SE123799C1 - - Google Patents

Description

Uppfinnare: H. Loevenstein.

Prioritet begard frcEn den 13 september 1945 (Anlerilcas f5renta slater).

Foreliggande uppfinning hanfor sig till ythardning av jarnlegeringar, narmare bestamt nitrerhardning av kromhaltiga jarnlegeringar, vilka ha en benagenbet att bilda en passiv oxidhinna ph sina ytor. Sarskilt innefattar uppfinningen behandling av austenitiskt krom- stal och rostfritt kromnielstal med hog kromhalt saint rostfritt jam.

Hittills anvanda nitreringsprocesser for ythardning innefatta i allmanhet behandling av en jarnlegering av speciell sammansattning med ammoniakgas vid forhojd temperatur, vanligen mom omradet f190---550° C. De fOr hardning avsedda jarnlegeringsforemalen maskinbearbetas vanligen far att de skola erUlla sin slutliga form och sina slutliga dimensioner, innan de underkastas nitreringsbehandlingen. Detta forfarande liar funnit stor anvandning i praktiken, men pa senare tiden ha svarigheter uppstatt vid forfarandets tillampning for hogvarcliga krom- och kronanickel-jarnlegeringar. Om dessa legeringar icke underkastas en sarskild forbehandling bildas antingen intet hardskikt ails inom rim-hg behandlingstid, eller ocks& blir hardskiktet for grunt resp. erhaller for lag hardhetsgrad for att kunna motsvara de onskade andamalen.

Svarigheterna med nitrering av hogyardiga krom-jarnlegeringar hero pa att legeringens yta innehaller en inert eller »passiv hinna, som Or sammansatt av krorhoxid. Det har foreslagits att Ora de hagvardiga krom-jarnlegeringarna mottagliga far nitrering genom en behandling, som innefattar ,etsning av de nitreringen underkastade foremalen med en vatgasutvecklande syra, t. ex. klorvatesyra. Denna behandling uppfyller visserligen det onskade andamalet men medfor att en extra atgard tillkommer for fOremalens framstallning, varmed foljer extra kostnader. Vidare nodvandiggores att arbetsstycket omedelbart maste inff3ras i nitreringsugnen efter den namnda behandlingen, enar oxidhinnan el- jest anyo bildas, da den utsattes for luf tens inverkan. Forsavitt icke sarskilda forsiktighetsatgarder vidtagas, bli de erhallna resultaten salunda icke likformiga.

Andra losningar av detta problem ha forsOkts med stone eller mindre framgang. En elektrolytisk reningsbehandling, atfoljd av tvattning om-edelbart fore arbetsstyckets inforande i nitreringsugnen, liar med framgang forsokts i praktiken. liven i detta fall uppsta emellertid extra arbetsmoment och okade kostnader.

Hogvardiga krom-jarnlegeringar ha ocksa med framgang nitrerats genom att det passiva oxidskiktet f8rst reduceras genom be-handling med viite i den sign, dar nitreringen sedan utfores. Detta fOrfarande medf Or tillfredsstallande nitreringsresultat men erfordrar extra apparatur for ammoniakens spanning, sa att derma avger vatgas f Or reduktion av oxidhinnan, varjamte ugnens kapacitet nedbringas.

Det nitrerhardskikt, som erhalles pa Mgvardiga krom-jarnlegeringar, medelst de nu namnda forfaringssatten, Or relativt grunt for en given nitreringsbehandling. Enligt nyligen gjorda ran i praktiken i samband med nitrering av ett austenitiskt, varmeresistent, hOgvardigt krom-nickel-volframstal, erhalles ett hardskiktsdjup av 0,1-0,15 mm genom nitrering under 50 timmar vid 538° C 'efter en forberedande ,elektrolytisk behandling.

