DE1208598B - Molten salt containing alkali metal cyanates and device for carbonitriding - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

C23cC23c

Deutsche Kl.: 48 b-9/16 German class: 48 b -9/16

Nummer: 1208 598Number: 1208 598

Aktenzeichen: D39182VIb/48bFile number: D39182VIb / 48b

Anmeldetag: 20. Juni 1962 Filing date: June 20, 1962

Auslegetag: 5. Januar 1966Opened on: January 5, 1966

Es ist bekannt, bei Stählen mit niedrigem und mittlerem Kohlenstoffgehalt eine Härtesteigerung dadurch zu erzielen, daß man sie in einer cyanidhaltigen Salzschmelze bei Temperaturen zwischen 650 und 1000⁰C behandelt. Derartige Salzschmelzen besitzen im allgemeinen einen Gehalt von 15 bis 95% Alkalicyanid, während der Rest aus Chloriden und/oder Carbonaten von Alkalien oder Erdalkalien besteht. In die Oberflächenschicht des zu behandelnden Werkstückes wird hierbei Kohlenstoff und eine geringe Menge Stickstoff eingelagert, wodurch die Härte dieser Oberflächenschicht durch eine bei einem mehr oder weniger schroffen Abkühlen auftretende Martensitbildung erzielt wird. Derartige cyanidhaltige Bäder können gegebenenfalls auch einen Gehalt von maximal 1 % an Cyanaten aufweisen.It is known to achieve in steels with low and medium carbon steel has a hardness increase by treating them in a cyanide-containing salt melt at temperatures of 650-1000 ⁰ C. Such salt melts generally have an alkali metal cyanide content of 15 to 95%, while the remainder consists of chlorides and / or carbonates of alkalis or alkaline earths. Carbon and a small amount of nitrogen are stored in the surface layer of the workpiece to be treated, whereby the hardness of this surface layer is achieved through martensite formation that occurs during more or less abrupt cooling. Such cyanide-containing baths can optionally also have a maximum cyanate content of 1%.

Es ist bekannt, Werkstücke aus Stahl dadurch zu nitrieren, daß sie bei Temperaturen zwischen etwa 500 und 600⁰C in ein Salzbad getaucht werden, das Cyanid und Cyanat enthält. Solche Bäder werden in der Praxis mit Cyanatgehalten zwischen 20 und 40 %> berechnet als KCNO, und Cyanidgehalten zwischen 30 und 60%, berechnet als NaCN, betrieben. Der Rest der Bäder besteht aus Alkalicarbonat, das von selbst durch Oxydation beim Betrieb der Bäder entsteht. Solche Bäder können auch noch Chlorid enthalten, um an wertvollem Cyanid und Cyanat zu sparen oder den Schmelzpunkt herabzusetzen. Bei diesen Nitrierbädern soll keine Härtesteigerung des Stahls erreicht werden, vielmehr sollen die Verschleißfestigkeit und die Dauerwechselfestigkeit des behandelten Materials erhöht werden.It is known to nitride workpieces made of steel characterized in that they are immersed at temperatures between about 500 and 600 ⁰ C in a salt bath containing cyanide and cyanate. In practice, such baths are operated with cyanate contents between 20 and 40%> calculated as KCNO, and cyanide contents between 30 and 60%, calculated as NaCN. The rest of the baths consist of alkali carbonate, which is produced by itself through oxidation when the baths are operated. Such baths can also contain chloride in order to save valuable cyanide and cyanate or to lower the melting point. In these nitriding baths, no increase in the hardness of the steel should be achieved, but rather the wear resistance and fatigue strength of the treated material should be increased.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß sich beim Carbonitrieren zur Härtesteigerimg von legierten und unlegierten Stählen noch bessere Oberflächeneigenschaften dadurch erzielen lassen, daß eine Schmelze aus 70 bis 97 % Chlorid und/oder Karbonat und/oder Oxyd von Alkali- oder Erdalkalimetallen, Rest Alkalicyanat, verwendet wird. In diesem Fall bildet sich auf dem behandelten Metallkörper eine äußere, relativ dünne, in der Metallbehandlungstechnik als Verbindungszone bezeichnete Schicht aus Nitriden und Carbiden, während unterhalb dieser Zone eine Schicht aus Martensit entsteht, die eine wesentliche Härtesteigerung an der Oberfläche der behandelten Werkstücke bewirkt. Durch die äußere dünne Verbindungszone aus Nitriden und Carbiden besitzen die behandelten Werkstücke eine sehr hohe Verschleiß- und vor allem Freßfestigkeit, während durch die harte Martensitschicht gleichzeitig eine große Widerstandsfähigkeit gegen Druclcbeanspruchunsjen vorhanden ist. Diese Eigenschaften einesIt has now been found, surprisingly, that during carbonitriding there is an increase in hardness of Alloyed and unalloyed steels can achieve even better surface properties in that a Melt of 70 to 97% chloride and / or carbonate and / or oxide of alkali or alkaline earth metals, Remainder alkali metal cyanate is used. In this case, one forms on the treated metal body outer, relatively thin layer known in metal treatment technology as the connection zone Nitrides and carbides, while below this zone a layer of martensite arises, the one causes a significant increase in hardness on the surface of the treated workpieces. Through the outer The treated workpieces have a very high thin connection zone made of nitrides and carbides Wear resistance and, above all, seizure resistance, while at the same time a great resistance to pressure is present. These characteristics of one

