DE3804824C2 - - Google Patents
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- 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
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/001—Heat treatment of ferrous alloys containing Ni
-
- 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
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
- C21D6/002—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- 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
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/0093—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for screws; for bolts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
- C25D5/48—After-treatment of electroplated surfaces
- C25D5/50—After-treatment of electroplated surfaces by heat-treatment
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von
Werkstücken aus ferritischem Stahl nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Bei einer Reihe von Anwendungsfällen sollen die Werkstücke eine
hohe Härte und einen hohen Verschleißwiderstand aufweisen. Ferner
sollen sie korrosionsbeständig sein. Kohlenstoffstähle sind für
diese Anwendungsfälle nicht geeignet, da sie besonders empfind
lich gegen korrosive Medien sind. Es ist daher bekannt, rostbe
ständige legierte Stähle zu verwenden, die zum Beispiel Chrom,
Nickel, Kobalt, Molybdän und dergleichen enthalten. Derartige
legierte Stähle sind normalerweise verhältnismäßig korro
sionsträge und lassen sich wegen ihrer Härtbarkeit auf die
gewünschte Härte einstellen. Gleichwohl ist zum Beispiel
Chromstahl für die Herstellung von Verbindungsmitteln im
Baubereich, beispielsweise für die Herstellung von Schrau
ben, insbesondere Bohrschrauben nicht zugelassen. Der Grund
liegt in der wasserstoffinduzierten Rißbildung (Wasser
stoffversprödung). Bei andauernder statischer Belastung
über einen längeren Zeitraum kann der im Verbindungsmittel
von Haus aus enthaltene Wasserstoff zur besagten Rißbildung
führen. Den gleichen Effekt bewirkt der Wasserstoff, der
von außen - zum Beispiel bei der kathodischen Reaktion im
Korrosionsfall - an das Verbindungsmittel herangetragen
wird. Ein derartiger Vorgang beeinträchtigt die Dauerfestig
keit zum Beispiel einer Schraube, wodurch die Sicherheit
einer Baukonstruktion beeinträchtigt wird. Es ist zwar
denkbar, den im Werkstück von Haus aus enthaltenen Wasser
stoff thermisch auszutreiben und durch Aufbringen von Über
zügen, wie zum Beispiel durch Verzinken, eine Schutzschicht
zu bilden, die für den Wasserstoff eine Barriere darstellt.
Es besteht jedoch die Gefahr, daß beim Einsatz die Schutz
schicht beschädigt wird oder von Natur aus die Bildung von
Rissen nicht völlig ausschließt, so daß auf diese Weise
einer Wasserstoffversprödung nicht Einhalt geboten werden
kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Herstellung von Werkstücken aus ferritischem Stahl an
zugeben, bei dem die Werkstücke bei großer Härte und
Festigkeit eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen, die
der der austenitischen Chrom-Nickel-Stähle nahekommt und
bei denen eine wasserstoffinduzierte Rißbildung vermieden
ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichnungs
teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird das Werkstück aus
nicht umwandelbarem Chromstahl geformt mit einem Chroman
teil von mindestens 13%. Wie bereits erwähnt, sind Werk
stücke aus Chromstahl an sich bekannt. Beim erfindungsge
mäßen Verfahren wird jedoch das Werkstück mit einem Überzug
von Nickel oder einer im wesentlichen Nickel oder Kobalt
enthaltenden Legierung versehen mit einer Dicke von minde
stens 5 µm. Anschließend wird das Werkstück unter Ausschluß
von Sauerstoff bei mindestens 850°C durch Wärmebehandlung
auf die gewünschte Härte gebracht, wobei gleichzeitig aus
Überzug und Grundwerkstoff die Diffusionsschicht mit den
besonderen Eigenschaften gebildet wird.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren haben die behandelten
Werkstücke einen Nickelmantel mit darunterliegender Chrom-
Nickel-Eisenschicht wechselnder Zusammensetzung. Bei der
Wärmebehandlung wird der vorhandene Wasserstoff ausge
trieben. Wasserstoff, der beispielsweise bei einem Korro
sionsvorgang entstehen kann, kann die Nickel-Eisen-Diffu
sionsschicht nicht durchdringen. Erfindungswesentlich ist,
daß auch der Kern des Werkstücks aus einem hochwertigen,
nicht umwandelbaren Stahl besteht und sich durch das Dif
fundieren von Nickel in den Chromstahl oder umgekehrt von
Chrom in den Nickelüberzug eine austenitische Zwischen
schicht verhältnismäßig großer Dicke ergibt, die eine wirk
same Barriere gegen das Eindringen von Wasserstoff dar
stellt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren müssen keine Härte
erzeugenden Stoffe durch die Nickelschicht diffundieren,
um die Gebrauchstauglichkeit des Werkstücks zu erzielen.
