DE877908C

DE877908C - Process for surface hardening by carbonitriding

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Publication number: DE877908C
Application number: DER4826A
Authority: DE
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1949-11-16
Filing date: 1950-11-16
Publication date: 1953-05-28

Description

Verfahren zur Oberflächenhärtung durch Carbonitrierung Das klassische Verfahren der Zementierung mittels Gas wird bei zu zementierenden Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, z. B. extra weichen Kohlenstoffstählen oder Spezialstählen, z. B. mit Nickel und Chrom legierten, zwischen 85o und 95o' C unter Erzeugung von Zementationsschichten in der Größenordnung von o,5 bis 2 mm oder zwischen 8oo und 85o" C bei mittelharten Spezialstählen (Chromstählen oder Chromnickelstählen) zur Erzeugung von Dicken in der Größenordnung von o,2 bis 0,5 mm durchgeführt. Die zum Aufkohlen benutzte Atmosphäre entspricht dabei im allgemeinen der folgenden Zusammensetzung: Kohlenoxyd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2o bis 40 0/0 Wasserstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2o bis q0 °/o Stickstoff ...................... Rest, zu der o,5 bis 3 °'o Propan zugegeben werden. Es ist bekannt, dieser Atmosphäre zwecks Verbesserung der Qualität der Zementation zusätzlich Ammoniak, und zwar stets in Mengen oberhalb 6 °/q, z. B. zo °/o, zuzufügen. Die Zementierung geht schneller vor sich, und die Härte ist nach dem Härtevorgang größer. Dieser der Carbonitrierung bzw. der gemeinsamen Zementierung durch Kohlenstoff und Nitrierung folgende Härtevorgang wird unter analogen Bedingungen durchgeführt wie die der Zementation mit Kohlenstoff allein folgende Härtung. Das Härten entwickelt im Kern ein Troostitgefüge bzw. ein Bainit (niederes Bainit) -gefüge, während die Oberflächenschicht unter Entwicklung einer großen Härte an der Oberfläche und günstigen restlichen Druckspannungen martensitisch wird (contraintes residuelles en compression).Method for surface hardening by carbonitriding B. extra soft carbon steels or special steels, e.g. B. alloyed with nickel and chromium, between 85o and 95o 'C with the generation of cementation layers in the order of magnitude of 0.5 to 2 mm or between 8oo and 85o "C for medium-hard special steels (chromium steels or chromium-nickel steels) to produce thicknesses in the order of magnitude from 0.2 to 0.5 mm. The atmosphere used for the carburization generally corresponds to the following composition: carbon oxide....................... 2o to 40 0 / 0 hydrogen...................... 2o to q0 ° / o nitrogen .................... .. Remainder, to which 0.5 to 3% propane is added It is known to add ammonia to this atmosphere in order to improve the quality of the cementation, always in amounts above 6% / q, e.g. zo ° The cementation is faster and the hardness is greater after the hardening process, which follows the carbonitriding or the joint cementation by carbon and nitriding The hardening process is carried out under the same conditions as the hardening following cementation with carbon alone. The hardening develops a troostite structure or a bainite (lower bainite) structure in the core, while the surface layer becomes martensitic with development of great hardness on the surface and favorable residual compressive stresses (contraintes residuelles en compression).

Versuche zur Erniedrigung der Temperatur der Carbonitrierung auf eine Temperatur zwischen 7oo und 8oo° C haben keine besonderen Erfolge ergeben, da sich an der Oberfläche eine Schicht ausbildet, die entweder keine erhöhte Härte (35o kg/mm2 Vickers) besitzt, wenn sie auch gegen Feilen verhältnismäßig widerstandsfähig ist oder aber eine verhältnismäßig hohe Härte (60o Vickers) aufweist, jedoch spröde, brüchig bzw. leicht abbröckelnd ist, Risse aufweist und sehr leicht Abschuppungen ergibt. Wenn das Stück vor der Behandlung eine polierte Oberfläche aufwies, so wird diese raüh und für die üblichen Behandlungsbedingungen der zementierten Stücke ungeeignet; irn polierten und geätzten Mikroschnitt erscheinen diese Schichten weiß.Attempts to lower the temperature of the carbonitriding to one Temperatures between 7oo and 8oo ° C have not resulted in any particular success, since a layer forms on the surface that either does not have an increased hardness (35o kg / mm2 Vickers), even if it is proportionate to filing resilient is or has a relatively high hardness (60o Vickers), but brittle, is brittle or easily crumbling, has cracks and flakes very easily results. If the piece had a polished surface before treatment, so will these rough and unsuitable for the usual treatment conditions of the cemented pieces; In a polished and etched microcut, these layers appear white.

