EP4573225A1 - Verfahren zum wärmebehandeln von chromstählen - Google Patents

Verfahren zum wärmebehandeln von chromstählen

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EP4573225A1
EP4573225A1 EP23757554.3A EP23757554A EP4573225A1 EP 4573225 A1 EP4573225 A1 EP 4573225A1 EP 23757554 A EP23757554 A EP 23757554A EP 4573225 A1 EP4573225 A1 EP 4573225A1
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EP
European Patent Office
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component
temperature
nitriding
gas
tempering
Prior art date
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Pending
Application number
EP23757554.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan HANFF
Ralf Kuebler
Karl-Otto Englert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • C23C8/80—After-treatment

Definitions

  • the present invention relates to a method for heat treating chromium steels, in particular high-alloy chromium-x steels, by gas nitriding and to a motor vehicle component resulting in particular from such a manufacturing process.
  • the field of application of the present invention extends primarily to automotive technology and tool making.
  • Motor vehicle components subject to wear and vibration made of high-alloy chromium steel i.e. a steel material with the main alloy component chromium, are usually tempered, activated and nitrided to achieve the desired component properties after the obligatory martensitic hardening.
  • high-alloy chromium steel such as X40CrMov5-l, X50CrMov5-l and
  • Low-alloy and high-alloy steels always have a naturally thin oxide layer of a few nanometers, which forms in a stable manner even at room temperature in normal air and/or different water vapor contents.
  • This oxide layer consists of the oxygen-affinous alloying elements chromium, molybdenum, vanadium, silicon, aluminum and iron as well as other alloying elements of the steel material that are capable of oxidation.
  • alloying elements are therefore no longer dissolved in the crystal lattice and, as a thin oxide layer, negatively or completely impair the diffusion of atomic nitrogen at the subsequent nitriding temperatures in the range between 400 to 600 ° C.
  • the result is inhomogeneous connecting layers and diffusion layers with undesirable different mechanical, electrical, magnetic and chemical functional properties.
  • these thin oxide layers are removed before the actual nitriding process chemically by pickling with an acid, electrically by applying an electrical voltage to open up the oxide layer or mechanically by surface processing by, for example, brushing, grinding or honing, or the like.
  • This intermediate processing step between tempering and subsequent nitriding requires a correspondingly high amount of production and time. In addition, there is no guarantee that all surface areas have been processed accordingly.
  • the core hardness of the component is adjusted according to the functional requirements through at least one tempering step via the tempering temperature.
  • the component is usually heated in a targeted manner in order to influence its properties, including to reduce workpiece stresses. It is the object of the present invention to create a heat treatment process for hardened chrome steels consisting of tempering and gas nitriding, in which the usual tempering and activation is eliminated and the core hardness of the component can be variably adjusted.
  • the object is achieved by a method for heat treatment according to claim 1.
  • the following dependent claims reflect advantageous developments of the invention.
  • the independent claim 10 specifies the product-by-process result of claim 1 for special motor vehicle components.
  • the invention includes the process engineering teaching that heat treatment of chromium steels, in particular high-alloy chromium-x steels, by gas nitriding includes the following process steps:
  • the advantage of the solution according to the invention is, in particular, that the functionally important core hardness of the material can now be freely adjusted independently of the nitriding temperature. As a result, the method according to the invention can be made usable for a broader application.
  • the solution according to the invention enables the core hardness to be adjusted independently of the required nitriding temperature. Because when nitriding between 480 - 600 °C, the core hardness only results between 620 HV1 - 460 HV1 according to the nitriding temperature. An independent choice of core hardness of, for example, 200 - 440 HV1 is not possible because nitriding above a material-specific limit leads to a functionally poor structure.
  • the pre-oxidation temperature of step (A) is chosen in the range between 300 to 450 ° C, preferably in the range between 350 to 450 ° C.