Das Härten und das Erzeugen der Korrosionsfestigkeit in
folge von chrom- und ggf. molybdänhaltiger austenitischer
Überzüge auf einem von Natur aus bereits korrosionsträgen
Material findet in einem einzigen Schritt statt. Enthält
der Chromstahl in einer Ausgestaltung der Erfindung Molyb
dän, wirkt sich der Molybdängehalt der austenitischen
Zwischenschicht günstig auf die Repassivierung aus.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist nur eine einzige
Schicht erforderlich, um die gewünschte Korrosionsfestig
keit und die Vermeidung wasserstoffinduzierter Rißbildung
zu erzielen.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird auf den Nickel
überzug bzw. den Überzug aus Nickel oder einer Kobalt ent
haltenden Legierung ein Überzug aus Chrom, Kobalt, Molybdän
oder Kupfer von einer Dicke von mindestens zwei µm auf
gebracht. Beim nachgeschalteten Diffusionsglühen wird auf
dem Chromstahl eine austenitische Chrom-Nickel-Eisenschicht
gebildet, die übergangslos in den martensitischen Chrom
stahl übergeht.
Im Gegensatz zu bekannten Verbindungsmitteln, die aus
Korrosionsschutzgründen aus nicht umwandlungsfähigen auste
nitischen rost- und säurebeständigen Stählen hergestellt
werden, führt das erfindungsgemäße Verfahren zu Werkstücken,
die bei annähernd gleich guter Korrosionsbeständigkeit auf
die gewünschte Härte eingestellt werden können.
In einer Alternative zum erfindungsgemäßen Verfahren ist
vorgesehen, daß das Werkstück aus nickel- oder molybdän
haltigem Stahl geformt ist, das Werkstück danach mit einem
Überzug aus Chrom versehen wird mit einer Dicke von min
destens 5 µm und anschließend unter Ausschluß von Sauer
stoff bei mindestens 850°C durch Wärmebehandlung auf die
gewünschte Härte gebracht wird. Bei diesem Verfahren wird
ein ähnlicher Korrosionsschutzüberzug wie oben beschrieben
erhalten.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann ein zusätzlicher
Korrosionsschutz durch Verzinkung oder Cadmierung entfallen.
Allerdings können zusätzliche Schichten zur Verbesserung
des Gleitverhaltens (Herabsetzung der Reibung bei der An
wendung des Verbindungsmittels) aufgebracht werden. An
stelle von aus organischem Material hergestellten Schichten
sind auch metallische Überzüge denkbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für verschiedene hoch
wertige Werkstücke einsetzbar, beispielsweise für Messer
klingen, chirurgische Instrumente oder andere hochver
schleißfeste Werkzeuge und Bauteile. Besonders vorteilhaft
ist es für die Herstellung von Verbindungsmitteln, wie
Schrauben oder dergleichen, insbesondere Bohrschrauben, im
Bauwesen, bei denen aus Sicherheitsgründen eine hohe Korro
sionsbeständigkeit und große Härte verlangt wird. Die
Härte ist zum Beispiel bei Bohrschrauben erforderlich,
damit diese in der Lage sind, auch in relativ hartem Trä
germaterial ein Kernloch zu bohren.
Aus der DE-OS 24 18 908 ist ein Verfahren zur Erhöhung der
Korrosionsfestigkeit von Stahlteilen, insbesondere von
Mantelrohrheizstäben, Laugenbehälter, Trommeln für Wasch-,
Trocken- und Schleudermaschinen auf Stahlbasis bekannt
geworden, bei dem die Stahlteile in einem Nickelbad mit
einer 5 bis 10 µm dicken Nickelschicht versehen werden.
Anschließend werden die Stahlteile bei 800 bis 1000°C in
einer oxidierenden Atmosphäre geglüht. Der auf diese Weise
gebildete Nickeloxidüberzug führt zu einer gewissen Tem
peratur- und Korrosionsfestigkeit. Eine wasserstoffindu
zierte Rißbildung läßt sich auf diese Weise jedoch nicht
vermeiden. Außerdem weisen derartige Stahlteile nicht die
zum Beispiel für eine Bohrschraube erforderliche Härte
auf.
Nachstehend werden einige Beispiele für die verwendeten
Werkstoffe und Verfahren angegeben.
Werkstoff nach DIN 17006:
1,1% Kohlenstoff; 15% Chrom; 0,5 Molybdän
Werkstoff Nr. 4112 nach DIN 17006:
0,9% Kohlenstoff; 18% Chrom; 1,2 Molybdän
1,1% Kohlenstoff; 15% Chrom; 0,5 Molybdän
Werkstoff Nr. 4112 nach DIN 17006:
0,9% Kohlenstoff; 18% Chrom; 1,2 Molybdän
Eine Bohrschraube, beispielsweise aus dem obigen Chrom
stahl, wird galvanisch mit einem Nickelüberzug von 10 µm
Dicke oder einem Überzug von 5 µm Dicke Nickel und etwa
2 µm Dicke Chrom versehen.
