DE883543C - Verfahren zur Erzeugung von Oberflaechenschichten grosser Abnutzungs-festigkeit auf Gegenstaenden aus Eisenlegierungen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Erzeugung von Oberflächenschichten großer Abnutzungsfestigkeit auf Gegenständen aus Eisenlegierungen -Die Erfindung betrifft die Erzielung einer Oberflächenschicht von großem Widerstand gegen Abnutzung, die einen geringen Reibungskoeffizienten besitzt, auf Stücken aus Eisenlegierungen. Die Gewinnung von Stücken mit derartigen Eigenschaften ist in ,der Industrie tatsächlich und insbesondere in der Automobilindustrie oft notwendig.
• Es wurde nun festgestellt, d:aß mang diese Eigenschaften den Stücken aus Eisenlegierungen, d. h. insbesondere den Stücken aus Stahl oder Gußeisen, verleihen kann, indem man .in der Oberflächenschicht .der genannten Stücke Schwefel auflöst, der sich in dieser Schicht in Form von Schwefelverbindungen verteilt.
• Man hat schon vorgeschlagen, Metallstücke, insbesondere aus Stahl oder Gußeisen, zu behandeln, indem man. sie in Wärmebehandlungsbäder eintaucht, .die Schwefelverbindungen, enthalten, zu dem Zweck, auf der Oberfläche dieser Stücke eine Schicht zu .bilden, welche Schwefel enthält. Die so gewonnenen Schichten waren aber äußerst dünn und gaben praktisch keine Verbesserung der behandelten Stücke, soweit es den Widerstand gegen Abnutzung und die Verminderung des Reibungskoeffizienten betrifft.
• Die Erfindung hat ein Verfahren zum Gegenstand, das gestattet, eine verhältnismäßig dicke Schicht zu erhalten, die den behandelten Stücken einen überraschenden Abnutzungswiderstand und einen, beträchtlich geringeren Reibungskoeffizienten erteilt, als sie ihn vor der Behandlung nach der Erfindung besitzen. Das Verfahren .besteht in erster Linie darin, daß man auf das zu .behandelnde Stück eine Mischung in geschmolzenem Zustand! einwirken läßt, die eine Alkalischwefelverbindung, in welcher der Schwefel sich in einer niedrigeren Wertigkeit als sechswertig befindet, ein Cyanid und ein Alkalicyanat enthält. Der Gehalt -des: Bades an aktivem Schwefel liegt dabei zwischen 0,4 und 2 %, und die Mengen an Cyanid und Cyanat sind hoch genug, d!aß - die Mischung reduzierend ist und einen Schmelzpunkt unterhalb 5oo° C !besitzt. Die Behandlung wird bei einer Temperatur über 55o° C und während einer Zeitdauer vorgenommen, die der Schichtdicke proportional ist, die man zu erzielen wünscht. Unter aktivem Schwefel ist im vorstehenden und im folgenden -der unvollständig oxydierte Schwefel zu verstehen, ' .d. h. solcher mit einer niedrigeren Wertigkeit als sechswertig, wie man: ihn in den Schwefelverbindungen antrifft, die -in. wässeriger Lösung eine reduzierende Wirkung gegenüber oxydierenden Stoffen aufweisen.
• Die Behandlung gemäß der Erfindung wird am bequemsten durchgeführt, indem man die zu behandelnden Stücke in die geschmolzene Behandlungsmischung eintaucht. DieBehandlungsmnischung kann außer der Schwefelverbindung, .dem Cyanid und Cyanat eine oder mehrere Verbindungen enthalten, welche die Rolle von Verdünruüngsmitteln spielen und praktisch inert gegenüber den zu behandelnden Stücken unter den Behandlungsbedingungen sind. Als Beispiel derartiger Verbindungen seien Alkaliverbindurngen, wie Chloride und Carnbonate, genannt. Als Alkaliverbindungen des Schwefels, welche Schwefel im unvollständig : oxydierten Zustand enthalten und für dieBenutzung geeignet sind!, um in die Zusammensetzung der Behandlungsmischung nach der Erfindung einzutreten, können die Sulfide, die Sulfite, die Hyposulfite, Thiosulfate und die Sulfocyanate genannt wenden.
