DE968526C - Verfahren zum Oberflaechenhaerten von Werkstuecken durch Zementation - Google Patents

Description

• Verfahren zum Oberflächenhärten von Werkstücken durch Zementation Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung verschleiß- und korrosionsfester Oberflächenschichten auf Werkstücken aus Eisenlegierungen nach dem Einsatzverfahren, wobei durch eine verhältnismäßig kurze Glühzeit bei verhältnismäßig hohen Temperaturen in Gegenwart eines geeigneten Härtemittels ein Höchstmaß an Härtegrad und Härtetiefe erzielt wird.
• Es ist bekannt, Guß- und Werkstücke aus geeignet zusammengesetzten Eisenlegierungen, die bei ausreichender Kernzähigkeit einen großen Widerstand gegen Verschleiß besitzen sollen, durch Oberflächenzementation zu härten. Man bedient sich hierbei flüssiger oder fester kohlenstoffhaltiger Zementationsmittel, z. B. Gemischen aus Bariumkarbonat und Holzkohle (Caronsches Zementationsmittel), in welche die zu zementierenden Werkstücke eingebettet werden. Bei 2 bis 6, seltener i bis 2 Stunden Behandlungsdauer in Temperaturbereichen zwischen etwa 750 und 95o° C, vorzugsweise zwischen etwa 850 und goo° C, werden dabei im allgemeinen Zementationstiefen von o,2 bis etwa i mm erzielt. Die relativ lange Glühzeit in den hohen Temperaturbereichen führt jedoch zu einer erheblichen Versprödung des Kerns der Werkstücke, die nur durch eine besondere thermische Nachbehandlung (Regenerierung) wieder gemildert oder gänzlich beseitigt werden kann. Auch beim Arbeiten mit- gasförmigen Zementationsmitteln, welche karburierende C-H-Gase entwickeln, werden demgegenüber keine Fortschritte erzielt.
• Bekannt ist ferner die Kombination von Zementation und Verstickung, wobei teils mit festen Stoffen, wie z. B. Ammonium- und Manganchloriden, teils mit flüssigen Stoffen, wie Salzbädern, welche neben Holzkohle Cyanide bzw. Cyanamide enthalten, oder mit kohlenstoffhaltigen Gasen, die noch Ammoniäkverbindungen enthalten, gearbeitet wird. Es lassen sich dadurch wohl größere Härtetiefen erzielen. Man wendet dabei auch teilweise bereits Glühtemperaturen bis zu looo° C an, um kleinere Glühzeiten zu erreichen. Trotzdem befriedigen diese Zementationsmittel nicht vollständig, ganz abgesehen davon, daß das Arbeiten mit ihnen noch teuer und infolge der Giftigkeit derselben durchaus nicht ungefährlich ist.
• Weiterhin ist eine Herstellung von verschleißfesten Gegenständen bekannt, die oder deren Oberfläche mindestens bereits einen Gehalt an Chrom oder anderen karbidbildenden Elementen in Höhe von 2 bis 8o °/o enthalten und die einer Glühzementationsbehandlung bei zooö° C unterzogen werden.
• Schließlich hat man auch schon vorgeschlagen, auf die zu zementierenden Werkstücke zunächst einen überzug aus beschleunigend wirkenden Metallen bzw. Metallsalzen aufzutragen und hierauf eine feinverteilte Kohle oder kohlenstoffabgebende Substanzen enthaltende Zementationspaste aufzubringen; die so vorbereiteten Werkstücke werden alsdann der üblichen Wärmebehandlung unterworfen.
• Gemäß der Erfindung gelingt es nun, unter Verwendung von auf die zu härtenden Oberflächen der Werkstücke aufgetragenen -kohlenstoffreichen Schlichten oder Schlämmen in einfachster Weise und denkbar kürzester Zeit eine hinreichend hohe Zementationstiefe ohne oder ohne nennenswerte Kernversprödung dadurch zu erzielen, daß man die mit dem Zementationsmittel überzogenen Werkstücke in geeigneten Öfen bei neutraler oder reduzierender Atmosphäre oder aber auch in geeigneten Salzbädern von bekannter Zusammensetzung während einer Zeitdauer von nur etwa 1o bis 45 Minuten bei Temperaturen zwischen etwa looo und etwa 120o° C, vorzugsweise zwischen etwa 1050 und 1125° C, glüht.
• Bei z. B. 15 Minuten langer Glühdauer bei 1050° C erhält man je nach gewählter Zusammensetzung der kohlenstoffreichen Schlämme eine scharfe Zementation von 0,3 bis o,6 mm Tiefe, wobei die gehärtete Schicht vorwiegend perlitisch ist rnit feinen netzförmigen Einlagerungen von Sekundärzementit. Durch die Wahl der hohen erfindungsgemäß anzuwendenden Zementationstemperaturen erreicht man in bisher nicht bekannter kürzester Zeit eine außerordentlich verschleißfeste Oberfläche ohne oder mit nur sehr geringer Kernversprödung, so daß eine Regenerierung des gehärteten Materials sich im allgemeinen erübrigt. In den meisten Fällen aber erhält man infolge der hohen Geschwindigkeit, mit der sich die Vorgänge der Aufheizung, Zementation und Abkühlung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren abspielen, sogar eine erhebliche Zähigkeitssteigerung, insbesondere bei Werkstücken, die im *Formgußverfahren hergestellt worden waren. Bei Stahlgußstücken z. B. kann man daher das kostspielige und zeitraubende Glühen der rohgegossenen Stücke zwecks Beseitigung der Gußstruktur völlig unterlassen und erhält nach der erfindungsgemäßen Behandlung der Gußstücke außerordentlich zähe, oberflächlich sehr verschleißfeste Werkstücke.