Bisher war die Natur dieser weißen Schichten unbekannt; das Studium der Beugung von Röntgen-Strahlen, das in Verbindung mit mikrographischen und anderen metallographischen Untersuchungen (Härte, Umwandlung in der Kälte, chemische Analyse usw.) durchgeführt wurde, läßt eine vollständige und endgültige Erklärung zu, die im folgenden dargelegt wird, da sie zur Verdeutlichung des Erfindungsgedankens und der Wirkung der Erfindung dient.The nature of these white layers was previously unknown; the studies the diffraction of x-rays, used in conjunction with micrographic and other metallographic examinations (hardness, transformation in the cold, chemical analysis etc.) allows a complete and definitive explanation, the is set out below, as they clarify the idea of the invention and serves the effect of the invention.

In Wirklichkeit gibt es nämlich mehrere weiße Schichten, deren Bedeutung von den Temperaturbedingungen und der Zusammensetzung der Behandlungsatmosphäre abhängt.In reality there are actually several white layers, their meaning on the temperature conditions and the composition of the treatment atmosphere depends.

Von außen nach innen gehend findet man zunächst eine harte, aber spröde Nitridschicht, wobei das Fe2N entweder rein öder in Mischung mit Zementit Fe, C oder Austenit oder mit beiden vorliegen kann. Dann folgt nach dem Innern zu eine, Schicht größerer Vickershärte; die in der Mitte aus reinem Austenit besteht und nach außen mit Nitrid (Fe2N) und nach innen mit Martensit gemischt ist.Going from the outside in, you will find a hard but brittle one at first Nitride layer, where the Fe2N is either pure or mixed with cementite Fe, C or austenite or both. Then one follows inwardly, Layer of greater Vickers hardness; which consists of pure austenite in the middle and is mixed on the outside with nitride (Fe2N) and on the inside with martensite.

Gemäß der Erfindung wurde festgestellt, daß durch ein Herabsetzen der Ammoniakkonzentration bis zu einem bestimmten Bereich die Möglichkeit geschaffen wird, die Bildung von Nitrid und restlichem Austenit zu vermeiden, es sei denn, däß man den Gehalt an Kohlenwasserstoff verringern will, um freie Carbide zu vermeiden. Unter diesen Bedingungen kann die Dicke der Zementationsschicht, die bei der Zementierungstemperatur austenitisch und nach dem Härten martensitisch ist; durch Verlängern der Zementationszeit nach Wunsch vergrößert werden, ohne daß die Gefahr des Erscheinens der weißen Schichten mit ihren Übelständen vorhanden ist; ein solches Ergebnis war bisher nicht zu erhalten. Durch diese Entdeckung wird es möglich,. Zementierungen bei sehr mäßigen Temperaturen zwischen 70o und 80o° C durchzuführen, was bestimmte Vorteile gegenüber der bei viel höherer Temperatur ausgeführten klassischen Carbonitrierung hat. Die hauptsächlichen Vorteile sind folgende Die Kosten der Heizung werden erniedrigt und die Haltbarkeit des Ofenmaterials verlängert, Die gewöhnlichen Verformungen der zementierten Stücke werden durch Verringerung der Zähigkeit in der Wärme, die eine Funktion der Temperatur ist, und der von dem Temperaturgradienten beim Abkühlen herrührenden Spannungen vermindert.According to the invention it has been found that by reducing the ammonia concentration up to a certain range created the possibility will avoid the formation of nitride and residual austenite, unless that one wants to reduce the content of hydrocarbons in order to avoid free carbides. Under these conditions, the thickness of the cementation layer, which at the cementation temperature is austenitic and is martensitic after hardening; by increasing the cementation time can be enlarged as desired without the risk of white layers appearing is present with their evils; such a result has not yet been obtained. Through this discovery it becomes possible. Cementation at very moderate temperatures between 70o and 80o ° C, which has certain advantages over the classic carbonitriding carried out at a much higher temperature. The main ones Advantages are as follows. The cost of the heater is lowered and the durability is lowered of the furnace material elongated, The ordinary deformations of the cemented pieces by reducing the toughness in heat, which is a function of temperature and the stresses resulting from the temperature gradient during cooling reduced.

