DE823887C - Hardening of work pieces made of iron - Google Patents

Hardening of work pieces made of iron

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DE823887C
DE823887C DEW1426A DEW0001426A DE823887C DE 823887 C DE823887 C DE 823887C DE W1426 A DEW1426 A DE W1426A DE W0001426 A DEW0001426 A DE W0001426A DE 823887 C DE823887 C DE 823887C
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Frederick Wardle Haywood
Douglas Stuart Laidler
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Wild Barfield Electric Furnaces Ltd
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    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C8/00Solid 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
    • C23C8/06Solid 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 gases
    • C23C8/28Solid 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 gases more than one element being applied in one step
    • C23C8/30Carbo-nitriding
    • C23C8/32Carbo-nitriding of ferrous surfaces

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Description

Einsatzhärten von Werkstücken aus Eisen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einsatzbärten und bezweckt ein in wirtschaftlicher Hinsicht und in bezug auf seine geregelte Durchführung verbessertes Verfahren zur Aufkohlung und Nitrierung von Erzeugnissen aus Eisen zu schaffen.Case hardening of workpieces made of iron The invention relates to a Process for the use of beards and aims at an in economic terms and in With regard to its regular implementation, improved method for carburizing and To create nitriding of iron products.

Bei dem Einsatzhärte-Verfahren nach der Erfindung werden die Werkstücke mit einer Mischung von nitrierendem mit aufkohlendem Gas behandelt, welche verbrennbare Bestandteile unter EinschluB von C O und C H4 in anteiligen Verhältnissen enthält, die eine brauchbare Einsatzschicht ergeben.In the case of the case hardening method according to the invention, the workpieces treated with a mixture of nitriding and carburizing gases, which are combustible Contains components including C O and C H4 in proportional proportions, which result in a useful working layer.

Es wurde gefunden, daß diese anteiligen Verhältnisse innerhalb 2'/z bis 5% an nitrierendem und 97'/= 1»s 95% an aufkohlendem Gas bei Behandlungstemperaturen von Flußstahl zwischen 85o und 95o' C liegen. Auch etwas unter oder über den angegebenen anteiligen Mengen liegende Mengen an nitrierendem Gas können bei Verwendung von aufkohlenden Gasen mit besonderen Eigenschaften oder im Falle der Behandlung von besonders legierten Stählen zweckmäßig sein.It has been found that these proportions are within 2 '/ z up to 5% of nitrating and 97% = 1 »s 95% of carburizing gas at treatment temperatures of mild steel are between 85o and 95o'C. Also something below or above the specified proportional amounts of nitriding gas can be used when using carburizing gases with special properties or in the case of treatment of especially alloyed steels may be useful.

Vorzugsweise bestehen die verbrennlichen Bestandteile der aufkohlenden Gase im wesentlichen aus CO, C H4 und H2, wobei die anteiligen Mengen der aufkohlenden Bestandteile vorteilhaft in der Größenordnung von to bis 8o% für CO und von to bis 4o% für CH4, bezogen auf das Gesamtvolumen, liegen. Die anteiligen Mengen sind hierbei in Volumenprozenten .angegeben.Preferably, the combustible components of the carburizing gases consist essentially of CO, C H4 and H2, the proportional amounts of the carburizing components advantageously in the range of to to 80% for CO and from to to 40% for CH4, based on the total volume, lie. The proportional amounts are given in percent by volume.

Die Verwendung von erheblich kleineren Mengen von C O und C H4 ist, obwohl hierdurch eine Aufkohlunf; erfolgen'kann, aus wirtschaftlichenGründen mit Rücksicht auf den Zeitfaktor nicht erfolgversprechend.The use of significantly smaller amounts of C O and C H4 is although this causes a carburization; can take place, for economic reasons with Consideration of the time factor not promising.

Das vorzugsweise vom technischen Gesichtspunkt aus zu verwendende Aufkohlungsgas ist Stadtgas, welches so behandelt worden ist, daß alles C 02, 01 und die Schwefel-Bestandteile sowie Wasserdampf entfernt worden sind.The one to be used preferably from a technical point of view Carburizing gas is town gas, which has been treated in such a way that everything is C 02, 01 and the sulfur components and water vapor have been removed.