• Die Benutzung irgendeines dieser Salze führt andererseits immer im Augenblick der Schmelzung derBehandlungsimischung zur Bildung von Schwefel. Wenn man zur Bildung des Behandlungsbades ein Sulfit und/ader ein Alkäliihyposulfit oder -thiosulfate, z. B. Natriumsulfit und!/oder l#atriumthiosulfat, benutzt, so spielen sich tatsächlich imAugenbli,ck der Schmelzung in Gegenwart von Alkali= cyanid, z. B. Natriumcyanid, die folgenden Reaktionen ab: Na2S03+3 NaCN-@3 NaOCN+Na2S Nag S2 03 -i- q. Na C IN-+---->- 3 Na O C N+Na2 S -I- Na C N S. Man kann auch ein Alkal@isulfocyanat; z. B. Natriumsulfocyanat, benutzen. Die Erfahrung zeigt andererseits, daß das Cyanat auf den Schwefel gemäß folgendem Reaktionsgleichgewicht einwirkt Na O C N .-E- Nag S - Na C NS . -I- Nag O .derart, .daß die Behandlungsmischung gemäß der Erfindung immer Sulfocyanat enthält, wenn sie einmal geschmolzen ist: Man. stellt fest; daß die Behandlung nach der Erfindung ,die Wirkung hat, daß Schwefel allgemein im gebundenen Zustand in die Oberflächenschicht der behandelten Stücke bis zu einer Tiefe eintritt, die bis zü"mehreren zehntel Millimetern gehen kann. Wie oben dargelegt wunde, gestattet die Behandlung, Stücke aus gewöhnlichem Guß oder aus geläufigem Stahl zu erhalten, die eine sehr große Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung und einen sehr geringen Reibungskoeffizienten im Vergleich au normalen Werten für die nicht behandelten Stücke besitzen. Das Verfahren wird also vorteilhaft auf die Stücke angewendet, welche eine Reihungsarbeit ausführen müssen, z: B, Lagerschalen, Laufflächen von Wellen, Kolbensegmente, Zylindermäntel für Kraftwagen, Nockenwellen und Zahnräder, oder auf Stücke, die eine Schneidarbeit ausführe, müssen, z. B. Schneidwerkzeuge, Fräser, Bohrer und Bohrspindeln. Im Fall von Stücken, diie eine zusammenwirkende Reibungsarbeit leisten müssen, hat man besonders beachtenswerte Ergebnisse erhalten, indem man sie gleichzeitig der Behandlung gemäß der Erfindung auf den beiden reibenden Seiten unterzieht.
• Die behandelten Stücke zeigen keiner oder nur eine geringe Steigerung der Oberflächenhärte. Die Wirkung desi Kohlenstoffes und des Stickstoffes der Cyanide ünd Cyanate oder Sulfocyanate ist zu vernachlässigen. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen, daß -das - Verfahren nach der Erfindung keine Analogie mit einer Kohlungs- oder Nitrierbehandlung bietet. Dias Cyanid und das Cyanat wirken einfach wie Badstabil.isiermittel.
• Die folgenden Beispiele erläutern mehrere Ausführungsformen der Erfindung. Beispiel i Es wunde ein. Bad benutzt, das aus einer Mischung von 95 % Natniumcyani,d und! 5 % Natriumsulfit bestand:. Nach dem Schmelzen hatte das Bad folgende Zusammensetzung: NaCN 89,i&%, Na O C N 7,730/0, Nag S 3,o90/9. Das Bad enthielt 2,7% aktiven Schwefel.
• Die zu behandelnden Stücke wurden in das: Bad eingetaucht, das vorher auf eine Temperatur von ungefähr 570°C gebracht worden; war. Nach Ablauf von- i8o Minuten wurden die Stücke aus dem Bad herausgezogen, und die angewandten Maßnahmengestatteten festzustellen, .daß der Schwefel ,in die Oberfläche der Stücke bis zu einer Tiefe von der Größenordnung von zwei bis drei zehntel Millimeter eingedrungen war. Versuche haben gezeigt, daß die sä behandelten Stücke eine große Widerstands@fäh,igkait ,gegen Abnutzung und einen sehr geringen'Rembungskoeffizienten aufweisen.
• Während der ganzen Dauer der Behandlung wunde die Badzusammensetzung kontrolliert. Nach einer gewissen Zeit zeigte seich ein Absinken des Gehaltes an aktivem Schwefel infolge .der Absorption des letzteren .durch die Werkstücke, und sobald dieser Gehalt auf uritero,5 % abgesunken war, wurde das Bad mittels Sulfit wieder angereichert. Andererseits. hat sich eine Verarmung des Bardes an Cyanid infolge der Bildung von Carbonat in dem Bad nach folgernder Gleichung ergeben 2NaCN+50=Na2C03+C02+2N. DieseVerarmung an Cyanid und die damit gleichlaufende Bildung von Carbonat haben die Wirkung, daß der Schmelzpunkt des Bades erhöht und sein reduzierender Charakter herabgesetzt wurde. Man setzt deshalb erneut Cyanid zu, um wieder ein reduzierendes Bad zu erhalten, das unter 500'C schmilzt.