Der Gehalt an Gammakorn in der zementierten Schicht wird vermindert.The content of gamma grain in the cemented layer is decreased.

Die günstigen Eigenschaften des Stickstoffs in der zementierten Schicht werden auf ein Maximum gesteigert.The favorable properties of nitrogen in the cemented layer are increased to a maximum.

Die dem Stickstoff eigenen Eigenschaften werden durch den höheren Stickstoffgehalt gesteigert, den die zementierten Schichten dann enthalten können, wenn die Carbonitrierungstemperatur niedriger wird. Die Wirkungen des Stickstoffs gestatten eine Ausführung der Härtung, die von der klassischen Ausführung verschieden ist und auf der Tatsache beruht, daß die Umwändlungstemperatur in der zementierten Schicht durch die Anwesenheit von Stickstoff auf 60o° C erniedrigt wird. Daher ergibt sich die Möglichkeit, nach der Carbonitrierung eine rasche Abkühlung vorzunehmen, entweder in der gleichen Atmosphäre oder in einem Salzbad, z. B. einem Bad mit der nachstehend angegebenen Zusammensetzung: Natriumcarbonat . . . . . . . . . . . . 3o bis 50 0/0 Natriumcyanid..... . . . . . . . . . . . . . 15 bis 40 0/0 Natriumchlorid . . . . . . . . . . . . . . . 30 bis 40 % bei einer Temperatur in der Größenordnung von 65o° C; die zwischen der Umwandlungstemperatur des Kerns, die etwa 7a5° C beträgt, und der Umwandlungstemperatur der aufgekohlten und nitrierten Schicht liegt; die etwa 60o° C beträgt. Dieses Abkühlen bewirkt die perlitische Umwandlung des Kerns des Stückes; die Einwirkungsdauer dieser Temperatur muß zur isothermen Vollendung dieser Umwandlung ausreichen. Zum Beispiel kann die zur Vollendung der Umwandlungen bei 650° C notwendige Zeit bei einem mittelharten Chrom-Molybdän-Stahl (C = 0,q.0/`0; Cr = 111/0; Mn = o,8 0%; Mo = 0,3 0/0; Ni = 0,3 %) 15 bis 2o Minuten sein und führt zu einem festen Lamellarperlit. Man erhält auf diese Weise im Kern ein homogenes Gefüge von Perlit, Troostit oder Granulit je nach der Wahl der Zusammensetzung des Stahls und der Ar'-Temperatur. Dieses Gefüge wird gemäß den gewünschten Eigenschaften, die eine Funktion des Gefüges sind, gewählt.The properties inherent in nitrogen are enhanced by the higher nitrogen content that the cemented layers can contain when the carbonitriding temperature is lower. The effects of nitrogen make it possible to carry out the hardening process which differs from the conventional one and is based on the fact that the transition temperature in the cemented layer is lowered to 60 ° C. by the presence of nitrogen. There is therefore the possibility of rapid cooling after the carbonitriding, either in the same atmosphere or in a salt bath, e.g. B. a bath with the following composition: sodium carbonate. . . . . . . . . . . . 3o to 50 0/0 sodium cyanide ...... . . . . . . . . . . . . 15 to 40% sodium chloride. . . . . . . . . . . . . . . 30 to 40% at a temperature of the order of 65o ° C; which is between the transformation temperature of the core, which is about 7a5 ° C, and the transformation temperature of the carburized and nitrided layer; which is about 60o ° C. This cooling causes the pearlitic transformation of the core of the piece; the duration of action at this temperature must be sufficient for this transformation to be completed isothermally. For example, the time required to complete the transformations at 650 ° C can be reduced in the case of a medium-hard chromium-molybdenum steel (C = 0, q.0 / `0; Cr = 111/0; Mn = 0.88%; Mo = 0.3 0/0; Ni = 0.3%) 15 to 20 minutes and leads to a solid lamellar perlite. In this way, a homogeneous structure of perlite, troostite or granulite is obtained in the core, depending on the choice of the composition of the steel and the Ar 'temperature. This structure is chosen according to the desired properties which are a function of the structure.