• Die auf die Werkstücke beispielsweise ausweichen Eisen- oder Stahlgußsorten aufgetragenen Schlichten oder Schlämmen können aus Gemischen aus feingemahlenem Graphit, Koks oder Holzkohle usw. einerseits und wäßrigen Aufschlämmungen von Ton, Kaolin usw. mit etwas Wasserglas od. dgl. andererseits bestehen und durch Aufstreichen, Aufspritzen oder auch durch ein- oder mehrmaliges Eintauchen und anschließendes Trocknen auf den zu erhärtenden Oberflächen der Werkstücke hergestellt werden. Als Schlämme hat sich z. B. ein Gemisch aus 4o bis 5o Teilen gemahlenem Graphit, $ 1/o Wasserglas und 45 bis 55 Teilen Wasser gut bewährt. Eine Beimischung von 5 bis 1o0% Ton oder Kaolin ist insbesondere dort zu empfehlen, wo es nicht auf besonders tiefe Zementation ankommt.
• Zur Durchführung. des Verfahrens sind die Werkstücke oberflächlich (chemisch oder mechanisch) zu reinigen, wobei sich die Reinigung mit dem Sandstrahl oder die Verwendung von Stahlkies besonders empfiehlt, während das Rommeln oder Trommeln der Stücke eine zu glatte Oberfläche ergibt, an der die kohlenstoffreiche Schlichte schlecht haftet. Ein gutes Haften der-letzteren ist aber für den Erfolg des Verfahrens notwendig.
• Das Verfahren eignet sich zur oberflächlichen Härtung von eisernen Guß- und Werkstücken aller Art, insbesondere zur Oberflächenhärtung von leichteren, dünnwandigeren Gegenständen, z. B. Zahnrädern, Ritzeln, Sandschaufeln, Panzerkettengliedern, Bolzen, Düsenteilen usw.
• Diejenigen Stellen, welche nicht gehärtet werden sollen, werden in bekannter Weise durch Verkupferung, Auftragen von Ton, Lehm usw. vor der Oberflächenhärtung geschützt.
• Den verwendeten Schlichten kann man mit besonderem Vorteil feingepulverte Ferrolegierungen, z. B. Ferrochrom, Ferromangan, Ferrowolfram usw., beimengen oder aber feingepulverte reine Metalle dieser Art. Die erfindungsgemäß anzuwendende hohe Zementationstemperatur reicht trotz der Kürze der Behandlungsdauer für die Diffusion der ,Fremdmetalle aus, wodurch man in der Lage ist, bei sparsamster Verwendung devisenbelasteter Spezialmetalle einen gegenüber Vollegierungen gleichwertigen technischen Vorteil zu erzielen, z. B. die Oberflächenhärte noch weiter zu steigern, z. B. zur Herstellung von Schneidwerkzeugen, Getriebeteilen usw. Die Beimischung von Metallpulver ist auch dann von besonderem Vorteil, wenn man zwecks Steigerung der Oberflächenhärte die Werkstücke nach erfolgter Zementation in Wasser oder Öl usw. abschreckt. Man benötigt alsdann zur Durchhärtung der zementierten Zone geringere Abschreckgeschwindigkeiten, kann also geeignete Öle, heißes Wasser usw. verwenden oder aber die Härtung von denkbar niedrigsten Temperaturen aus vornehmen, wodurch die Gefahr der Rißbildung erheblich vermindert wird.
• Wenn man über Glühöfen von guter Regelbarkeit verfügt, kann bei Innehaltung der höheren Zementationstemperaturen, z. B. zwischen 1145 und 1175' C, die oberflächliche Entstehung ledeburitischer Randschichten erzwungen werden, wodurch sich Werkstücke von höchstem Verschleißwiderstand ergeben.
• Bei Werkstoffen, die in ungewöhnlich hohem Maße zu Kernversprödung neigen, kann nach der erfindungsgemäßen Glühbehandlung gegebenenfalls auch noch in bekannter Weise ein regenerierendes Glühen oberhalb des Umwandlungspunktes Acg mit nachfolgender beschleunigter Abkühlung stattfinden.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Oberflächenhärten von Werkstücken aus geeignet zusammengesetzten Eisenlegierungen unter Verwendung von auf die zu härtenden Oberflächen der Werkstücke aufgebrachten und getrockneten kohlenstoffreichen Schlichten oder Schlämmen, dadurch gekennzeichnet, daß die so vorbereiteten Werkstücke während einer Zeitdauer von nur etwa fo bis 45 Minuten bei Temperaturen zwischen etwa fooo und i2oo° C, vorzugsweise zwischen fo5o und 1r25° C, zweckmäßig in neutraler oder reduzierender Atmosphäre geglüht werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß durch Glühbehandlung bei hinreichend hohen Zementationstemperaturen von etwa 1125 bis 1175' C ledeburitische Randschichten in den Oberflächen der zu zementierenden Werkstücke erzeugt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zementierten Werkstücke in an sich bekannter Weise unmittelbar aus der Behandlungstemperatur oder aber nach Abkühlen auf geeignete Temperatur durch Ablöschen in Wasser, Öl u. dgl. nachgehärtet werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den zur Verwendung gelangenden Kohlenstoff abgebenden Schlichten oder Schlämmen in an sich bekannter Weise feingepulverte Ferrolegierungen oder feingepulverte Legierungsmetalle beigegeben werden, welche durch Diffusion in die zu zementierenden Oberflächenschichten der Werkstücke einwandern. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 525 4o6; USA.-Patentschriften Nr. 2 263 9o6, 1 804 454, 2 161 162; schweizerische Patentschriften Nr. 210 246, 176o98.