EP0421236A1 - Verfahren zum Nitrocarburieren von Bauteilen aus Stahl - Google Patents

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    • 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
    • C23C8/40Solid 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 liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions
    • C23C8/52Solid 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 liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions more than one element being applied in one step
    • C23C8/54Carbo-nitriding
    • C23C8/56Carbo-nitriding of ferrous surfaces

Definitions

  • the invention relates to a method for nitrocarburizing steel components in cyanate- and cyanide-containing molten salts at temperatures of 560 to 700 o C.
  • the workpieces are exposed to the action of the molten salt for some time, with nitrogen and carbon diffusing into the workpieces and iron carbonitride phases being formed in the surface layers. These phases particularly increase the wear resistance and corrosion resistance of the components.
  • the nitrogen and carbon supply of the molten salt, the treatment temperature and the treatment time influence the structure, the thickness and the quality of the nitrocarburizing layer.
  • nitrocarburizing treatment is carried out in the salt baths containing cyanate and cyanide, for example at 580 o C, components are obtained which have very good properties with regard to wear and corrosion resistance.
  • the reason for this is the formation of a monophase ⁇ -iron carbonitride layer.
  • 580 o C relatively long periods of time are necessary, which are normally several hours.
  • the nitrocarburizing treatment is carried out in a first stage at 600 to 700 o C and in a second stage at 560 to 590 o C, the Nitrocarburizing times of the two stages can range from 20: 1 to 1:15.
  • the treatment is preferably carried out in the first stage at 610 to 650 ° C. for 10 to 120 minutes and in the second stage at 570 to 590 ° C. for 10 to 90 minutes.
  • connection layer With this two-stage treatment, a sufficiently thick connection layer can be achieved in a relatively short time, which surprisingly has the same properties as a connection layer that is formed in considerably longer periods at temperatures of 560 to 590 ° C. This makes it possible to shorten the nitrocarburizing time considerably without reducing the quality of the treated components in terms of wear, corrosion, fatigue strength, etc.
  • Figures 1 and 2 show a graphical representation of the corrosion behavior (Fig. 1) and the wear resistance (Fig. 2) of samples made of steel CK 45 after treatment in a molten salt with 2.8% by weight cyanide and 37.4% by weight. % Cyanate at different temperatures.