Ein typisches aufbereitetes Stadtgas hat beispielsweise die folgende Zusammensetzung: C02 = fehlt 0Q = fehlt H2 O = fehlt S = zu vernachlässigen CO = 19,00/0 HZ = 48,00/0 CH4 = 24,O0/0 Spuren von anderen gasförmigen Kohlenwasserstoffen Rest N..For example, a typical upgraded town gas is as follows Composition: C02 = missing 0Q = missing H2 O = missing S = negligible CO = 19.00 / 0 HZ = 48.00 / 0 CH4 = 24, O0 / 0 traces of other gaseous hydrocarbons Remainder N ..

Das üblicherweise verwendete nitrierende Gas ist wasserfreier Ammoniak (wenn möglich in Form von teilweise gekracktem Ammoniak).The nitriding gas commonly used is anhydrous ammonia (if possible in the form of partially cracked ammonia).

Rohes Stadtgas in dem hierunter verstandenen Sinne ist ein Gas, dessen Analyse unter Berücksichtigung der üblicherweise bei Gasanstalten vorliegenden Voraussetzungen normalerweise etwa die folgende ist: Kohlendioxyd ...... 2 bis 5 0/0 Sauerstoff .......... 0,5 bis i 0/0 Wasser . . . . . . . . . . . . o, i bis 2 0/0 ungesättigte Kohlenwasserstoff e ...... 45 bis 3,5% Kohlenmonoxyd .... 14 bis 2o % Methan . . . . . . . . . . . . 15 bis 30 0/0 Sauerstoff .......... 45 bis 55 0/0. Der Rest besteht aus Stickstoff und etwa i;5 bis 2 g Schwefel je Kubikmeter.Raw town gas in the sense understood here is a gas, its Analysis taking into account the prerequisites usually present at gas companies usually something like this: carbon dioxide ...... 2 to 5 0/0 oxygen .......... 0.5 to i 0/0 water. . . . . . . . . . . . o, i to 2 0/0 unsaturated Hydrocarbons e ...... 45 to 3.5% carbon monoxide .... 14 to 20% methane. . . . . . . . . . . . 15 to 30 0/0 oxygen .......... 45 to 55 0/0. The rest consists of nitrogen and about 1.5 to 2 g of sulfur per cubic meter.

Unter den derzeitigen Verhältnissen ist es nicht üblich, Benzol auszuwaschen, sondern man ist bestrebt, mehr Gas zu gewitmen, wobei die verwendete Kohle die Ursäche des Schwefelgehaltes desselben ist. Unter diesen Bedingungen ist es bei einem Schwefelgehalt, der unter Umständen bis zu 6 g je Kubikmeter ansteigt und einem Gehalt an ungesättigten Kohlenwasserstoffen, unter Einschluß von Benzin, Naphtalin, Anthrazen und deren Homologen, von bis zu 5% oder mehr erwünscht, nach den üblichen Methoden zu waschen.Under current conditions it is not common to wash out benzene, Instead, the aim is to gain more gas, with the coal used as the cause the sulfur content of the same. Under these conditions it is with a sulfur content, which may increase up to 6 g per cubic meter and a content of unsaturated Hydrocarbons, including gasoline, naphthalene, anthracene and their Wash homologues, up to 5% or more, by conventional methods.

Wenn Ammoniak zusammen mit rohem Stadtgas verwendet wird, so besteht seine Wirkung zum Teil darin, den Einflüssen der unerwünschten Bestandteile entgegenzuwirken. Deshalb ist bei Verwendung von »rohem Stadtgas« mehr Ammoniak erforderlich, als bei Verwendung von aufbereitetem Stadtgas.If ammonia is used together with raw town gas, it exists its effect is partly to counteract the influences of the undesired components. Therefore, when using "raw town gas", more ammonia is required than when using treated town gas.

Auch ähnliche oder äquivalente Industriegase mit brennbaren Bestandteilen, die im wesentlichen aus C O und C H4 bestehen, können verwendet werden, und zwar sowohl aufbereitet oder roh, je nach ihrer Analyse und den verwendeten Mengen an Ammoniak.Also similar or equivalent industrial gases with flammable components, consisting essentially of C O and C H4 can be used, viz both processed or raw, depending on their analysis and the amounts of used Ammonia.