Alkalicyanathaltige Salzschmelze und
Vorrichtung zum CarbonitrierenSalt melt containing alkali metal cyanate and
Device for carbonitriding

Anmelder:Applicant:

Deutsche Gold- und Silber-Scheideanstalt,
vormals Roessler,
Frankfurt/M., Weißfrauenstr. 9German gold and silver refinery,
formerly Roessler,
Frankfurt / M., Weißfrauenstr. 9

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dr. Johannes Müller, Neu-IsenburgDr. Johannes Müller, Neu-Isenburg

behandelten Werkstückes sind beispielsweise bei Zahnrädern außerordentlich vorteilhaft.treated workpiece are extremely advantageous, for example, with gears.

Neben den geschilderten Vorteilen besitzt die erfindungsgemäße Salzschmelze noch den weiteren Vorteil, daß sie infolge des Fehlens von Cyanid ungiftig ist und daher besondere Vorsichtsmaßnahmen bei den Arbeiten mit der Schmelze und bei der Beseitigung von Salzresten und Abwässern nicht notwendig sind.In addition to the advantages described, the molten salt according to the invention also has the further advantages Advantage that it is non-toxic due to the lack of cyanide and therefore special precautions for the Working with the melt and removing salt residues and wastewater is not necessary.

Bei den in Betracht kommenden Temperaturen istAt the temperatures in question is

es zweckmäßig, dafür zu sorgen, daß keine Zersetzung des Cyanats eintritt. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß die Badbehälter zur Aufnahme der Schmelze zumindest in ihrer Oberflächenschicht aus einem Nichteisenmetall, z. B. Titan, Nickel, Kobalt oder ihren praktisch eisenfreien Legierungen, bestehen. Auch andere mit der Schmelze in Berührung kommende Bauteile der Behandlungsvorrichtung, wie Heizelektroden od. dgl., bestehen zweckmäßigerweise aus den genannten Metallen.it is advisable to ensure that no decomposition of the cyanate occurs. This is preferably done by doing this achieved that the bath container for receiving the melt at least in its surface layer a non-ferrous metal, e.g. B. titanium, nickel, cobalt or their practically iron-free alloys exist. Also other components of the treatment device that come into contact with the melt, such as heating electrodes or the like, are expediently made of the metals mentioned.

Die unvermeidliche Zersetzung des Cyanats verläuft bei der erfindungsgemäßen Salzschmelze unter Karbonatbildung, während Cyanid nur in belanglosen Mengen entsteht. Die zur Härtesteigerung führende Martensitbildung erfordert wie üblich eine mehr oder weniger schroffe Abkühlung von der Behandlungstemperatur, je nach der verwendeten Legierung.
Als Nachfüllsalz werden zweckmäßig Salzgemische mit einem hohen Anteil an Cyanat, insbesondere einem solchen von über 40%, bzw. reines Cyanat verwendet.The inevitable decomposition of the cyanate takes place in the molten salt according to the invention with the formation of carbonate, while cyanide is only formed in insignificant quantities. The martensite formation leading to the increase in hardness requires, as usual, a more or less abrupt cooling from the treatment temperature, depending on the alloy used.
Salt mixtures with a high proportion of cyanate, in particular a proportion of more than 40%, or pure cyanate are expediently used as the refill salt.