FOreliggande uppfinning ham till andamal att majliggora ett nitreringsforfarande, som kan tillampas for olika hogvardiga krom- jarnlegeringar, inkluderande sadana med austenitisk struktur, sarskilt rostfria stal air typen med hog kromhalt samt austenitiska Iragvardiga krom-nickelst01, varvid man genom detta forfarande i huvudsak undviker de ovannamnda olagenheterna och svarigheterna. ELI ytterligare andamal Or att genomfora nitreringsprocessea p0 sadant satt, att hogyardiga krom-jarnlegeringar kunna nitre- — l23799 — ras med tillfredsstallande resultat utan flagon vasentlig tidsspillan och endast med ringa iikning av kostnaderna, jainfOrt med det brukliga nitreringsfiirfarande, som tillampas for Ifigvardiga krom-aluminiunistal. Vidare ayser uppfinningen att mojligg8ra nitreringsprocessens tillampning for hogvardiga krom-jarnlegeringar ph sadant satt, att ett nitrerhardskikt rued vfisentligt okat djup kan erhallas under en given nitreringsperiod, jfimfort med de resultat, som erhallits medelst kfinda forfaranden. Slutligen avser uppfinningen iiven att genomfora nitreringsprocessen pa sadant sail, all lokala ytdelar av de h8gvardiga kromjarnlegeringsforemalen nitreras utan att nagot skyddsskikt behover anbringas pa de delar, som icke skola nitreras, eller att pa annat satt behandla dessa delar for att tundra dem att antaga ett nitrerhardskikt saint utan att antaga ett nitrerhardskikt samt utan minskning av dessa onitreracle ytdelars motstandsfOrmaga mot korrosion.

Det har befunnits att de nu namnda flndamdlen kunna uppnas och att man kan erhalla hogvardiga krom-jarnlegeringar med ett nitrerhfirdskikt av goda egenskaper i brukliga typer av nitreringsugnar och inom det normala ()mild:let for nitreringstemperaturerna, om nitreringen utfores i narvaro av vissa metaller inklusive kisel i intiin beroring med den yta pa arbetsstycket, som skall nitreras. De metaller, som har befunnits medfOra detta gynnsamma resultat, aro sadana, vilkas oxider ha hagre bildningsvarme an kromoxiden, Cr203. Lampligen har metallen sadan smaltpunkt, att den forblir i fast tillstand vid den temperatur, vid vilken nitreringsforfarandet utfores. Da forfarandet enligt uppfinningen anvandes, kunna arbetsstyckena forberedas for nitreringsbehandlingen pa vilket sorn heist brukligt satt. Det Or ej nodvandigt att infora nagot sarskilt arbetsmoment fOr att behandla arbetsstyckets ytor i och for deras forberedande for nitreringen.

De speciella metaller, som ha befunnits vara verksamma, kunna anvandas i samband med lamplig modifikation av nitreringsprocessen. Vanligtvis genomfares nitreringen genom att arbetsstyckena placeras i nitreringsugnen, varvid de delar, som skola nitreras, tackas med ett relativt find pulver av nagon av de speciella metallerna, varefter en kvaveutvecklande gas bringas aft stromma genom ugnen pa sadant satt, att gasen kommer i be-raring med metallen och arbetsstycket. Forfarandet kan aven tillampas vid de modifikationer av nitreringsprocessen, dar nitreringsbeframjande medel anvandas, exempelvis i form av amider enligt svenska patentet nr 120 005.

De metaller, som falla inom ramen for uppfinningen, och som provats samt befunnits lampliga for anvandning i samband med det nya forfarandet, utgoras av magnesium, kal cium, aluminium och kisel saint blandningar och legeringar av dessa metaller. En kiselaluminiumlegering och en kisel-kalciumlegering ha befunnits giva goda resultat. En legering av aluminium och magnesium i ungefar lika proportioner finnes tillganglig i marknaden och kan anvandas. Denna legering har den for foreliggande andamal gynnsamma egenskapen att den Or myeket sprod och latt kan s8nderdelas i pulverform.

Nitreringsforfarandet kan genomforas i en bruklig nitreringsugn genoni att ugnen upphettas till en temperatur inom nitreringsomradet, d. v. s. mellan e:a 475° C och 600° C, varefter denna temperatur bibehalles, medan ammoniakgasen bringas att strOmma genom reaktionszonen. Ammoniakens stromning regleras ph sficlant salt, att de utstrommande gasernas dissoeiationsgrad Mies vid lampligt varde. Pa senare tiden är det bruklig praxis att installa dissociationsgraden till ungefar 30-40 %. Foreliggande uppfinning kan emellertid lika val genomforas med andra varden ph ammoniakens dissociation. &Isom exempel pa forfarandets genomforande i samband med finfordelat metallpulver mO namnas, att ett prov av en rostfri shitlegering, innehallande 18 % krona och 8 % nickel jamte mindre halter av andra bestandsdelar, placerades i en nitreringsugn och tacktes med en finfordelad kisel-kalciumlegering med en halt av 30 % kalcium, samt underkastades behandling med ammoniak vid 575° C under 24 timmar. Efter uttagning frail ugnen samt darefter foljande kylning befanns provet ha en hardhet av 94,5--95 enligt Rockwell 15 N-slcalan, till skillnad fran dess ursprungliga hardhet, uppgaende till 77 enheter enligt samma skala. Tvarsektioner av detta prov preparerades och undersoktes mikroskopiskt samt befunnos ha ett nitrerhardskikt av goda egenskaper, som strackte sig ned till ett djup av 0,15 mm.