Es wird unter Granulit der kornförmige Bestandteil verstanden, welcher sich durch Zersetzung des Austenits bei den tiefsten Temperaturen der Umwandlung Ar' bildet, d. h. also bei der Umwandlung, an deren Beginn zunächst Zementit entsteht.Granulite is understood to mean the granular component which by decomposition of the austenite at the lowest temperatures of the transformation Ar 'forms, d. H. that is, during the transformation, at the beginning of which cementite is initially formed.

Während dieses Abkühlens und des Konstanthaltens bei 650°C unterliegt die zementierte Schicht keiner Änderung und bleibt austenitisch, da ihr Umwandlungspunkttiefer,und zwarbeietwa 60o° C liegt. Wenn die Umwandlung des Kerns sichergestellt ist, geht man zum raschen Abkühlen über, das für die martensitische Umwandlung der Oberflächenschichten unter Entwicklung günstiger Härten und Druckspannungen notwendig ist. Der Kern des Stückes unterliegt während dieses Abkühlens keiner Umwandlung, es sind keine Verformungen zu befürchten, und ein kontinuierliches Abkühlen ist dem Abkühlen in Stufen vorzuziehen. Das Härten kann mittels Wassers, Öls oder eines Luftstroms vor sich gehen; Wasser wird auch bei den Spezialstählen bevorzugt. Der hohe Stickstoffgehalt der zementierten Schicht. kann das Weiterführen der Abkühlung und der Umwandlung auf Temperaturen unterhalb der Raumtemperatur notwendig machen, was mit Vorteil anschließend an das Härten geschieht, da unter diesen Umständen die Umwandlung zu ihrer Vollendung weniger tiefe Temperaturen- benötigt. Außer diesen, mit der thermischen Behandlung zusammenhängenden Eigenschaften verbessert die Erhöhung des Stickstoffs in dem erhaltenen Martensit der zementierten Schicht die Vickershärte, die häufig 97o kg/mm2 bei nicht legierten Kohlenstoffstählen übersteigt, verbessert ferner die Widerstandsfähigkeit des Martensits gegen das Weichwerden beim Anlassen, verbessert die Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung und Zerstörung. Im Vergleich mit carbonitrierten, an der Oberfläche eine weiße Schicht aufweisenden Stücken bieten die nach dem neuen Verfahren behandelten Stähle den Vorteil, daß die Abwesenheit einer spröden Schicht, die Abwesenheit von Oberflächenrissen, die Erhaltung eines guten Mikrooberflächenzustandes und die erwünschte Entwicklung der Spannungen eine geringere Brüchigkeit, eine geringere Empfindlichkeit gegen Einkerbungen sowie eine bessere Widerstandsfähigkeit gegen wechselnde Drehbiegebeanspruchungen bzw. gegen wechselnde Verdrehungen sichern.During this cooling and keeping constant at 650 ° C is subject the cemented layer does not change and remains austenitic because its transition point is deeper, and at about 60o ° C. When the conversion of the core is assured, go one for rapid cooling, that for the martensitic transformation of the surface layers with the development of favorable hardnesses and compressive stresses is necessary. The core of the During this cooling process, the piece is not subject to any transformation, there are no deformations to be feared, and continuous cooling is preferable to cooling in stages. Hardening can be done by means of water, oil or a stream of air; water is also preferred for special steels. The high nitrogen content of the cemented Layer. can continue cooling and converting to temperatures make it necessary below room temperature, which is advantageous after the Hardening happens as under these circumstances the conversion to its consummation is less low temperatures- needed. Except for these, with the thermal Treatment related properties improves the increase in nitrogen in the obtained martensite of the cemented layer, the Vickers hardness, which is often Exceeds 97o kg / mm2 for non-alloy carbon steels, further improves the resistance of martensite to tempering softening is improved the resistance to wear and tear and destruction. Compared with carbonitrided, Pieces with a white layer on the surface offer the after the new one Process treated steels have the advantage that the absence of a brittle layer, the absence of surface cracks, the maintenance of a good micro-surface condition and the desired development of the stresses a lower fragility, a lower one Sensitivity to notches as well as better resistance to Secure changing torsional bending stresses or against changing twisting.

