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Verfahren zur Oberflächenhärtung durch Nitrieren von legierten Stählen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenhärtung von Stahllegierungen
durch Nitrierung, bei dem der leierte Stahl in erhitztem Zustand der Wirkung von
Ammoniakgas oder einem anderen Stichstoff abgebenden Stoff ausgesetzt wird.
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Es ist bekannt, daß Stähle mit bestimmten Legierungsbestandteilen,
z. B. Stähle, die Aluminium oder Vanadium enthalien, einer Oberflächenhärtung durch
Nitrierung bei einer Temperatur von nicht mehr als 58o ° untenvor fen werden können,
wobei eine außerordentliche Härte erreicht wird. Es ist geschlagen worden, das Aluminium
auch vorin den Stahl, anstatt es durch seine ganze Masse gleichmäßig zu verteilen,
nur an der Oberfläche einzuführen. Vorzugsweise verfuhr man dabei in der `''eise,
daß der Stahl mit Aluminiumpulver in neutraler oder reduzierender 'Atmosphäre bei
5oo bis 8oo ° C oder goo - C erhitzt wurde, wobei das Aluminium durch Diffusion
in die Oberfläche eindrang und eine dünne Randschicht von mit Aluminium legiertem
Stahl bildete. An diese Warmbehandlung zur Aufnahme des Aluminiums schloß sich dann
erst die Nitrierung an. Abgesehen von der Unwirtschaftlichkeit infolge doppelter
Warmbehandlung hatte dieses Verfahren den Nachteil, dar bei der honen Temperatur,
die zur Erzielung der Diffusion des Aluminiums nötig ist, ein Verziehen der zu härtenden
fertig bearbeiteten Teile eintritt.
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Durch das Verfahren nach der Erfindung werden die Nachteile dieses
bekannten Verfahrens vermieden. Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Oberfläche der-zu nitrierenden Stähle ein Cberzug. aus Kupfer, Silber,
Platin, Kobalt, Molvbdän oder Arsen oder anderen für diesen Zweck wirksamen Metallen
oder Metall.oi.den in der Formeiner dünnen Schicht vor dem Nitrieren aufgetragen
wird. Der Ü#b,erztt; wird vorzugsweise auf kalten Wege aufgebracht, z. B. können
alle genannten Metalle elektrolytisch auf der Stahloberfläche niederigeschl.agen
werden. Besteht der Cberz,u- aus Kupfer oder Silber, so kann er auch aufgespritzt
werden. Besteht er aus Kupfer oder Arsen, so kann der überzug auch durch sogenannte
chemische Ersetzung oder Zersetzung mittels Eintauchens in eine Lösung des LTberzu.,gstoffes
erzeugt werden.
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Alle genannten Überzu,gsverfahren lassen sich im Gegensatz zum Einlegieren
durch Diffusion des das Einwandern des Stick-
Stoffs fördernden
Stoffes in die Oberflächenschicht des- Stahles -auf kaltem Wege ausführen,
d. h. ohne d.aß der Stahl selbst erhitzt zu werden braucht. - Infolgedessen fällt
die vorbereitende Wärmebehandlung - des alten Verfahrens mit ihren nachteiligen
Folgen fort.
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Dadurch, daß der Stahl mit einer in sich geschlossenen, wenn auch
dünnen Schicht des die Einwanderung des Stickstoffes unterstützenden Stoffes überzogen
wird, wird gleichzeitig ein Schutz des Stahles gegen Oxydation durch Sauerstoff
oder Entkohlung durch Wasserstoff erzielt. Infolgedessen wird die Härtung außerordentlich
gleichmäßig. Es «-erden weiche Stellen in der Oberfläche vermieden, ja die Härtung
wird sogar beschleunigt.
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Selbstverständlich wird der Stahl vor dem Aufbringen der Überzugsschicht
gereinigt; die Überzugsschicht darf nicht zu ,dick und nicht zu dünn sein. Eine
zu .dicke Schicht würde das Einwandern des Stickstoffes in den Stahl verhindern,
eine zu dünne Schicht nicht ausreichend wirksam sein. Aber natürlich ist die Schicht
immer dünn. Ein aufgespritzter Überzug hat z. B. eine Dicke von 0,038 mm. Wird der
Überzug durch Elektrolyse erzeugt oder du_ rch chemische Ersetzung oder Zersetzung
aus einer wäßrigen Lösung, dann kommt man schon mit einer Dicke von o,ooo25 mm aus,
weil ein solcher Überzug dichter und gleichmäßiger ausfällt.
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Nachdem der Überzug aufgebracht ist, erfolgt das Nitrieren in üblicher
Weise.