Enligt uppfinningen har det befunnits att metallpulvrets effekt varierar med partikelstorleken, och att ett mera finfordelat pulver Or verksammare On ett grovre pulver. Det har Oven befunnits att metallpulvrets partikelstorlek blir av storre betydelse, da oxidernas bildningsvarme narmar sig kromoxidens. Ett prov av ett rostfritt stal, som nitre-rats under 24 timmar vid 575° C i beroring riled ett kiselpulver, som Or grovre On vad som motsvarar siktning genom en sikt med 40 maskor, gay en ythardhet av 79,5 enheter, medan ythardheten uppgick till 90,5--91,5 enheter oh nitreringen utf8rdes under i Ovrigt identiska forhallanden i narvaro av ett kiselpulver, motsvarande en sikt av 300 maskor. Detta inflytande av metallpartiklarnas storIek kan mojligen hero pa att beroringen mellan arbetsstycket och metaIlen blir intimare em pulvret Or mera finfardelat. Troligen heror effekten Oven atminstone delvis p0 att kon- — —3 centrationen av yardet okas ph eller nara de metallytor, som underkastas nitrering. Vilken forklaringen an Sr, leder ett mere finfordelat pulver till battre resultat, varfOr uppfinnaren ej anser sig vara bunden yid den ovan giyna teoretiska forklaringen. Liknande prov air rostfritt krom-nickelsthl nitrerades under samma forhallanden i beroring med aluminium, magnesium samt en legering ay kisel och aluminium, innehallande 50 % aluminium. Resultaten ay alla dessa prov anges foljande tabell: Pray M etall p ulveUrsprunglig Slutlig hardhet Hardskiktsdjup r No.,ha rdhetRockwell 15Nmm NS 1 Si-Ca-legering (30 Ca) NU 1 Al NG 1 Mg 77 94,5-90, 77 91,5-92 0, 76 91,5-93 0, 76 79.5-8* 76 90,5-91,* 76 89,5-90,* Nk 1 Si (grov) NK 2 Si (fin) NP 1Si-Al-legering (50 !', Al) * Djupet icke upprnatt.

Forfarandet enligt uppfinningen kan Sven genomforas genom anyandning av de ovan angiyna metallerna i form av en tunn belaggning ph arbetsstyckets yta. Goda resultat ha uppnatts med belaggningar, vilka paforts de f8r nitrering avsedda ytorna genom sprutning. Ett prov ay ett rostfritt stal, innehallande 18 % krom och 8 % nickel, forsags Over en del av den for nitrering avsedda ytan med ett tunt sprutskikt av aluminium och nitrerades darefter i naryaro av ammoniak vid 575° C under 24 timmar. Provets ursprungliga hardhet uppgick till 75 enheter. Efter nitreringen uppvisade provet en ythiirdhet, ef ter aylagsnande av aluminiumskiktet, uppghende till 90-91 enheter i de ytor, som thekts med aluminium. De delar av ytan, som icke tackts med aluminium, uppvisade i huvudsak ingen Mining av hardheten gentemot deras ursprungliga tillstand fore nitreringen.

