a lapping process according to claim 7
to be provided.
Beispiel: Eine Kolbenstange aus C45 wird nach mechanischer Bearbeitung
2 Stunden bei 630" C nitrocarburiert in einer je 50 % Ammoniak und Endogas. enthaltenden
Atmosphäre; anschließend wird in Öl bei ca. 800 C abgelöscht. Nach dem Läppen (rauhtiefe
z.B. kleiner als 2pm) wird die Kolbenstange bei 5000 C einer Wasserdampfbehandlung
für eine Stunde unterzoger, danach Abkühlung an Luft Das Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist verständlicherweise sehr breit In der Automobiltechnik kann es beispielsweise
auch für Teile von Aus puffanlagen von Brennkraftmaschinen, für Schraubenfedern
oder für Außenteile Einsatz finden.Example: A piston rod made of C45 is made after mechanical processing
2 hours at 630 "C nitrocarburized in a 50% ammonia and endogas
The atmosphere; then it is quenched in oil at approx. 800 C. After lapping (rough depth
e.g. less than 2pm) the piston rod undergoes steam treatment at 5000 C.
Subjected for one hour, then cooling in air. The field of application of the invention
Process is understandably very broad In automotive engineering, for example
also for parts of exhaust systems of internal combustion engines, for coil springs
or can be used for external parts.