  • the range width results from the various material properties of the previously hardened steel component and is therefore dependent on its alloying elements. Tests have shown that the preferred range mentioned with a higher lower range limit for the pre-oxidation temperature offers higher energy efficiency, since the energy input for subsequent further heating after the tempering step is lower.
  • the pre-oxidation temperature is used according to the diffusion-permeable oxides to be formed. During heating, the nitrogen atmosphere prevents surface oxidation.
  • the tempering of step (B) should be started immediately after heating, i.e. when the pre-oxidation temperature is reached, but at the latest from a component temperature between 350 to 450 ° C with the most homogeneous possible temperature distribution in the oven.
  • the last-mentioned control parameter can be used to simplify the control of the temperature profile.
  • the pre-oxidation can be carried out via synthetic air, atmosphere or oxygen-containing gases.
  • the start of the tempering step is preferably effected by supplying a nitriding process gas after evacuation.
  • An oxygen-affinous process gas for example ammonia gas, ammonia gas-cracked gas mixture or the like, is suitable as the nitriding process gas.
  • Fission gas is a gas mixture that consists of the gases nitrogen and hydrogen. While During this tempering step it is irrelevant whether the temperature is kept constant or the temperature changes. However, from a critical process temperature of 450 to 550 ° C, the nitriding process gas can be removed via, for example, a vacuum process step as an intermediate step B1 or via a flushing process with nitrogen.
  • the component is further heated to the material-specific tempering temperature TA under preferably nitrogen or, depending on the tempering temperature, also under ammonia or cracked gas, with a holding time of at least one hour, preferably 2 to 4 hours, most preferably 3 +/- 0.5 hours is selected.
  • the duration of the holding time depends on the type of chrome steel to be heat-treated. Process gases or pure nitrogen are still supplied.
  • the component can preferably be heated in a conventional chamber furnace with a corresponding gas exchange device. After the tempering step in step C, the component is cooled to the nitriding temperature TN for gas nitriding. After passing through a material-specific cooling temperature, the nitrogen can, if necessary, be replaced by the nitriding process gas. After the nitriding temperature has been reached, the component is then gas nitrided in a conventional manner.
  • motor vehicle components in particular can be produced from a chrome steel, preferably a high-alloy chrome-x steel, which are particularly subject to wear and vibration.
  • These can be, for example, motor vehicle components such as nozzle bodies, valve pieces, valve plates, valve bodies, throttle plates, valve carriers or pistons, which are primarily used in the high-pressure area of the fuel supply of a motor vehicle.
  • Fig. 1 shows a flowchart of the method according to the invention for the heat treatment of chrome steels
  • Fig. 2 is a graphic representation of the temperature-time curve of the heat treatment according to Fig. 1.
  • the heat treatment according to the invention of an already hardened component made of chrome steel initially involves heating in a nitrogen atmosphere from ambient temperature Tu to a material-specific pre-oxidation temperature Tv of approximately 350 ° C.
  • the heating and the implementation of the subsequent process steps are carried out in a conventional chamber furnace, which is provided with a gas exchange device.
  • step B a starting frequency is started to start the heated component with the addition of a nitriding process gas, which in this exemplary embodiment is ammonia.
  • a nitriding process gas which in this exemplary embodiment is ammonia.
  • the ammonia is removed again in accordance with intermediate step B1. Further heating in step B1 is carried out up to the material-specific tempering temperature TA of above 550 ° C. In this exemplary embodiment, this tempering temperature is maintained for approximately 3 hours.
  • nitriding is initiated by cooling the component to its material-specific nitriding temperature in step D, so that gas nitriding begins. Then done in step E, the component is further cooled to the ambient temperature Tu.
  • step A of heating starting from the ambient temperature Tu
  • step B after the pre-oxidation, a tempering step is started with the addition of the process gas ammonia, whereby the pre-oxidation temperature Tv of approximately 400° resulting from the heating is initially maintained.