Nachstehend werden Behandlungsbeispiele für eine wirksame Behandlungsdauer t von 6 Stunden bei einem Flußstahl mit einem anfänglichen Kohlenstoffgehalt von o,19 % unter Verwendung von typischem ungewaschenem rohem Stadtgas und wasserfreiem Ammoniak bei einer Temperatur von 925° C gegeben, wobei die Gase vor dem Eintritt in die Reaktionskammer in dem zur Erzielung einer brauchbaren Einsatzschicht als geeignet ermittelten Verhältnis gemischt werden. Es ist zu bemerken, daß es schwierig oder unmöglich ist, auf dem Versuchswege sehr präzise Grenzen der anteiligen Verhältnisse der Gasmengen zu erhalten, weil hierbei zu viele Variable zu berücksichtigen sind, beispielsweise die genaue Gaszusammensetzung, die Zusammensetzung der Eisenlegierung und die gewählte Behandlungstemperatur. Jedoch wurde auf dem Versuchswege gefunden, daß die praktische Grenze des Verhältnisses der Menge des nitrierenden zu der des aufkohlenden Gases nur wenig gegenüber den oben angegebenen vorzugsweisen Grenzen geändert werden kann.Treatment examples are given below for an effective treatment time t of 6 hours for a mild steel with an initial carbon content of 0.19% using typical unwashed raw town gas and anhydrous ammonia at a temperature of 925 ° C, with the gases prior to entering the Reaction chamber are mixed in the ratio determined to be suitable to achieve a usable insert layer. It should be noted that it is difficult or impossible to experimentally obtain very precise limits on the proportions of the gas quantities because too many variables have to be taken into account, for example the exact gas composition, the composition of the iron alloy and the treatment temperature chosen. However, it has been experimentally found that the practical limit of the ratio of the amount of nitriding to that of the carburizing gas can be changed little from the preferred limits given above.

Bei Temperaturen von goo°' C ist bei einem gegebenen Verhältnis die Einsatzschichttiefe gering, der Kohlenstoffgehalt hoch und der Stickstoffgehalt neigt dazu anzusteigen.At temperatures of goo ° C, for a given ratio, the The operating layer depth is low, the carbon content is high and the nitrogen content is high tends to increase.

Um die gewünschte Beschaffenheit der Einsatzschicht in der wirksamsten und wirtschaftlichsten Weise zu erzielen, können Stähle von besonderer Zusammensetzung verwendet werden.To get the desired texture of the insert layer in the most effective steels of special composition can be obtained in the most economical way be used.

Claims (4)

PATEN TANSPBLCHE: i. Verfahren zum Einsatzhärten von Werkstücken aus Eisen zum Zwecke der Erzielung einer unmittelbar verwendbaren Einsatzschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke bei Temperaturdn von zwischen 85o und 95o° C in einer Atmosphäre behandelt werden, die aus aufkohlendem und nitrierendem Gas besteht, wobei der Gehalt an nitrierendem Gas 2'/2 bis 5% des Gesamtvolumens beträgt. PATEN TANSPBLCHE: i. Process for case hardening workpieces made of iron for the purpose of achieving a directly usable insert layer, characterized in that the workpieces are treated at Temperaturdn of between 85o and 95o ° C in an atmosphere consisting of carburizing and nitriding gas, the content of nitriding Gas is 2 '/ 2 to 5% of the total volume. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Atmosphäre aus 95 bis 97'/2 Volumprozent an aufkohlendem Gas und 2'/2 bis 5 Volumprozent Ammoniak besteht. 2. The method according to claim i, characterized in that the atmosphere from 95 to 97 1/2 volume percent of carburizing gas and 2 1/2 to 5 volume percent ammonia consists. 3. Verfahren nach Anspruch t oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke bei Temperaturen von zwischen 85o und 95o° C in einer Atmosph4re behandelt werden, die aus 95 bis 97I/2 Volumprozent rohem Stadtgas und 21/4 bis 5 Volumprozent Ammoniak besteht. 3. The method according to claim t or 2, characterized in that that the workpieces at temperatures of between 85o and 95o ° C in an atmosphere are treated, which consist of 95 to 97I / 2 percent by volume of crude town gas and 21/4 to 5 percent by volume ammonia. 4. Verfahren nach Anspruch t oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke bei Temperaturen zwischen 85o und 95o° C in einer Atmosphäre, die aus 95 bis 971/q VOlumprozent aufbereitetem Stadtgas und 21/2 bis 5% Ammoniak besteht, behandelt werden.4. The method according to claim t or 2, characterized in that that the workpieces are at temperatures between 85o and 95o ° C in an atmosphere, the city gas made from 95 to 971 / q volume percent processed town gas and 21/2 to 5% ammonia exists, to be treated.
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