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Das Verfahren nach der Erfindung kann z. B. bei Chromstählen, Nickel
- Chrom-Stählen, Aluminium-Chrom-Stählen, Nickel-Chrom-Wolfram-Stählen, Aluminium-Chrom-Molybdän-Stählen,
M.anganstählen, Chrom-Nickel - Mangan - Stählen, Silicium - Chrom-Stählen und Chrom-Molybdän-Stähl:en
Anwendung finden. Legierte Stähle reit etwa i bis - 2o 010 Chrom können gemäß dem
Verfahren nach der Erfindung behandelt werden. Durch das Verfahren nach der Erfindung
ist es möglich, eine Härteschicht von o,i3o bis 0,7& mm Dicke zu erhalten, entsprechend
u. a. der Art des behandelten legierten Stahles und der Behandlungsdauer sowie der
Behandlungstemperatur.
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Wird z. B. ein Kupferüberzug benutzt, dann wird ein legierter Stahl
mit ungefähr 14 010 Nickel, ungefähr 1¢ 0% Chrom, ungefähr 2 0[0 Wolfram
und ungefähr 0,36 01, Kohle dadurch gereinigt, .daß er einige Minuten in
verdünnte Schwefelsäure gebracht wird. Der Stahl wird dann in Wasser gewaschen und
auf elektrolytischem Wege mit Kupfer überzogen und bei einer Temperatur von ungefähr
55o' C während einer Dauer von go Stunden in einem Strom von Ammoniakgas behandelt.
, In gleicher Weise können gemäß der Erfindung Stähle mit ungefähr 8 % Nickel, 20
°!" c..'lirom und o,i2 0I0 Kohle oder mit ungefähr 0,'0 Mangan, ungefähr 12 % Nickel,
ungefähr 3,5 % Chrom und ungefähr 0,5 0I0 Kohle behandelt werden.
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Werden Stähle mit ungefähr i % Chrom, 0,2 0I0 Molybdän, 0,4 °fo Mangan
und ungefähr 0,3 %'Kohle in dieser Weise nitriert, so ist die Steigerung
der durch die Nitrierung erzielten Oberflächenhärte etwas geringer als bei den vorerwähnten
Stählen mit hohen Chromgehalten.
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Man kann einen Kupferüberzug z. B. auch aufspritzen, ohne daß sich
im übrigen .die Arbeitsweise ändert.
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Bei Benutzung eines Silberüberzuges wird beispielsweise ein Stahl
mit ungefähr 13 % Chrom, ungefähr o,25 0/0 Kohle und bis ungefähr 0,3 010
Nickel durch Elektrolyse oder durch Aufspritzen mit Silber überzogen und dann einer
Behandlung bei einer Temperatur von ungefähr 5oo ° C während einer Dauer von 9o
Stunden .in einem Strom von Ammoniakgas unterworfen.
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Ebenso kann ein legierter Stahl mit ungefähr 13 0/0 Mangan und ungefähr
i,o 0/0 Kohle mit Silber z. B. durch Elektrolyse überzogen und dann einer Behandlung
bei einer Temperatur von ungefähr 5oo ° C während einer Dauer von go Stunden in
einem Strom von Ammoniakgas unterworfen werden.
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Auch bei Benutzung von Platin als -Oöerzugsmetall wird,das Platin
.durch Elektrolyse aufgebracht und dann der Stahl bei einer Temperatur von ungefähr
5oo ° C während einer Dauer von go Stunden einem Strom von Ammoniakgas ausgesetzt.
In gleicher Weise wird bei Anwendung eines Kobalt- oder Molybdänüberzuges verfahren.
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Ein Arsenüberzug wird entweder durch Elektrolyse oder durch Eintauchen
in eine Arsenlösung hergestellt, und dann wird der Stahl bei einer Temperatur von
ungefähr 500' C während einer Dauer von go Stunden einem Strom von Ammoniakgas
ausgesetzt. Eine geeignete Lösung zur Herstellung des Arsenüberzuges durch Eintauchen
enthält 6 g Arsentrioxyd und i oo cms konzentrierte Salzsäure, wobei das Bad während
der Benutzung eine Temperatur von ungefähr 6o ° C hat. Der Stahl wird in das Bad
ungefähr zwei Minuten lang eingetaucht. Soll der Überzug elektrolytisch aufgebracht
werden, so kann ein. Elektrolyt aus einer wäßrigen Lösung mit ungefähr q.010 Arsentrioxyd
und ungefähr io 0[0 Natriurnzyani,d benutzt werden.
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Obwohl 9o Stunden als Behandlungsdauer in den genannten Beispielen
angegeben sind, kann je nach der Dicke der erwünschten
Härteschicht
die Behandlungsdauer beträchtlich verringert werden, jedoch nicht unter Stunden.