DE2109997B2 - Verfahren zum Oberflächeniegieren, insbesondere Inchromieren von Eisenwerkstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum 30 tung,

Oberflächeniegieren, insbesondere Inchromieren von Fig. 3 bis 7 Schnitte durch oberflächenlegierte

Eisenwerkstoffen, bei dem das zu behandelnde Werk- Werkstücke,

stück bei erhöhter Temperatur mit einem gasförmigen Fig. 8 das Schema eines Verfahrens zum Prüfen

Metallhalogenid in Berührung gebracht wird. der Verschleißfestigkeit,

Verfahren der vorerwähnten Art sind bekannt; so 35 F i g. 9 eine grafische Darstellung des Verschleißes

wird in der DL-Patentschrift 66 345 ein Verfahren einer in üblicher Weise inchromierten Kette,

zum Inchromieren von Eisenwerkstoffen beschrieben, Fig. 10 eine grafische Darstellung der Abhängig-

bei dem auf das zu inchromierende Werkstück zu- keit der Härte von der Dicke der oberflächenlegier-

nächst ein festhaftender, poröser und metallisches ten Zone,

Chrom in einem Metall-zu-Metall-Kontakt mit dem 40 Fig. 11 eine grafische Darstellung der Verteilung Werkstück enthaltenden Oberflächenschicht gebracht der Restspannung einer belasteten Kette,
wird, ehe es mit einem metallhalogenidhaltigen Über- Fig. 12 eine grafische Darstellung der Dauerzug versehen und das Metallhalogenid zum Ein- Schwingfestigkeit,

diffundieren des Chroms bei einer Temperatur von Fig. 13 eine grafische Darstellung der Verschleiß-

mindestens 750° C zersetzt wird. Bei diesem Verfah- 45 festigkeit.

ren wird mithin ein Eisenwerkstoff inchroraiert, der In der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 wird ein bereits eine beispielsweise galvanisch aufgebrachte nichtoxydierendes Gas, beispielsweise Stickstoff, Ar-Chromschicht besitzt. gon oder ein Kohlenwasserstoffgas durch eine große Des weiteren ist aus der deutschen Auslegeschrift Anzahl von Blaslöchern eines Rohrs 3 eingeleitet, j ■' 11 59 238 ein Gaschromierungsverfahren bekannt, 50 das im unteren Teil einer vorderen öffnung 2 einer

• mit dessen Hilfe aus Stahl bestehende Teile ohne vor- Behandlungskammer 1 mit einer vorderen Tür 4 an- : heriges Aufbringen eines Überzuges an der Ober- geordnet ist. Auf diese Weise entsteht ein verhinj fläche mit einer rostbeständigen Diffusions- bzw. In- dernder Gasvorhang. Ein Werkstück 5 ruht auf einer Ί chromierungszone versehen werden können. Schiene 6 in der Behandlungskammer 1, die außer-Ϊ Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, 55 dem ein Chromchlorid erzeugendes Material 7 ent^ein Verfahren zum Oberflächeniegieren zu schaffen, hält. Nach Schließen der Vordertür 4 wird der Zuf das eine korrosions- und hitzebeständige sowie ver- strom nichtoxydierenden Gases unterbrochen und, f schleißfeste Oberflächenzone ergibt. Die Lösung die- nachdem die Luft durch ein Saugrohr 8 abgesaugt

* ser Aufgabe basiert auf dem Gedanken, in situ worden ist, wird die Temperatur in der Behandlungs- ; Chromkarbid zu erzeugen. Im einzelnen besteht die 60 kammer auf etwa 1000⁰C gebracht, so daß sich die

Erfindung darin, daß bei dem eingangs erwähnten Kammeratmosphäre mit Chromchlorid anreichert. Verfahren zusätzlich sich bei der Behandlungstempe- 5 Stunden lang diffundiert dabei Chrom in die Oberratur zersetzende Kohlenwasserstoffe in die Gasphase fläche des Werkstücks 5 und ergibt eine chromeingebracht werden, zementierte Zoneß auf dem Grundgefüge A (Fig 3

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das 65 bis 7).

