DE3933053C1 - - Google Patents
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- 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
- C23C8/40—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 liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions
- C23C8/52—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 liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions more than one element being applied in one step
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Nitrocarburieren von Bauteilen aus Stahl in cyanat-
und cyanidhaltigen Salzschmelzen bei Temperaturen von
560 bis 700°C.
Zum Nitrocarburieren von Teilen aus Eisen und Stahl
werden überwiegend Salzschmelzen aus Gemischen von
Alkalicyaniden, Alkalicyanaten und Alkalicarbonaten
verwendet, die meist bei Temperaturen von 560 bis
590°C betrieben werden. Solche Salzbäder sind
beispielsweise aus der DE-PS 11 49 035 bekannt. Es
gibt jedoch auch Nitrocarburiersalzbäder, in denen bei
höheren Temperaturen bis zu 700°C gearbeitet wird.
Die Werkstücke werden der Einwirkung der Salzschmelze
einige Zeit ausgesetzt, wobei Stickstoff und
Kohlenstoff in die Werkstücke eindiffundiert und
Eisencarbonitridphasen in den Oberflächenschichten
ausgebildet werden. Diese Phasen erhöhen insbesondere
die Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit
der Bauteile. Das Stickstoff- und Kohlenstoffangebot
der Salzschmelze, die Behandlungstemperatur und die
Behandlungszeit beeinflussen den Aufbau, die Dicke und
die Qualität der Nitrocarburierschicht.
Wird die Nitrocarburierbehandlung in den cyanat- und
cyanidhaltigen Salzbädern beispielsweise bei 580°C
durchgeführt, so erhält man Bauteile, die sehr gute
Eigenschaften bezüglich Verschleiß- und
Korrosionswiderstand aufweisen. Grund hierfür ist die
Ausbildung einer monophasigen
ε-Eisencarbonitridschicht. Zu deren Ausbildung in
genügender Schichtdicke und Qualität sind bei 580°C
jedoch relativ lange Zeiträume notwendig, die
normalerweise mehrere Stunden betragen.
Bei höheren Temperaturen, beispielsweise 630°C,
werden in kürzeren Zeiten entsprechende Schichtdicken
von ε-Eisencarbonitrid erzeugt, jedoch ist der
Verschleißwiderstand und die Korrosionsbeständigkeit
der so behandelten Bauteile deutlich geringer als von
Bauteilen die bei 580° in den gleichen Salzschmelzen
behandelt werden.
Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zum Nitrocarburieren von Bauteilen aus Stahl
in cyanat- und cyanidhaltigen Salzschmelzen bei
Temperaturen von 560 bis 700°C zu finden, bei dem die
Bauteile gute Verschleiß- und Korrosionseigenschaften
bei möglichst kurzer Behandlungszeit aufweisen
sollten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die Nitrocarburierbehandlung in einer ersten Stufe bei
600 bis 700°C und in einer zweiten Stufe bei 560 bis
590°C durchgeführt wird, wobei die
Nitrocarburierzeiten der beiden Stufen sich im
Verhältnis von 20 : 1 bis 1 : 15 erstrecken können.
Vorzugsweise wird die Behandlung in der ersten Stufe
bei 610 bis 650°C während 10 bis 120 Minuten und in
der zweiten Stufe bei 570 bis 590°C während 10 bis 90
Minuten durchgeführt.
Mit dieser Zweistufenbehandlung erreicht man in
relativ kurzer Zeit eine ausreichend dicke
Verbindungsschicht, die überraschenderweise die
gleichen Eigenschaften aufweist wie eine
Verbindungsschicht, die in wesentlich längeren
Zeiträumen bei Temperaturen von 560 bis 590°C
entsteht. Dadurch ist es möglich, die
Nitrocarburierdauer erheblich zu verkürzen, ohne die
Qualität der behandelten Bauteile in bezug auf
Verschleiß, Korrosion, Dauerfestigkeit u. a. zu
verschlechtern.
Die Abb. 1 und 2 zeigen in graphischer
Darstellung das Korrosionsverhalten (Abb. 1) und die
Verschließbeständigkeit (Abb. 2) von Proben aus Stahl
CK 45 nach der Behandlung in einer Salzschmelze mit
2,8 Gew. % Cyanid und 37,4 Gew. % Cyanat bei
verschiedenen Temperaturen.
In der Abb. 1 wird der Korrosionswiderstand von
zylindrischen Proben nach dem Nitrocarburieren
verglichen. In allen Fällen wurde die Behandlung so
durchgeführt, daß eine Verbindungsschichtdicke von
etwa 15 µm vorlag. Der linke Balken zeigt die
Korrosionsbeständigkeit von Kolbenstangen, die 90
Minuten bei 580°C nitrocarburiert wurden. Der
mittlere Balken zeigt die Beständigkeit der Teile nach
30 Minuten Nitrocarburieren bei 630°C und der rechte
Balken zeigt die Beständigkeit von Proben, die
zunächst 20 Minuten bei 630° und anschließend 20
Minuten bei 580°C nitrocarburiert wurden.
Auch das Verschleißverhalten wird durch die
erfindungsgemäße Zweistufenbehandlung günstig
beeinflußt. Das Ergebnis eines Amsler-Tests ist in
Abb. 2 dargestellt. Die Kurve 1 entspricht der
Normalbehandlung von Proben aus dem Werkstoff C 45,
90 Minuten bei 580°C; die Kurve 2 wurde an Proben
ermittelt, die 30 Minuten bei 630°C nitrocarburiert
wurden und das Ergebnis der
Zweistufennitrocarburierung, 20 Minuten 630°C und
20 Minuten 580°C, zeigt die Kurve 3. Das
Verschleißverhalten eines Bauteils, das 20 Minuten bei
630°C und dann 20 Minuten bei 580° behandelt wurde
ist also vergleichbar mit dem eines Bauteils, das
90 Minuten bei 580°C nitrocarburiert wurde. Die
Behandlungszeit wird mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren also mehr als halbiert.
Claims (2)
1. Verfahren zum Nitrocarburieren von Bauteilen aus
Stahl in cyanat- und cyanidhaltigen Salzschmelzen
bei Temperaturen von 560 bis 700°C,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Nitrocarburierbehandlung in einer ersten
Stufe bei 600 bis 700°C und in einer zweiten Stufe
bei 560 bis 590°C durchgeführt wird, wobei die
Nitrocarburierzeiten der beiden Stufen sich im
Verhältnis von 20 : 1 bis 1 : 15 erstrecken können.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Behandlung in der ersten Stufe bei 610 bis
650°C während 10 bis 120 Minuten und in der
zweiten Stufe bei 570 bis 590°C während 10 bis 90
Minuten durchgeführt wird.
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