  • Tk critical process temperature
  • step B After a critical process temperature Tk of approximately 500 ° C is reached, the process gas ammonia is removed again in intermediate step B1 and cracking gas is introduced instead. Further heating takes place in step C to tempering temperature TA, which is maintained under a nitrogen atmosphere until time t « for approximately 3 hours until tempering is complete.
  • step D cooling to the nitriding temperature TN takes place again for gas nitriding in the presence of ammonia gas and cracked gas. After gas nitriding has been completed, the component is further cooled down to ambient temperature Tu in step E from time IN.
  • the invention is not limited to the preferred embodiment described above. Rather, modifications of this are also conceivable, which are included within the scope of protection of the following claims. For example, it is also possible to omit the intermediate step B1.
  • the specific temperatures in particular the pre-oxidation temperature Tv, the tempering temperature TA and the nitriding temperature TN, depend on the specific composition of the chrome steel to be heat-treated, i.e. in particular its alloying elements.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wärmebehandeln von Chromstählen, insbesondere hochlegierten Chrom-x-Stählen, durch Gas-Nitrieren, umfassend die folgenden Prozessschritte: (A) Aufheizen eines aus einem Chromstahl bestehenden zuvor gehärteten Bauteils unter Stickstoffatmosphäre von einer Umgebungstemperatur (tU) auf dessen materialspezifische Voroxidationstemperatur (tV) zur Durchführung einer Voroxidationsschritts; (B) Durchführung mindestens eines Anlassschritts unter Zugabe eines Nitrierprozessgases zur Stickstoffatmosphäre um das Bauteil; (C) Weiteres Aufheizen des Bauteils auf dessen materialspezifische Anlasstemperatur (tA) und Halten derselben über mindestens einer Stunde; (D) Abkühlen des Bauteils auf dessen materialspezifische Nitriertemperatur (tN) zum Gas-Nitrieren des Bauteils; (E) Weiteres Abkühlen des Bauteils auf die Umgebungstemperatur (tU).

Description

Beschreibung
Titel:
Verfahren zum Wärmebehandeln von Chromstählen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wärmebehandeln von Chromstählen, insbesondere hochlegierten Chrom-x-Stählen, durch Gas- Nitrieren sowie ein insbesondere aus einem solchen Herstellungsverfahren resultierendes Kraftfahrzeugbauteil.
Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Kraftfahrzeugtechnik sowie den Werkzeugbau. Verschleiß- und schwingungsbelastete Kraftfahrzeugbauteile aus hochlegiertem Chromstahl, also einem Stahlmaterial mit dem Hauptlegierungsbestandteil Chrom, werden gewöhnlich zur Erzielung der gewünschten Bauteileigenschaften nach dem obligatorischen martensitischen Härten angelassen, aktiviert und nitriert. Typischerweise bestehen derartige Bauteile aus speziell hochlegierten Chromstählen, wie beispielsweise X40CrMov5-l, X50CrMov5-l sowie X90CrW18 und werden im hier vornehmlich interessierenden Kraftfahrzeugtechnikbereich beispielsweise eingesetzt als Bauteile von Ventilen, Drosseln oder Kolben-Zylinder-Anordnungen in Hochdruckanwendungen.
Stand der Technik
Gemäß dem technischen Merkblatt „Wärmebehandlung von Stahl - Nitrieren und Nitrocarburieren“ (Herausgeber: Stahl-Informations-Zentrum Düsseldorf, Ausgabe 2005, ISSN 0175-2006) erfolgt das klassische Gas-Nitrieren von niedrig- und hochlegierten Stählen der hier interessierenden Art in mehreren Schritten. Es wird zunächst ein Härten, dann mehrere Anlasssequenzen bei meist unterschiedlichen Temperaturen und Zeiten, danach ein Aktivieren der Bauteiloberfläche als separater Prozess vor dem eigentlichen Nitrieren durchgeführt. Dabei können zwischen dem aus Härten und Anlassen bestehenden Vergütungsprozess und dem anschließenden Aktivier- und (Gas)- Nitrierprozess mehrere Stunden, Tage oder gar Wochen vergehen.