Werkstück zunächst in üblicher Weise gaschromiert, Statt des Chromchlorid abgebenden Materials 7

um eine aus einer Chrom-Eisen-Legierang bestehende kann durch eine öffnung T feinteiliges Metallhalo-

Oberflächenzone zu erzeugen, deren Chromgehalt genid in die Kammer 1 eingeleitet werden.

3 4

Während des Inchromierens werden beispielsweise aus Stahl mit 0,025% C, 0,25% Si, 0,8% Mn, G,l bis 5 Volumprozent Methan oder Propangas 0,011 % P und0,025%Sgaschromiert
durch ein Speiserohr 9 eingeleitet, um durch thermische Zersetzung Kohlenstoff rn erzeugen, das sich Menge 150 kg (70 Stück)

mit dem Halogenid zu Chromkarbid umsetzt und auf 5 pro Arbeitsgang

der inchromierten Zone B eine inchromiertes Chrom- Temperatur 1000° C

karbid enthaltende Zone C ergibt. Dauer 5 Stunden

Anschließend wird durch das Speiserohr 9 ein Kühlzeit 2 Stunden

nichtoxydierendes Gas, beispielsweise Stickstoff oder

Argon oder Kohlenwasserstoffgas, in die Behänd- ίο Das behandelte Werkstück besaß eine Diffusionslungskammer 1 eingeleitet und gleichzeitig die Eisen- zone von 18 μπι Dicke und zeichnete sich durch chlorid (FeClJ enthaltende Atmosphäre abgesaugt hohen Glanz aus, ohne daß eine Entchromung auf- und durch dasnichtoxydiereßde Gas ersetzt trat, wie sie in F i g. 4 veranschaulicht ist. Das Werk-Ehe das Werkstück in eine mit der Behandlungs- stück war zudem korrosionsbeständig in einer SaI-kammer 1 verbundene Kühlkammer 10 übergeführt 15 petersäurelösung.
wird, wird durch ein Speiserohr 11 ein nichtoxydierendes Gas, beispielsweise Stickstoff, Argon, Wasser- Beispiel 2
stoff oder ein Kohlenwasserstoffgas, in die Kühlkammer 10 eingelassen und gleichzeitig das Eisenchlorid Unter den folgenden Bedingungen wurde ein (FeCl₁) enthaltendes Gas, das in die Kühlkammer 10 20 Zahnrad aus einem Chrom-Molybdän-Stahl mit aus der Behandlungskammer 1 eingedrungen ist, 0,4" „ C, 0,32°/o Si, 0,82° 0 Mn, 0,021» 0 P, U,015°,O durch ein Saugrohr 12 abgesaugt. S, 1,02 % Cr und 0,25 °/o Mo behandelt.

Sodann wird eine Zwischentür 13 geöffnet und das

Werkstück in die Kühlkammer 10 übergeführt, wie Menge 150 kg (50 Stück)

durch die Ziffer S' angedeutet ist. Hierauf wird die 25 pro Arbeitsgang

Zwischentür 13 geschlossen und das Werkstück ab- Temperatur 1030^c C

gekühlt. Dauer 5 Stunden

Wenn das Werkstück S' in der Kühlkammer 10 bis

auf etwa 300^c C abgekühlt ist, wird nichtoxydieren- Das Werkstück wurde in Öl abgeschreckt und bedes Gas mittels eines Rohres 15 eingeblasen, das im 3° saß eine inchromierte Zone von 20 μηι Dicke, zeichunteren Bereich einer rückwärtigen öffnung 14 der nete sich durch hohen Glanz und das Ausbleiben der Kühlkammer 10 angeordnet ist Das Werkstück wird in Fig. 4 veranschaulichten Entchromung aus; es durch den sich bildenden Gasvorhang aus der Kühl- besaß eine Rockwellhärte von 70 an der Oberfläche kammer 10 herausgenommen, um es an Luft auf und eine solche von 52 im Kern. Außerdem zeichnete Raumtemperatur abzukühlen. 35 sich dieses Zahnrad durch eine bemerkenswerte Ver-