Die Erfindung erstreckt sich auf die Anwendung der Carbonitrierung auf extra harte Stähle, auf Rohstahl und auf Gußeisen (schmiedbares oder perlitisches) mit Graphitknötchen, d. h. auf eine gesamte Klasse von Eisenhüttenprodukten, die in Folge ihres hohen Kohlenstoffgehalts nicht fähig sind, durch Zementierung mittels Kohlenstoff und Härten an der Oberfläche gehärtet zu werden, bei denen dies jedoch mittels einer Carbonitrierung bei mäßiger Temperatur (7oo bis 8oo-' C) ohne Bildung einer spröden Oberflächenschicht in Folge der Begrenzung des Gehalts an Ammoniak und ohne Sprödigkeit des Kerns in Folge seiner Umwandlung beim Abkühlen im perlitischen Ar'-Bereich zwischen 6oo und 725° C möglich ist.The invention extends to the application of carbonitriding on extra hard steels, on crude steel and on cast iron (forgeable or pearlitic) with graphite nodules, d. H. to an entire class of iron and steel products that as a result of their high carbon content are unable to by means of cementation Carbon and hardening on the surface get hardened, but this does so by means of carbonitriding at a moderate temperature (700 to 8oo- 'C) without formation a brittle surface layer due to the limitation of the ammonia content and without brittleness of the core as a result of its transformation on cooling in the pearlitic Ar 'range between 600 and 725 ° C is possible.

Beim Gußeisen ist allein das mit Graphitknötchen durchsetzte Gefüge der Zementierung zugänglich, da bei Grauguß die Graphitlamellen der Stickstoffdiffusion Widerstand leisten. Wie bei den bekannten Carbonitrierungsverfahren ist die Zementierungsatmosphäre ein Industriegas, d. h. ein Gemisch von Kohlenoxyd, Wasserstoff und Stickstoff, dem ein Kohlenwasserstoff und Ammoniak zugefügt werden. Wie bei den bekannten mit Gas arbeitenden Zementierungsverfahren entspricht das Zementierungsgas hinsichtlich seiner Zusammensetzung den folgenden Grenzen, die sich auf durch industrielle Verfahren erhaltene Ausgangsgase beziehen Kohlenoxyd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 bis 50 0/0 Wasserstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 bis 50 0/0 Methan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o bis 1,5 0/0 Kohlensäuregas . . . . . . . . . . . . . . . . . unter 1 0/0 Stickstoff ...................... Rest, dem man Kohlenwasserstoff und Ammoniak zufügt. Der Gehalt an zugefügtem Kohlenwasserstoff hält sich in folgenden Grenzen: o,5 bis 2,5 0.1`o Propan oder o,6 bis 3 0,%o Äthan und Äthylen oder 2 bis io % Methan oder entsprechende Mengen anderer äquivalenter Kohlenwasserstoffe.In cast iron it is only the structure interspersed with graphite nodules accessible for cementation, since with gray cast iron the graphite lamellae allow nitrogen diffusion To offer resistance. As with the known carbonitriding processes, the cementation atmosphere is an industrial gas, d. H. a mixture of carbon monoxide, hydrogen and nitrogen, to which a hydrocarbon and ammonia are added. As with the known with Gas-working cementation process corresponds to the cementation gas in terms of its composition has the following limits, which are imposed by industrial processes output gases obtained relate to carbon monoxide. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 to 50% hydrogen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 to 50 0/0 methane. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o to 1.5 0/0 carbonic acid gas . . . . . . . . . . . . . . . . . less than 1 0/0 nitrogen ...................... The remainder to which hydrocarbons and ammonia are added. The content of added hydrocarbon is kept within the following limits: 0.5 to 2.5 0.1 o propane or 0.6 to 3 0.% o ethane and ethylene or 2 to 10% methane or corresponding amounts of other equivalents Hydrocarbons.