Niedrig- und hochlegierte Stähle weisen stets eine natürliche dünne Oxidschicht von wenigen Nanometern auf, die sich an normaler Luft und/oder unterschiedlichen Wasserdampfgehalten auch schon bei Raumtemperatur stabil ausbildet. Diese Oxidschicht besteht aus den sauerstoffaffinen Legierungselementen Chrom, Molybdän, Vanadium, Silizium, Aluminium und Eisen sowie anderen oxidationsfähigen Legierungselementen des Stahlwerkstoffs.
Diese Legierungselemente sind somit nicht mehr im Kristallgitter gelöst und beeinträchtigen als dünne Oxidschicht ein Eindiffundieren von atomarem Stickstoff bei den anschließenden Nitriertemperaturen im Bereich zwischen 400 bis 600°C negativ bis vollständig. Inhomogene Verbindungsschichten sowie Diffusionsschichten mit nicht gewünschten unterschiedlichen mechanischen, elektrischen, magnetischen und chemischen funktionalen Eigenschaften sind die Folge. Gewöhnlich werden diese dünnen Oxidschichten vor dem eigentlichen Nitrierprozess chemisch über Beizen mit einer Säure, elektrisch über Anlegen einer elektrischen Spannung zum Aufschließen der Oxidschicht oder mechanisch über eine Oberflächenbearbeitung durch beispielsweise Bürsten, Schleifen oder Honen, oder dergleichen entfernt. Dieser Bearbeitungszwischenschritt zwischen dem Vergüten und einem anschließenden Nitrieren erfordert einen entsprechend hohen Fertigungs- und Zeitaufwand. Zusätzlich ist nicht sichergestellt, dass alle Oberflächenbereiche entsprechend bearbeitet wurden.
Beim Gesamtprozess der Wärmebehandlung wird die Kernhärte des Bauteils entsprechend der funktionalen Anforderungen durch die mindestens einen Anlassschritt über die Anlasstemperatur eingestellt. Im Rahmen eines metallurgischen Anlassschritts wird das Bauteil gewöhnlich gezielt erwärmt, um seine Eigenschaften zu beeinflussen, auch um Werkstückspannungen abzubauen. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein aus Vergüten und Gas- Nitrieren bestehendes Wärmebehandlungsverfahren von gehärteten Chromstählen zu schaffen, bei dem das übliche Anlassen und Aktivieren entfällt und sich die Kernhärte des Bauteils variabel einstellen lässt.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Wärmebehandeln gemäß Anspruch 1 gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Der nebengeordnete Anspruch 10 spezifiziert das Product-by-Process-Resultat des Anspruchs 1 auf spezielle Kraftfahrzeugbauteile.
Die Erfindung schließt die verfahrenstechnische Lehre ein, dass ein Wärmebehandeln von Chromstählen, insbesondere hochlegierten Chrom-x- Stählen, durch Gas-Nitrieren die folgenden Prozessschritte umfasst:
(A) Aufheizen eines aus einem Chromstahl bestehenden zuvor gehärteten Bauteils unter Stickstoffatmosphäre von einer Umgebungstemperatur Tu auf dessen materialspezifische Voroxidationstemperatur Tv zur Durchführung eines Voroxidationsschritts;
(B) Durchführung mindestens eines Anlassschritts unter Zugabe eines Nitrierprozessgases zur Stickstoffatmosphäre um das Bauteil;
(C) weiteres Aufheizen des Bauteils auf dessen materialspezifischer Anlasstemperatur TA und Halten derselben über vorzugsweise mindestens eine Stunde;
(D) Abkühlen des Bauteils auf dessen materialspezifische Nitriertemperatur TN zum Gas-Nitrieren des Bauteils; und
(E) weiteres Abkühlen des Bauteils auf die Umgebungstemperatur Tu. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass die funktional wichtige Kernhärte des Werkstoffs nun unabhängig von der Nitriertemperatur frei eingestellt werden kann. Hierdurch kann das erfindungsgemäße Verfahren für eine breitere Anwendung nutzbar gemacht werden. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht das Einstellen der Kernhärte unabhängig von der benötigten Nitriertemperatur. Denn beim Nitrieren zwischen 480 - 600 °C ergibt sich die Kernhärte nur zwischen 620 HV1 - 460 HV1 entsprechend der Nitriertemperatur. Eine unabhängige Wahl der Kernhärte von beispielsweise 200 - 440 HV1 ist nicht möglich, da das Nitrieren oberhalb einer werkstoffspezifischen Grenze zu funktional schlechtem Gefüge führt.