509 777/378509 777/378

BeispieleExamples

1. Eine Salzschmelze ist zusammengesetzt aus1. A molten salt is composed of

10 Gewichtsteilen NaCNO und10 parts by weight of NaCNO and

90 Gewichtsteilen NaCl.90 parts by weight NaCl.

Behandelt man in dieser Salzschmelze einen Stahl von 0,15 % Kohlenstoffgehalt bei einer Temperatur von 850⁰C für eine Zeit von 90 Minuten, so. bildet sich an der Oberfläche des Werkstückes eine 20 μ dicke, aus Nitriden und Carbiden bestehende Verbindungszone. Unter dieser Schicht bildet sich eine ungefähr 350 μ dicke Schicht, in die Kohlenstoff mit Stickstoff eingewandert sind und die nach Abschrecken infolge Martensitbildung eine Härte von 800 Vickers-Einheiten besitzt, während die Ursprungshärte des Materials 150 Vickers-Einheiten betrug.If a steel with a carbon content of 0.15% is treated in this molten salt at a temperature of 850 ^° C. for a period of 90 minutes, so. A 20μ thick connection zone consisting of nitrides and carbides forms on the surface of the workpiece. Under this layer, an approximately 350μ thick layer is formed, into which carbon and nitrogen have migrated and which, after quenching as a result of martensite formation, has a hardness of 800 Vickers units, while the original hardness of the material was 150 Vickers units.

Zum Nachfüllen benutzt man bei dieser Schmelze ein Gemisch ausA mixture of this melt is used for refilling

50 Gewichtsteilen NaCNO und 50 Gewichtsteilen NaCl.50 parts by weight of NaCNO and 50 parts by weight of NaCl.

2020th

Es wird so viel dieser Schmelze nachgefüllt, daß ein Cyanatgehalt zwischen 5 und 10% im Bad sich einstellt. »5So much of this melt is refilled that a cyanate content between 5 and 10% in the bath adjusts. »5

2. Salzschmelze aus2. Melted salt off

10 Gewichtsteilen NaCNO,10 parts by weight NaCNO,

50 Gewichtsteilen NaCl und50 parts by weight of NaCl and

40 Gewichtsteilen KCl.40 parts by weight of KCl.

Zum Nachfüllen wird verwendet eine Schmelze ausA melt is used for refilling

50 Gewichtsteilen NaCNO, 25 Gewichtsteilen KCl und 25 Gewichtsteilen NaCl,50 parts by weight of NaCNO, 25 parts by weight of KCl and 25 parts by weight of NaCl,

3535

4545

und von dieser Mischung wird so viel nachgefüllt, daß ein Cyanatgehalt von 5 bis 10% NaCNO erhalten bleibt. Diese Schmelze hat vor der Schmelze 1 den Vorteil eines niedrigeren Schmelzpunktes. Sie läßt sich bereits unter 800⁰C für den in Rede stehenden Zweck verwenden.and so much of this mixture is topped up that a cyanate content of 5 to 10% NaCNO remains. This melt has the advantage of a lower melting point before melt 1. It can already be used below 800 ^° C. for the purpose in question.

3. Die Schmelze wird angesetzt aus 5 Gewichtsteilen NaCNO, 50 Gewichtsteilen BaCl₂ und 45 Gewichtsteilen KCl.3. The melt is made up of 5 parts by weight of NaCNO, 50 parts by weight of BaCl ₂ and 45 parts by weight of KCl.

Nachgefüllt wird eine Schmelze ausA melt is refilled

40 Gewichtsteilen NaCNO,40 parts by weight of NaCNO,

30 Gewichtsteilen BaCl₂ und30 parts by weight of BaCl ₂ and

30 Gewichtsteilen KCl.30 parts by weight of KCl.

Auch diese Schmelze hat vor Beispiel 1 den Vorteil eines niedrigeren Schmelzpunktes.Before example 1, this melt also has the advantage of a lower melting point.