Abstract

Bauteile aus Stahl können in relativ kurzen Zeiten in cyanat- und cyanidhaltigen Salzbädern nitrocarburiert werden, wenn man die Behandlung in einer ersten Stufe bei 600 bis 700<o> C und in einer zweiten Stufe bei 560 bis 590<o> C durchführt. Die Bauteile zeigen die gleichen oder bessere Eigenschaften wie bei einer wesentlich längeren Behandlung bei 560 bis 590<o> C.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nitrocarburieren von Bauteilen aus Stahl in cyanat- und cyanidhaltigen Salzschmelzen bei Temperaturen von 560 bis 700o C.
  • Zum Nitrocarburieren von Teilen aus Eisen und Stahl werden überwiegend Salzschmelzen aus Gemischen von Alkalicyaniden, Alkalicyanaten und Alkalicarbonaten verwendet, die meist bei Temperaturen von 560 bis 590o C betrieben werden. Solche Salzbäder sind beispielsweise aus der DE-PS 1 149 035 bekannt. Es gibt jedoch auch Nitrocarburiersalzbäder, in denen bei höheren Temperaturen bis zu 700oC gearbeitet wird.
  • Die Werkstücke werden der Einwirkung der Salzschmelze einige Zeit ausgesetzt, wobei Stickstoff und Kohlenstoff in die Werkstücke eindiffundiert und Eisencarbonitridphasen in den Oberflächenschichten ausgebildet werden. Diese Phasen erhöhen insbesondere die Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Bauteile. Das Stickstoff- und Kohlenstoffangebot der Salzschmelze, die Behandlungstemperatur und die Behandlungszeit beeinflussen den Aufbau, die Dicke und die Qualität der Nitrocarburierschicht.
  • Wird die Nitrocarburierbehandlung in den cyanat- und cyanidhaltigen Salzbädern beispielsweise bei 580o C durchgeführt, so erhält man Bauteile, die sehr gute Eigenschaften bezüglich Verschleiß- und Korrosionswiderstand aufweisen. Grund hierfür ist die Ausbildung einer monophasigen ε-Eisencarbonitridschicht. Zu deren Ausbildung in genügender Schichtdicke und Qualtiät sind bei 580o C jedoch relativ lange Zeiträume notwendig, die normalerweise mehrere Stunden betragen.
  • Bei höheren Temperaturen, beispielsweise 630o C, werden in kürzeren Zeiten entsprechende Schichtdicken von ε-Eisencarbonitrid erzeugt, jedoch ist der Verschleißwiderstand und die Korrosionsbeständigkeit der so behandelten Bauteile deutlich geringer als von Bauteilen die bei 580o in den gleichen Salzschmelzen behandelt werden.
  • Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Nitrocarburieren von Bauteilen aus Stahl in cyanat- und cyanidhaltigen Salzschmelzen bei Temperaturen von 560 bis 700o C zu finden, bei dem die Bauteile gute Verschleiß- und Korrosionseigenschaften bei möglichst kurzer Behandlungszeit aufweisen sollten.
  • Diese Aufgabe wird erfindugnsgemäß dadurch gelöst, daß die Nitrocarburierbehandlung in einer ersten Stufe bei 600 bis 700o C und in einer zweiten Stufe bei 560 bis 590o C durchgeführt wird, wobei die Nitrocarburierzeiten der beiden Stufen sich im Verhältnis von 20 : 1 bis 1 : 15 erstrecken können.
  • Vorzugsweise wird die Behandlung in der ersten Stufe bei 610 bis 650o C während 10 bis 120 Minuten und in der zweiten Stufe bei 570 bis 590o C während 10 bis 90 Minuten durchgeführt.
  • Mit dieser Zweistufenbehandlung erreicht man in relativ kurzer Zeit eine ausreichend dicke Verbindungsschicht, die überraschenderweise die gleichen Eigenschaften aufweist wie eine Verbindungsschicht, die in wesentlich längeren Zeiträumen bei Temperaturen von 560 bis 590o C entsteht. Dadurch ist es möglich, die Nitrocarburierdauer erheblich zu verkürzen, ohne die Qualität der behandelten Bauteile in bezug auf Verschleiß, Korrosion, Dauerfestigkeit u.a. zu verschlechtern.
  • Die Abbildungen 1 und 2 zeigen in graphischer Darstellung das Korrosionsverhalten (Abb. 1) und die Verschließbeständigkeit (Abb. 2) von Proben aus Stahl CK 45 nach der Behandlung in einer Salzschmelze mit 2,8 Gew. % Cyanid und 37,4 Gew. % Cyanat bei verschiedenen Temperaturen.
  • In der Abb. 1 wird der Korrosionswiderstand von zylindrischen Proben nach dem Nitrocarburieren verglichen. In allen Fällen wurde die Behandlung so durchgeführt, daß eine Verbindungsschichtdicke von etwa 15 µm vorlag. Der linke Balken zeigt die Korrosionsbeständigkeit von Kolbenstangen, die 90 Minuten bei 580o C nitrocarburiert wurden. Der mittlere Balken zeigt die Beständigkeit der Teile nach 30 Minuten Nitrocarburieren bei 630oC und der rechte Balken zeigt die Beständigkeit von Proben, die zunächst 20 Minuten bei 630o und anschließend 20 Minuten bei 580o C nitrocarburiert wurden.
  • Auch das Verschleißverhalten wird durch die erfindungsgemäße Zweistufenbehandlung günstig beeinflußt. Das Ergebnis eines Amsler-Tests ist in Abbildung 2 dargestellt. Die Kurve 1 entspricht der Normalbehandlung von Proben aus dem Werkstoff C45, 90 Minuten bei 580o C; die Kurve 2 wurde an Proben ermittelt, die 30 Minuten bei 630o C nitrocrburiert wurden und das Ergebnis der Zweistufennitrocarburierung, 20 Minuten 630o C und 20 Minuten 580o C, zeigt die Kurve 3. Das Verschleißverhalten eines Bauteils, das 20 Minuten bei 630o C und dann 20 Minuten bei 580o behandelt wurde ist also vergleichbar mit dem eines Bauteils, das 90 Minuten bei 580o C nitrocarburiert wurde. Die Behandlungszeit wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren also mehr als halbiert.

Claims (2)

1. Verfahren zum Nitrocarburieren von Bauteilen aus Stahl in cyanat- und cyanidhaltigen Salzschmelzen bei Temperaturen von 560 bis 700o C,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Nitrocarburierbehandlung in einer ersten Stufe bei 600 bis 700o C und in einer zweiten Stufe bei 560 bis 590o C durchgeführt wird, wobei die Nitrocarburierzeiten der beiden Stufen sich im Verhältnis von 20 : 1 bis 1 : 15 erstrecken können.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Behandlung in der ersten Stufe bei 610 bis 650o C während 10 bis 120 Minuten und in der zweiten Stufe bei 570 bis 590o C während 10 bis 90 Minuten durchgeführt wird.
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