Das Werkstück besitzt ein in F i g. 3 dargestelltes besserung der Korrosionsbeständigkeit und der Ver-

Gefüge. Die inchromierte Zone B und die Chrom- Schleißfestigkeit im Vergleich zu einem gewöhn-

karbid enthaltende inchromierte Zone C liegen über- liehen Zahnrad aus.

einander auf einem Grundgefüge A aus Ferrit oder _R . . , ,

Perlit. Da das Werkstück in der Kühlkammer bis auf 40 » e 1 s ρ 1 e 1 J

eine Temperatur abgekühlt worden ist, unterhalb der Untersucht wurde ein außen glatter runder Stat

ein schädlicher Einfluß der Eisenchlorid enthaltenden von 9,5 mm Durchmesser und 50 mm Länge dei

Atmosphäre nicht mehr besteht, besteht keine Ge- nachstehenden chemischen Zusammensetzung,
fahr einer Entchromung. Infolgedessen zeichnet sich

das Werkstück durch hohen Glanz aus. 45 —

Gemäß F i g. 2 kann an die Stelle der Kühlkammer Stahlart

eine Abschreckkammer 18 mit einem öltank 17 tre- Kohlenstoff- Nicdrigman- Chrom-

ten, um das Werkstück abschrecken zu können. Das ^stahI
Grundgefüge eines abgeschreckten and bei 180 bis

600" C angelassenen Werkstücks besteht aus Marten- 50 Chemische

^Slt'„ ·..,.. . - - ~ . ·*, Zusammen-

Bei der Vorrichtung nach F1 g. 2 kann ein Vor- setzune (%)

hang aus nichtoxydierendem Gas an die Stelle der C 0 43 0 23 0 22

Zwischentür 13 treten. An Stelle von Chromchlorid <- q'~\ g'jy Q21

kann das erfindungsgemäße Verfahren mit Chrom- ₅₅ «. q',o /35 q 72

jodid, Chromfluorid oder auch Tttanhalogenid, bei- ρ 0021 0019 0017

spielsweise Titanchlorid oder Siliziumhalogenid „ 0016 0020 0016

durchgeführt werden. P ' ' j'q·.

Der vordere Teil der Vorrichtung kann auch mit -J q^j
einem Gasrohr 19 zur Bildung eines Gasvorhangs 60 ° '
und einer Vorwärmkammer 21 mit eir-er Vordertür

20 versehen sein, um die Werkstücke in der Kammer I_n einen Ofen mit von außen regelbarer Atmo

21 vorzuwärmen. Sphäre wurden Proben und ein Chromchlorid erzeu

gendes Material eingebracht. Nach dem Entfernei

B e i s ρ i e I 1 65 der Luft aus dem Ofen wurden die Feinpartikeln au;

Chromchlorid, die sich teilweise im geschmolzenei

Unter den nachstehenden Bedingungen wurde ein Zustand und innerhalb des Ofens oder an der Wan für eine chemische Maschine bestimmtes Zahnrad dune befanden, aufeewirbelt. indem die Ofentempe

ratur auf ungefähr 1000° C erhöht wurde. Nach un- B e i s ρ i e 1 5

eefahr fünfstündiger Behandlung wurde eine kleine

Menge Methan eingeleitet. Abschließend wurden die Eine Gliederkette von 7,1 mm Normalabmessung

Proben aus Z Ofenhitze in öl so abgeschreckt, daß und 20,2 mm Teilung und eine Ghederkette von eine Oberflächenoxydation verhindert wurde. Danach 5 9,5 mm Normalabmessung und 28 6 mm Teilung aus wurden die Proben bei 180 bis 600° C angelassen. einem schweißbaren Stahl mit 0,23% C, 0,21 % bi,

Das Gefüge der Probe I zeigte eine chromzemen- 1,43«/« Mn, 0,012«/. P und 0,023»/. S, wurden enltierte Zone B von etwa 15 μΐη Dicke und eine sprechend Beispiel 3 mit einer inchromierten Zone B Chrom-Chromkarbidzone· C von ungefähr 20 μΐη von durchschnittlich etwa 17 .,un Dicke^ und einer Dicke sowie einen martensitischen Kern. io Chrom-Chromkarbidzone C von durchschnittlich