Beim Gebrauch der Schmelze bildet sich durch Oxydation des Cyanats Alkalikarbonat. Man kann dieses Alkalikarbonat von Anfang an hinzufügen, indem man beispielsweise eine Schmelze ausWhen using the melt, alkali carbonate is formed through oxidation of the cyanate. One can Add this alkali carbonate from the start, for example by making a melt

20 Gewichtsteilen NaCNO,
40 Gewichtsteilen Na₂CO₃ und
30 Gewichtsteilen KCl20 parts by weight NaCNO,
40 parts by weight of Na ₂ CO ₃ and
30 parts by weight of KCl

herstellt.manufactures.

Wenn ein niedriger Schmelzpunkt nicht erforderlich ist, kann man sogar von einem Zussatz von Chloriden völlig absehen und eine Schmelze herstellen ausIf a low melting point is not required, one can even avoid the addition of chlorides completely refrain from making a melt

10 bis 20% NaCNO und
80 bis 90% Na₂CO₃.10 to 20% NaCNO and
80 to 90% Na ₂ CO ₃ .

Eine solche Schmelze braucht nur mit Natriumoder Kaliumcyanat nachgefüllt zu werden, so daß der zu einer genügenden Stickstoff- und Kohlenstoffanreicherung erforderliche Cyanatgehalt aufrechterhalten bleibt.Such a melt only needs to be refilled with sodium or potassium cyanate, so that Maintain the cyanate content required for adequate nitrogen and carbon enrichment remain.

Um Wärmebestrahlung und Dampfen der Bäder zu verhindern, insbesondere bei Temperaturen über oder 900⁰C, kann man wie üblich das Bad mit Graphit oder Kohle abdecken. Die zur Verwendung des Bades benutzten Badbehälter können von außen mit Gas, Öl oder Elektrizität beheizt werden. Sie können aber auch mit eingetauchten Elektroden von innen mit Elektrizität beheizt werden. In diesem Fall ist es erforderlich, die Elektroden aus einem ähnlichen Material herzustellen, wie oben für die Badbehälter angegeben, oder sie mit diesem Material zu ummanteln.In order to prevent heat radiation and steaming of the baths, in particular at temperatures above or 900 ^° C., the bath can, as usual, be covered with graphite or carbon. The bath containers used to use the bath can be heated externally with gas, oil or electricity. However, they can also be heated with electricity from the inside with immersed electrodes. In this case it is necessary to manufacture the electrodes from a material similar to that specified above for the bath containers, or to encase them with this material.

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Alkalicyanathaltige Salzschmelze zum Carbonitrieren von legierten und unlegierten Stählen mit Zusatz von Alkalikarbonat, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze aus 70 bis 97% Chlorid und/oder Carbonat und/oder Oxyd von Alkali- oder Erdalkalimetallen, Rest Alkalicyanat, besteht.1. Molten salt containing alkali metal for carbonitriding of alloyed and unalloyed steels with Addition of alkali carbonate, characterized in that the melt consists of 70 to 97% chloride and / or carbonate and / or oxide of alkali or alkaline earth metals, the remainder being alkali metal cyanate. 2. Salzschmelze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachfüllsalz aus einem Salzgemisch mit einem Gehalt von über 30% Alkalicyanat oder reinem Alkalicyanat besteht.2. molten salt according to claim 1, characterized in that the refill salt consists of a Salt mixture with a content of over 30% alkali metal cyanate or pure alkali metal cyanate. 3. Vorrichtung zur Behandlung von Stählen mit einer Salzschmelze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Schmelze in Berührung kommenden Teile der Vorrichtung aus eisenfreiem Material bestehen.3. Device for treating steels with a molten salt according to claim 1 or 2, characterized in that the parts of the device which come into contact with the melt consist of iron-free material. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Badbehälter mit einem eisenfreien Metall bzw. einer Legierung, insbesondere mit Titan, Zirkon, Nickel, Kobalt oder ihren praktisch eisenfreien Legierungen, ausgekleidet ist.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the bath container with a iron-free metal or an alloy, in particular with titanium, zirconium, nickel, cobalt or their practically iron-free alloys. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1108 246.Considered publications:
German interpretative document No. 1108 246. 509 777/378 12.65 © Bundesdruckerei Berlin509 777/378 12.65 © Bundesdruckerei Berlin