Vorzugsweise wird die Voroxidationstemperatur des Schritts (A) im Bereich zwischen 300 bis 450°C, vorzugsweise im Bereich zwischen 350 bis 450°C, gewählt. Die Bereichsbreite ergibt sich aus verschiedenen Materialeigenschaften des zuvor gehärteten Stahlbauteils und ist insoweit von dessen Legierungselementen abhängig. Versuche haben ergeben, dass der genannte Vorzugsbereich mit einer höheren unteren Bereichsgrenze für die Voroxidationstemperatur eine höhere Energieeffizienz bietet, da der Energieeintrag zum anschließenden weiteren Aufheizen nach dem Anlassschritt geringer ausfällt. Zusätzlich wird die Voroxidationstemperatur entsprechend den zu bildenden diffusiondurchlässigen Oxiden verwendet. Während des Aufheizens verhindert die Stickstoffatmosphäre eine Oberflächenoxidation.
Vorzugsweise sollte im direkten Anschluss an das Aufheizen das Anlassen des Schritts (B) gestartet werden, also ab Erreichen der Voroxidationstemperatur, jedoch spätestens ab einer Bauteiltemperatur zwischen 350 bis 450°C bei einer möglichst homogenen Temperaturverteilung im Ofen. Der letztgenannte Steuerungsparameter kann zur vereinfachten Steuerung des Temperaturverlaufs herangezogen werden. Die Voroxidation kann über synthetische Luft, Atmosphäre oder sauerstoffhaltige Gase durchgeführt werden. Der Start des Anlassschritts wird vorzugsweise dadurch bewirkt, dass nach dem Evakuieren ein Nitrierprozessgas zugeführt wird. Als Nitrierprozessgas eignet sich dafür ein sauerstoffaffines Prozessgas, beispielsweise Ammoniakgas, Ammoniakgas- Spaltgas-Gemisch oder dergleichen. Unter Spaltgas wird eine Gasmischung verstanden, die aus den Gasen Stickstoff und Wasserstoff besteht. Während dieses Anlassschritts ist es unerheblich, ob die Temperatur konstant gehalten wird oder sich aber die Temperatur ändert. Ab einer kritischen Prozesstemperatur von 450 bis 550°C kann jedoch das Nitrierprozessgas über beispielsweise einen Vakuumprozessschritt als Zwischenschritt Bl oder aber über einen Spülvorgang mit Stickstoff entfernt werden.
Im Anschluss an diesen Anlassschritt erfolgt ein weiteres Aufheizen des Bauteils auf die materialspezifische Anlasstemperatur TA unter vorzugsweise Stickstoff oder in Abhängigkeit der Anlasstemperatur auch unter Ammoniak oder Spaltgas, wobei eine Haltezeit von mindestens einer Stunde, vorzugsweise 2 bis 4 Stunden, ganz vorzugsweise 3 +/- 0,5 Stunden, gewählt wird. Die Dauer der Haltezeit ist wiederum abhängig von der Sorte des wärmezubehandelnden Chromstahls. Dabei werden weiterhin Prozessgase zugeführt oder aber reiner Stickstoff.