Der Gehalt an Ammoniak, der bei den bekannten Verfahren 6 bis 6o 0%o beträgt, muß gemäß dem neuen Verfahren der Erfindung auf einen sehr viel geringeren Wert herabgesetzt und in sehr engen Grenzen gehalten werden, die eine Funktion der angewendeten Zementierungstemperatur sind und stets zwischen den Grenzen o,5 und 2 0/0 liegen. Zum Beispiel ist bei 75o° C ein Ammoniakgehalt von i,2 % notwendig, damit die zementierte Schicht hinreichend Stickstoff enthält, um Höchstwerte der vorstehend besprochenen Eigenschaften zu entwickeln, während ein Gehalt von 1,6 0/0 zu hoch ist und ein solches Gas an der Oberfläche der Stücke eine sehr feine Hülle bzw. Schicht des spröden Nitrids Fe2N ergibt, die Risse aufweist, abschuppt und mikroskopische Oberflächenunregelmäßigkeiten mit sich bringt.The ammonia content, which in the known processes is 6 to 6o 0% o is, according to the new method of the invention, has to be much lower Value reduced and kept within very narrow limits, which is a function of the cementing temperature used and always between the limits o, 5 and 2 0/0 lie. For example, at 75o ° C an ammonia content of 1.2% is necessary, so that the cemented layer contains sufficient nitrogen to achieve maximum values of the to develop properties discussed above, while a content of 1.6 0/0 is too high and such a gas on the surface of the pieces is a very fine one Shell or layer of the brittle nitride Fe2N results, which has cracks, flakes off and microscopic surface irregularities.

Um so mehr entwickelt ein Gas mit einem Gehalt von 6 % in beträchtlichem Maße eine austenitische Schicht (nach innen) und eine Nitridschicht (nach außen) unter Vermehrung der oben angegebenen Nachteile.A gas with a content of 6% evolves all the more Dimensions of an austenitic layer (on the inside) and a nitride layer (on the outside) increasing the disadvantages indicated above.

Zweckmäßig wird es vermieden, die Gasmischung und die zu zementierenden Stücke miteinander in Berührung zu bringen, bevor die Gaskomponenten miteinander reagiert haben. Dies kann durch Durchleiten der Gasmischung vor ihrer Einführung in den die Stücke enthaltenden Zementierofen durch einen anderen Ofen bei etwa 63o° C oder auch durch irgendwelche andere gleichwertige Verfahren erreicht werden.It is expedient to avoid the gas mixture and that to be cemented Bring pieces in contact with each other before the gas components with each other have reacted. This can be done by passing the gas mixture through before its introduction into the cementing furnace containing the pieces through another furnace at about 63o ° C or by any other equivalent method.