Den pasprutade belaggningen eller det pulverformiga skiktet av den anvanda metallen kan phforas pa endast en del av arbetsstyckets yta. Arbetsstyeket hardas da endast vid de ytor, som aro i berOring med metallen. Forfarandet innebar ett bekvamt satt att selektiyt harda olika delar ay ett enda arbetsstycke och samtidigt undvika att de ytor, som skola forbli onitrerade, underkastas en behandling, som skulle kunna inverka skadligt ph den dath anbragta passiva hinnan, varfor dessa ytor kvarlamnas med hela sin ursprungliga fOrmaga att motsth. korrosion eller skalning. FOr forbranningsmotorer avsedda yentiler av ea stallegering, innehhllande ungefar 13-15 % krom, fi5rses exempelvis med ett nitrerhiirdskikt utmed de delar av yentilen, som aro utsatta for glidfriktion., exempelvis en del av yentilspindeln och halsen, fOr att minska notningen pit dessa stallen. Det Sr Omsk-mart att ventilens ovriga delar forbli onitrerade. Detta resultat kan uppnas genom att belagga de delar av ventilytan, som skola bardas, exempelvis med ett tunt aluminiumskikt, som lamnar resten ay ytan obelagd. Da arbetsstycket sedan underkastas nitreringsbehandlingen, forbli ytans obelagda delar onitrerade ph grund av att de aro forsedda med det passiva skiktet, medan ett nitrerhardskikt bildas under ytans belagda delar. Dit en metall enligt fOreliggande uppfinning anvandes i form av ett overdrag eller en belaggning, som pa-Rifts genom sprutning eller ph annat salt, bor belaggningen vara tillrSckligt tunn eller poros for att det aktiva kvayet skall kunna genomtranga densamma och shlunda astadkomma effektiv nitrering av den underliggande legeringsmetallen. Tunna belaggningar med en tjoeklek av storleksordningen 0,125 mm eller mindre ha befunnits vara effektiva. Belaggningen behover icke vara noggrant likformig I avseende A sin tjocklek och behover ej vara sammanhangande. Stift- eller bulthal och liknande bristfalligheter inverka icke namnvart pa det framstallda hardskiktets likformighet.

Belaggningen kan och bOr vanligtvis aylagsnas fran arbetsstycket, sedan nitreringen fullbordats. Die exempelvis aluminium anvandes sasom belaggningsmaterial, kan belaggningen avlagsnas genom behandling mcd en utspadd natriumhydroxidl8sning, exempelvis en 5 % losning.

Uppfinningen Sr icke begransad till de ovan angiyna speciella nitreringsforfarandena, vilka endast anforts sasom exempel. Uppfinningen kan Sven tillampas for kromhaltiga jamlegeringar av annan sammansattning an Tad som ovan nanints sh.som exempel. Salunda kan uppfinningen ifragakomma hi. a. for ka rostfria stal, rostfritt jarn och hOgyardigt kromgjutjarn, i vilka olika andra legeringstillsatser forefinnas fOrntom krom eller krom och nickel. Behandlingens varaktighet kan amen variera, alltefter fordringarna for det speciella arbetsstycke, som &sail behandlas.

Claims (5)

Patentansprak:

1. Salt att nitrerharda kromhaltiga jarnlegeringar med en yta, som innehaller en sh hog kromhalt att en passiv eller inert, nitreringen forhindrande kromoxidhinna bides, kannetecknat darav, att namnda legering uppvar- 1— — mes rid nitreringstemperatur i beroring med en metal! inklusive kisel, vars glider ha hog-re bildningsvarme an kromoxiden, saint i narvaro av en kyayefrigorande gas, varigenom den passhinnan avlagsnas saint en nitrer- hardad yta bildas pa legeringen.

2. satt enligt patentanspraket 1, kannetecknat daray, att legeringen underkastas en forberedande behandling fi5r avlagsnande av den inerta hinnan av kromoxid uch en nitreringsbehandling antingen samtidigt eller i foljd efter varandra rid en temperatur mellan 470 G och 600° C, och att den kvavefrigarande gasen 1 huvudsak hestar av gasformig ammoniak.

3. MR enligt patentanspraket 1 eller 2, Un netecknat ditrav, att den metall, vars oxider ha hogre bildningsviirme au kromoxiden, valjes bland metallerna aluminium, kaleium, magnesium och kisel eller legeringar ay tya eller flera av dessa metaller.

4. San enligt nagot av patentanspraken 1 —3, kiinnetecknat diirav, att den metall, vars oxider ha hogre bildningsyarine an kromoxiden, piifores jarnlegeringen i finfordelad form.

5. Siitt enligt nagot av patentanspraken 1 —4, kannetecknat darav, att den metall, vars oxider ha hogre bildningsyarme an kromoxiden, i form ay en belaggning eller ett overdrag endast piifores de ytdelar nv foremalet, som liro avsedda att nitreras, medan foremalets ovriga ytdelar kyarlamnas fria. Stockholm 1910. Kling'. Bektr. P. A. Norstedt Stiller 490089