Wurden dagegen Proben II langsam im Ofen ab- 24 μΐη Dicke und einem Kern A aus angelassenem eekühlt dann ergab sich eine Chromzone B mit einer Martensit versehen (F i g. 3, 5). Die Härte der Zone C Dicke von 15 (im und eine Chrom-Chromkarbid- war am größten, die Zonetf besaß die Härte einer zone C von 20 um Dicke sowie ein ferriüscher oder Eisen-Chrom-Legierung und der Kern die Härte eines oerlitischer Kern A' (Fi g. 6). ¹S angelassenen Martensits (F i g. 10).

Nach einem üblichen Inchromieren bei 1000⁰C Beim Vergüten ändert sich infolge der Gefüge-

über 5 Stunden mit langsamem Kühlen im Ofen er- umwandlung sowohl in der Zone C als auch in der gaben sich Proben III mit einer entkohlten Zone D Zone B und im Kern A das spezifische Volumen, so lus Ferrit und einer Picke von 10 μΐη, einer Chrom- daß entsprechend Fig. 11 eine Druckspannung in zone E mit einer Dicke von 5 μηι und einer 20 μπι ao der Außenzone und eine Zugspannung im Kern entdicken Chromzone F sowie einem ferritisch-perliti- steht. Demzufolge ergibt sich eine bessere Dauerschen Kern A' (F i g. 7). festigkeit der Kette.

Je zwei der Proben dieses Versuchs wurden unter Beispiel 6

Verwendung von Maschinenöl als Schmiermittel unter einer Belastung von 500 kp einem Verschleiß- 25 Untersucht wurden eine übliche Ghederkette 1 von versuch entsprechend Fig. 8 unterworfen, um die 7,1 mm Normalgröße und 20,2 mm Teilung aus einem Durchmesserverringerung zu messen. Stahl mit 0,23% C, 0,21% Si, l,43%Mn, O,O12«/oP

Der jeweilige Verschleißverlust ergibt sich aus dem und 0,023 % S, sowie eine nach dem erfindungsgemä-

ΐ Diagramm der Fig. 9, das deutlich die Überlegen- Ben Verfahren behandelte Gliederkette II mit unge-

■' heit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren be- 30 fähr 24 μΐη dicker Chrom-Chromkarbidzone C und

?> handelten Proben 1 und II erkennen läßt. ungefähr 17 μπι dicker Chromzone. Beim Losen-

- hausen-Versuch erwies sich die Kette H als wesent-

A Beispiel 4 _{lich besser} ^_{5 die} übliche Kette I, wie der Kurven-

Nachdem Proben in Übereinstimmung mit Bei- verlauf im Diagramm der F i g. 12 zeigt,

spiel 3 mit einer Chromzone versehen worden waren, 35 ».:.„;„, ₇

wurden ungefähr 10 bis 200g pro 100kg Kohlen- neispi-i

stoffpulver mit einem Korndurchmesser unter 1 mm Eine Oberflächenbehandlung mittels des üblichen

in den Ofen eingebracht, um Chromkarbid zn bilden. Inchromierens wurde an einer Gliederkette I von Die Proben wurden entsprechend Beispiel 3 angelas- 7,1 mm Normalgröße und 20,2 mm Teilung durch- ff sen und im Ofen abgekühlt; sie besaßen eine Chrom- 40 geführt, die aus Stahl mit 0,23 %> C, 0,21% Si,

Chromkarbidzone auf einer Chromzone sowie eine l,43°/o Mn. 0,012% P und 0,023% S bestand. Das Verschleißfestigkeit wie die Proben I und II des Bei- Gefüge der Kette bestand aus einem ferritisch-perlitispiels 3 sehen Kern sowie je einer entkohlten Ferritzone,