Eine bemerkenswerte Eigenart der Erfindung ist die Geschwindigkeit, mit der bei der niedrigen Temperatur die Diffusion des Kohlenstoffs und des Stickstoffs stattfindet. Die Diffusionskoeffizienten des Stickstoffs und des Kohlenstoffs werden dabei bei einem extra weichen Stahl verdoppelt, und der Diffusionskoeffizient des Stickstoffs wird verdreifacht oder vervierfacht, wenn es sich um einen extra harten Stahl handelt. Daher kommt es, daß die Zementierungsdauer für industrielle Verhältnisse trotz Erniedrigung der Zementierungstemperatur tragbar bleibt. Als bevorzugte, jedoch nicht beschränkende Ausführungsbeispiele werden nachfolgend einige Behandlungsbeispiele angegeben: Arten der verwendeten Werkstoffe Unlegierte Kohlenstoffstähle mit 0,20/" 0,350/(, und 0,85),/,C; Kugellagerstahl mit C = 1,2 0/0, Cr = 1,3 0/0; Werkzeugstahl mit C = 10/0, Mn = 1,8 0/0; Chrom-Molybdän-Konstruktionsstahl mit C = 0,35 0/" Cr = 10/0. Mo = 0,3 0/0. Mn = o,8 0/0; Nickel-Chrom-Konstruktionsstahl mit C = 0,35 %. Cr = 10/0 Ni = 1,5 °/o. Mn = o,8 0/0; Nickel-Chrom-Zementationsstahl mit C = o,i5 0/0, Cr = 10/0, Ni = 1,5 0/0. Mn = o,8 0/0; Perlitguß mit Knötchen mit C = 3,3 0/" Si = f 0/0. Mn = 0.8 %. Mo = 0,35 0/0. Gaszusammensetzung Wasserstoff .......................... 40 0/ 0 Kohlenoxyd ......................... 33 0/ a Methan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o,80/,. Kohlensäure ........................ o,20/0 Stickstoff ........................... Rest.A remarkable characteristic of the invention is the speed, with that at low temperature the diffusion of carbon and nitrogen takes place. The diffusion coefficients of nitrogen and carbon will be doubled in the case of an extra soft steel, and the diffusion coefficient of the Nitrogen is tripled or quadrupled if it's extra tough Steel trades. Hence it comes about that the cementing time for industrial conditions remains sustainable despite the lowering of the cementing temperature. As preferred, however Non-limiting exemplary embodiments are some treatment examples below specified: Types of materials used Unalloyed carbon steels with 0.20 / " 0.350 / (, and 0.85), /, C; Ball bearing steel with C = 1.2 0/0, Cr = 1.3 0/0; Tool steel with C = 10/0, Mn = 1.8 0/0; Chromium-molybdenum structural steel with C = 0.35 0 / "Cr = 10/0. Mo = 0.3 0/0. Mn = 0.80 / 0; Nickel-chrome structural steel with C = 0.35 %. Cr = 10/0 Ni = 1.5%. Mn = 0.80 / 0; Nickel-chromium cementation steel with C = o, i5 0/0, Cr = 10/0, Ni = 1.5 0/0. Mn = 0.80 / 0; Perlite casting with nodules with C = 3.3 0 / "Si = f 0/0. Mn = 0.8%. Mo = 0.35 0/0. Gas composition hydrogen ..................... ..... 40 0/0 carbon dioxide ......................... 33 0 / a methane. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o, 80 / ,. Carbonic acid ........................ o, 20/0 nitrogen ........................... remainder.

Diesem Gasgemisch werden zugesetzt: Propan ............................. 1,2% und Ammoniak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,2 0/0 Das Gasgemisch wird m einem Rohrofen vor dem Einführen in den Zementationsofen auf 63o° C erhitzt.The following are added to this gas mixture: Propane ............................. 1.2% and ammonia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 0/0 That The gas mixture is heated to 63o ° in a tube furnace before it is introduced into the cementation furnace C heated.