Das Aufheizen des Bauteils kann vorzugsweise in einem herkömmlichen Kammerofen mit entsprechender Gastauscheinrichtung durchgeführt werden. Nach dem Anlassschritt im Schritt C erfolgt das Abkühlen des Bauteils auf Nitriertemperatur TN zwecks Gas-Nitrieren. Nach dem Durchlaufen einer werkstoffspezifischen Abkühltemperatur kann der Stickstoff gegebenenfalls durch das Nitrierprozessgas ersetzt werden. Nach Erreichen der Nitriertemperatur erfolgt dann das Gas-Nitrieren des Bauteils in herkömmlicher Weise.
Nach dem vorstehend beschriebenen Wärmebehandlungs-Verfahren lassen sich insbesondere Kraftfahrzeugbauteile aus einem Chromstahl, vorzugsweise einem hochlegierten Chrom-x-Stahl, herstellen, welche besonders verschleiß- und schwingungsbelastet sind. Dies können beispielsweise Kraftfahrzeugbauteile sein, wie Düsenkörper, Ventilstücke, Ventilplatten, Ventilkörper, Drosselplatten, Ventilträger oder Kolben, welche vornehmlich im Hochdruckbereich der Kraftstoffzuführung eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommen. Figurenbeschreibung
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wärmebehandlung von Chromstählen, und
Fig. 2 eine grafische Darstellung des Temperatur-Zeit-Verlaufs der Wärmebehandlung gemäß Fig. 1.
Gemäß Fig. 1 beinhaltet das erfindungsgemäße Wärmebehandeln eines bereits gehärteten Bauteils aus Chromstahl zunächst in einem Schritt A ein Aufheizen unter Stickstoffatmosphäre von Umgebungstemperatur Tu auf eine materialspezifische Voroxidationstemperatur Tv von ca. 350°C. Das Aufheizen sowie die Durchführung der nachfolgenden Verfahrensschritte wird in einem herkömmlichen Kammerofen durchgeführt, welcher mit einer Gastauscheinrichtung versehen ist.
Nach dem Aufheizen und Voroxidieren erfolgt im Schritt B ein Starten einer Anlassfrequenz zum Anlassen des aufgeheizten Bauteils unter Zugabe eines Nitrierprozessgases, welches in diesem Ausführungsbeispiel Ammoniak ist. Ab Erreichen einer kritischen Prozesstemperatur wird gemäß dem Zwischenschritt Bl das Ammoniak wieder entfernt. Ein weiteres Aufheizen im Schritt Bl wird bis auf die materialspezifische Anlasstemperatur TA von oberhalb 550°C durchgeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird diese Anlasstemperatur über etwa 3 Stunden gehalten.
Nach dem Anlassen im Schritt C wird das Nitrieren dadurch eingeleitet, dass im Schritt D ein Abkühlen des Bauteils auf dessen materialspezifische Nitriertemperatur erfolgt, so dass ein Gas-Nitrieren einsetzt. Anschließend erfolgt im Schritt E ein weiteres Abkühlen des Bauteils auf die Umgebungstemperatur Tu.