Ähnliche Ergebnisse lassen sich erreichen, wenn einer Chrom-Diffusionszone und einer Chromzone, die Oberflächenzone karbonitriert wird. In jedem 45 Die durchschnittliche Dicke jeder Zone betrag 9 bis Falle ergibt sich eine korrosionsbeständige und ver- 48 μΐη, 10 bis 17 pm und 11 bis 24 μπι.
schleißfeste Oberzone, die weder in der Atmosphäre Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren be-

noch in Süßwasser, Seewasser, Salpetersäure oder handelte angelassene Probe II besaß entsprechend organischen Säuren rostet. Dabei ist das Chrom in Fig. 3 und 5 eine Chromzone B und eine Chromhinreichendem Maße in das Eisen hineindiffundiert, 50 Chromkarbidzone C sowie einen Kern A aus angeso daß, selbst wenn eine örtlich hohe Last auf das lassenein Martensit Die durchschnittliche Dicke de Werkstück einwirkt, <fie mefaumierte Zone mit gro- Zone B betrug 13 bis 17 pm, die der Zone C 14 bfc ßer Sicherheit daran gehindert wird, sich abzulösen. 24 pm.

Ferner erhält das Wertstück durch das Abschrecken Auf Grand der Ergebnisse voa Verschleißverstt

und Anlassen einen Kern aus angelassenem Marten- 55 eben nrit den Proben I und Π ergab sich das ή sit. Damit erg»* sieb bei erhöhter Bruchfestigkeit Fig. 13 dargestellte Diagramm. Bei dem VerschleäB eine hinreichende Festigkeit gegen Flächenpressung versuch wurde Maschinenöl verwendet und die K
und ehe erhöhte Verschleißfestigkeit mit 11 belastet

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

von der Behandlungszeit und/oder der Chrom-Patentansprüche: konzentration in dei Gasphase abhängig ist. Wäh-

1. Verfahren zum Oberflächeniegieren, ins- rend des Gaschromierens werden dann zusätzlict besondere Inchromieren von Eisenwerkstoffen, noch sich bei der Inchromierungstemperatur zerset-

J bei dem das zu behandelnde Werkstück bei er- 5 zende Kohlenwasserstoffe in die Gasphase eiagelcitet höhter Temperatur mit einem gasförmigen Me- so daß gleichzeitig mit dem Chrom aus der HaIotallhalogenid in Berührung gebracht wird, da- genidzersetzung auch ein hochaktiver Kohlenstoff aus durch gekennzeichnet, daß zusätzlich der Kohlenwasserstoffzersetzung anfallt. Der Zersetsich bei der Behandlungstemperatur zersetzende zungskohlenstoff verbindet sich mit dem Halogemd-Kohlenwasserstoffe in die Gasphase eingebracht w chrom zu Chromkarbid, das seinerseits in die Oberwerden, flächenzone eingebettet wird Durch Steuerung dei

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet Mengenanteile kann bei dem erfindungsgemäßen durch ein Abkühlen des Werkstoffs in einer nicht Verfahren eine gewünschte Menge Chromkarbid in oxydierenden, eisenhalogenidfreien Atmosphäre. eine Bettungsmasse aus Chrom oder einer Chrom-

r

3. Verfahren nach Anspruch 2, dedurch ge- 15 Eisen-Legierung iokorporiert werden.

kennzeichnet, daß das Werkstück abgeschreckt Vorzugsweise wird das oberflachenlegierte Werkwird, stück in einer Kühlkammer unter einer nichtoxydie-

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, renden Atmosphäre abgekühlt oder abgeschreckt. An dadurch gekennzeichnet, daß Kohlenstoffpulver Stelle der Kohlenwasserstoffe kann auch Kohlenstoffin die Gasphase eingebracht wird. 20 pulver in die Gasphase eingebracht werden. Außer-

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dem kann das Werkstück vor dem Oberflächenlegiedadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen- rer. auch zunächst mit einer aufgekohlten oder karzone des Werkstücks zunächst aufgekohlt oder bonitrierten Oberflächenzone versehen werden,
karbonitriert wird. Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von

25 Ausfiihrungsbeispielen und der Zeichnung des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichiung

zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, F i g. 2 eine Seitenansicht einer ähnlichen Vorrich-