• Beispiel 2 Es wurde ein Behandlungsbad benutzt, das durch Vermischung folgender Verbindungen erhalten wurde: Na C N 340/0, Nag C 03 160/e, K2 C 03 16'/o, Nag S 03 70/a, Na Cl und K Cl 27"/0. Man erhielt ähnliche Ergebnisse, wie sne beim Beispiel i erwähnt wurden.
• Beispiel 3 Unter denselben Bedingungen wie die vorstehenden Bäder wurde ein Bad benutzt, das aus Natriumcyanii,d und Natriumcyanat, Natriumsulfid und Natriumsulfocyanat und Alkalichloriden und Alkalicarbonaten gemäß folgender Analyse bestand: Na C N 25 0/0, Na O C N 1,2 0/0, Nag S 2,2 0/0 (Sulfidschwefel o,9%), NaSCN 2% (Sulfocyanatschwefel o,8%), Na"C03 34,811/o, KCI 34,80/0. Man erhielt ähnliche Ergebnisse.
• Beispiel 4 Um das Fehlen eines Einflusses des Kohlenstoffes und Stickstoffes, die .in dem Biad gemäß der Erfindung enthalten sind; zu zeigen, wurden Gußstücke und Stahlstücke bei, 58o° C 301 Minuten lang in einem Bad auf der Grundlage von Natriumcyanid, Natriumcyanat, Natriumsulfid und Sulfocyanat, ergänzt durch Alkalicarbonate und Alkalichloride, behandelt. Das Bad zeigte folgende Analyse: Na C N 40/0, Na O C N 5%, Na. S 2% (S ulfidschwefel), NaSCN 2°/o (Sufid- und Sülfocyanatschwefel 1,58%), Na2C03 470/0, KCl 400/0.
• Die erhaltenen Ergebnisse sind denen der vorstehenden Beispiele vergleichbar; jedoch besaß das Bad eine geringe Haltbarkeit und konnte nicht ebensolange wie diejenibgen nach .den vorstehenden Beispielen benutzt werden.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Gewinnung von Werks,tücken aus Eisenlegierungen mit einer Oberflächenschicht mit großer Widerstandsfähigkeit geggen Abnutzung und geringem Reibungskoeffizientendurch Einführung von Schwefel in diese Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß .man auf das zu behandelnde Stück eine Mischung in geschmolzenem Zustand einwirken läßt, die eine Alkaliverbindung von Schwefel, in welcher der Schwefel sich in einer niedrigeren Wertigkeit als sechswertig befindet, ein Alkalicyanid und Al'kalicyanat enthält, und der Gehalt an aktivem Schwefel des Bades zwischen o,4 und 2 0/0 lliegt und; die Menge an Cyanid und Cyanat hoch genug ist, daß die Mischung reduzierend ist und einen Schmelzpunkt unter 5oo° C besitzt, wobei .die Behandlung bei einer Temperatur oberhalb 55o°C und während einer Zeitdauer durchgeführt wird, die proportional der Schichtdicke ist, welche man erhalten will.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, .daß als Schwefelverbindung ein Alkalisulfit, ein. Alkalithiosiulfat oder ein Alkalisulfocyanat verwendet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsmiischung mindestens eine von praktisch gegenüber den zu behandelnden Stücken unter den Behandlungsbedingungen inerten Verbindungen, z. B. Alkalicarbonat und/oder Alkalichloride, enthält.
4. 4. Mischung zur Durchführung dies Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, d:aß sie mindestens Alkali.s"ulfid und/oder eine Schwefelverbindung enthält, die :den Schwefel in einer niedrigeren Wertigkeit als sechswertig aufweist, z. B. ein Alkalisulfit, ein Alkalithiosulfat oder Alkal.isul,focyanat, weiter ein Alkalicyanid und Alkalicyanat, und d!aß der Gehalt des Bades an aktivem Schwefel zwischen o,4 und :21/o liegt und die Menge an Cyani.d und Cyaniat hoch genug ist, daß die Mischung reduzierend ist und, einen Schmelzpunkt unterhalb 500° C besitzt.
5. 5. Mischung nach Anspruch 4, dadurch ge- : kennzeichnet, daß sie mindestens eine von praktisch gegen die zu behandelnden Stücke inerten Verbindungen, z. B. ein Alkalicarbonat und/oder Alkalichlorid, enthält.