Die Fig. 2 veranschaulicht einen Temperatur-Zeitverlauf des vorstehend beschriebenen Verfahrensablaufs, bei welchem im Schritt A des Aufheizens ausgehend von der Umgebungstemperatur Tu innerhalb einer beliebigen Aufheizzeit tA das Aufheizen des Bauteils unter Stickstoffatmosphäre durchgeführt wird. Anschließend wird im Schritt B nach dem Voroxidieren unter Zugabe des Prozessgases Ammoniak ein Anlassschritt gestartet, wobei zunächst die aus dem Aufheizen resultierende Voroxidationstemperatur Tv von ca. 400° aufrechterhalten bleibt. Ab Erreichen einer kritischen Prozesstemperatur Tk von ca. 500°C wird im Zwischenschritt Bl das Prozessgas Ammoniak wieder entfernt und stattdessen Spaltgas eingeleitet. Das weitere Aufheizen erfolgt im Schritt C auf Anlasstemperatur TA, welche unter Stickstoffatmosphäre bis zum Zeitpunkt t« über zirka 3 Stunden aufrechterhalten wird, bis das Anlassen abgeschlossen ist. Nachfolgend erfolgt im Schritt D wieder ein Abkühlen auf Nitriertemperatur TN zum Gas-Nitrieren unter Anwesenheit von Ammoniakgas und Spaltgas. Nach Abschluss des Gas-Nitrierens wird ab dem Zeitpunkt IN ein weiteres Abkühlen des Bauteils im Schritt E auf Umgebungstemperatur Tu durchgeführt.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, den Zwischenschritt Bl wegzulassen. Die konkreten Temperaturen, insbesondere die Voroxidationstemperatur Tv, die Anlasstemperatur TA sowie die Nitriertemperatur TN, richten sich nach der konkreten Zusammensetzung des wärmezubehandelnden Chromstahls, also insbesondere dessen Legierungselemente.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Wärmebehandeln von Chromstählen, insbesondere hochlegierten Chrom-x-Stählen, durch Gas-Nitrieren, umfassend die folgenden Prozessschritte:
(A) Aufheizen eines aus einem Chromstahl bestehenden zuvor gehärteten Bauteils unter Stickstoffatmosphäre von einer Umgebungstemperatur (Tu) auf dessen materialspezifische Voroxidationstemperatur (Tv) zur Durchführung einer Voroxidationsschritts;
(B) Durchführung mindestens eines Anlassschritts unter Zugabe eines Nitrierprozessgases zur Stickstoffatmosphäre um das Bauteil;
(C) Weiteres Aufheizen des Bauteils auf dessen materialspezifische Anlasstemperatur (TA) und Halten derselben über eine Haltedauer;
(D) Abkühlen des Bauteils auf dessen materialspezifische Nitriertemperatur (TN) zum Gas-Nitrieren des Bauteils;
(E) Weiteres Abkühlen des Bauteils auf die Umgebungstemperatur (Tu).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Voroxidationstemperatur (Tv) des Schrittes (A) im Bereich zwischen 300°C bis 450°C, vorzugsweise im Bereich zwischen 350°C bis 450°C, eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die direkt im Anschluss an das Aufheizen gestartete Anlassschritt im Schritt (B) ab Erreichen der Voroxidationstemperatur, jedoch spätestens ab einer Bauteiltemperatur zwischen 350°C bis 450°C beginnt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nitrierprozessgas ausgewählt ist aus einer Gruppe von sauerstoffaffinen Prozessgasen, umfassend: Ammoniakgas, Ammoniakgas-Spaltgas-Gemisch.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (B) das Nitrierprozessgas ab Erreichen einer kritischen Prozesstemperatur von 450°C bis 550°C in einem Zwischenschritt (Bl) entfernt oder durch reinen Stickstoff ersetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Aufheizen des Bauteils im Schritt (C) auf eine Anlasstemperatur zwischen 550°C bis 700°C durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltezeit der Anlasstemperatur im Schritt (C) mindestens 1 Stunde, vorzugsweise zwischen 2 bis 4 Stunden, ganz vorzugsweise 3 +/- 0,5 Stunden beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das Bauteil einen Massenanteil von mindestens 2% Chrom als Legierungsmetall enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufheizen des Bauteils in einem Kammerofen mit Gastauscheinrichtung durchgeführt wird.
10. Kraftfahrzeugbauteil aus einem Chromstahl, insbesondere einem hochlegierten Chrom-x-Stahl, das nach einem Herstellungsverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche vergütet ist.
11. Bauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ausgewählt ist aus einer Gruppe von verschleiß- und schwingungsbelasteten Kraftfahrzeugbauteilen, umfassend Düsenkörper, Ventilstück, Ventilplatte, Ventilkörper, Drosselplatte, Ventilträger, Kolben.
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