Galvanisierungsbedingungen für die Nickelschicht
Temperatur: 50 bis 70°C
pH: 6 bis 3
Stromdichte: 2 bis 9 A/d cm²
pH: 6 bis 3
Stromdichte: 2 bis 9 A/d cm²
Nickelbad:
Nickelsulfat: 300 g/l
Nickelchlorid: 40 g/l
Nickelborsäure: 40 g/l
Nickelsulfat: 300 g/l
Nickelchlorid: 40 g/l
Nickelborsäure: 40 g/l
Galvanisierungsbedingungen für die Chromschicht:
Temperatur: 55°C
Stromdichte: 40 A/d cm²
Stromdichte: 40 A/d cm²
Chrombad:
Chromsäure (CrO₃): 350 g/l
Schwefelsäure (Dichte 1,84): 2,5 g/l
Chromsäure (CrO₃): 350 g/l
Schwefelsäure (Dichte 1,84): 2,5 g/l
Naturgemäß kann auch nach dem stromlosen Verfahren galvani
siert werden.
Die Wärmebehandlung erfolgt im Ofen unter Ausschluß von
Sauerstoff bei einer Temperatur von zum Beispiel 1000°C
über eine Zeit von 10 Minuten. Die Temperatur hängt von
dem verwendeten Kernwerkstoff ab und die Zeit von der ein
zustellenden Härte.
Es ist zweckmäßig, die Teile nach der Wärmebehandlung in
Abhängigkeit vom Grundkohlenstoffgehalt entsprechend abzu
kühlen, um ein martensitisches Härtegefüge zu erreichen.
Anschließend werden die Teile zweckmäßigerweise durch An
lassen auf die gewünschte Härte eingestellt, beispielsweise
durch Erwärmen auf Temperaturen zwischen 100 und 700°C.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von Werkstücken aus ferritischem
Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück aus nicht um
wandelbarem Chromstahl geformt wird mit einem Chromanteil von
mindestens 13%, das Werkstück danach mit einem Überzug von
Nickel oder einer im wesentlichen Nickel oder Kobalt enthal
tenden Legierung versehen wird mit einer Dicke von mindestens
5 µm, anschließend das Werkstück unter Ausschluß von Sauerstoff
bei mindestens 850°C diffusionsgeglüht und die so mit Nickel
oder Kobalt legierte Schicht unter Martensitbildung auf die
gewünschte Härte gebracht wird.
2. Verfahren zur Herstellung von Werkstücken aus ferritischem
Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück aus nickel-
oder molybdänhaltigem, nicht umwandelbarem Stahl geformt wird,
das Werkstück danach mit einem Überzug aus Chrom versehen wird
mit einer Dicke von mindestens 5 µm und anschließend das Werk
stück unter Ausschluß von Sauerstoff bei mindestens 850°C
diffusionsgeglüht und die so mit Chrom legierte Schicht unter
Martensitbildung auf die gewünschte Härte gebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Chromstahl Molybdän enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß auf den Nickelüberzug ein Überzug aus Chrom, Kobalt,
Molybdän oder Kupfer mit einer Dicke von mindestens
2 µm aufgebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeich
net durch seine Anwendung auf Verbindungsmittel, wie
Schrauben oder dergleichen, insbesondere Bohrschrauben.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19883804824 DE3804824A1 (de) | 1988-02-17 | 1988-02-17 | Verfahren zur herstellung von werkstuecken aus ferritischem stahl |
EP89113767A EP0410033A1 (de) | 1988-02-17 | 1989-07-26 | Verfahren zur Herstellung von Werkstücken aus ferritischem Stahl |
AU39318/89A AU3931889A (en) | 1988-02-17 | 1989-08-04 | Method for making workpieces of ferritic steel |
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DE19883804824 DE3804824A1 (de) | 1988-02-17 | 1988-02-17 | Verfahren zur herstellung von werkstuecken aus ferritischem stahl |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3804824A1 DE3804824A1 (de) | 1989-09-07 |
DE3804824C2 true DE3804824C2 (de) | 1989-11-30 |
Family
ID=6347532
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19883804824 Granted DE3804824A1 (de) | 1988-02-17 | 1988-02-17 | Verfahren zur herstellung von werkstuecken aus ferritischem stahl |
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---|---|
EP (1) | EP0410033A1 (de) |
AU (1) | AU3931889A (de) |
DE (1) | DE3804824A1 (de) |
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DE102007000485B3 (de) * | 2007-09-05 | 2008-10-16 | Hilti Aktiengesellschaft | Befestigungselement |
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1988
- 1988-02-17 DE DE19883804824 patent/DE3804824A1/de active Granted
-
1989
- 1989-07-26 EP EP89113767A patent/EP0410033A1/de not_active Withdrawn
- 1989-08-04 AU AU39318/89A patent/AU3931889A/en not_active Abandoned
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0410033A1 (de) | 1991-01-30 |
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