Zementierungstemperatur : 7500 C, Dauer: 3 Stunden. Nach der Zementierung werden die Stücke rasch in der gleichen Atmosphäre auf 65o° C abgekühlt und bei dieser Temperatur gehalten, und zwar: 2 Minuten ixn Falle von Kohlenstoffstählen und 15 Minuten im Falle von mittelharten Chrom-Mölybdän- oder Nickel-Chrom-Stählen; die Stücke werden dann in Wasser gehärtet und endlich der Einwirkung von Kälte, z. B. von flüssigem Stickstoff, unterworfen.Cementing temperature: 7500 C, duration: 3 hours. After cementing, the pieces are rapidly cooled to 65o ° C. in the same atmosphere and kept at this temperature, namely: 2 minutes in the case of carbon steels and 15 minutes in the case of medium-hard chromium-Mölybden or nickel-chromium steels; the pieces are then hardened in water and finally exposed to cold, e.g. B. of liquid nitrogen, subjected.

Die Oberflächenhärten liegen zwischen 8oo und i ooo Vickerseinheiten. Die Dicke der martensitischen Schicht beträgt bei den extra weichen und mittelharten Spezialstählen sowie bei dem Guß o,i5 rnm, bei dem mittelharten Köhlenstoffstahl 0,25 mm und bei den extra harten Kohlenstoffstählen oder Manganstählen o,3o mm. Die Stücke sind völlig frei von Verformungen. Sie sind sauber-und haben ihre gute Oberflächenbeschaffenheit behalten; lediglich eine Dunkelfärbung mit bräunlichen oder bläulichen Reflexen ist zu bemerken.The surface hardness is between 800 and 1000 Vickers units. The thickness of the martensitic layer is the extra soft and medium hard ones Special steels as well as in the cast o, i5 mm, in the medium-hard carbon steel 0.25 mm and with the extra hard carbon steels or manganese steels 0.3o mm. The pieces are completely free from deformation. They are clean-and do their good Keep the surface quality; only a dark color with brownish ones or bluish reflections are noticeable.

Ihre Zähigkeit, ihre Dauerhaftigkeit bei Wechselbeanspruchungen sowie die Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung bzw. Zerstörung sind beträchtlich.Their toughness, their durability under alternating loads as well the resistance to wear and tear or destruction is considerable.

Claims

PATENT CLAIM: e.g. Process for surface hardening with induction surface tension by gas cementation and quenching of iron and steel products with diffusion and binding of both nitrogen and carbon, thereby characterized that the cementation at a temperature between 7oo and 8oo ° C in an atmosphere of carbon monoxide, hydrogen, nitrogen, hydrocarbon and ammonia or the reaction products of these formed at 50 to 70 ° C Gases carried out and the content of ammonia is kept so low that neither an austenitic layer nor a layer on the surface of the pieces of the nitride forms Fe2N, d. H. that there are none in the polished and etched microsection white-appearing layer forms.

2. The method according to claim x, characterized in that that the ammonia content is chosen to be sufficiently high to the cemented layer Incorporate a substantial amount of nitrogen, which will allow the pieces to cool down Temperatures between 600 and 725 ° C for isothermal pearlitic Ar 'conversion of the core, with the cementation layer during this time and before the Transformation into martensite remains aüstenitic through the subsequent rapid cooling.

3. The method according to claim i or 2, characterized in that the ammonia content is selected depending on the treatment conditions within the range between 0.5 and 2%. q ..

Method according to claim z, 2 or 3, characterized in that that the cementation is followed by rapid cooling while keeping the Ar 'temperature constant (of the order of 65o ° C) between the AI temperature (order of 725 ° C) and the transition temperature of the nitride layer (order of magnitude 600 ° C) will.

5. The method according to any one of claims i to q., Characterized in that after completion of the pearlitic transformation, the pieces are quenched and if necessary be subjected to the action of cold.

6. Application of the procedure after a of claims r to 5 on iron and steel products, which as a result of their high carbon content not on the surface solely through cementation with carbon and hardening can be hardened, i.a. extra hard steels, crude steel and castings with graphite nodules.