DE2203598A1 - Verfahren zur Oberflächenhärtung von Titan und dessen Legierungen und auf diese Weise erhaltene Produkte - Google Patents
Verfahren zur Oberflächenhärtung von Titan und dessen Legierungen und auf diese Weise erhaltene ProdukteInfo
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Description
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20.1.1972 r"- " " 1r
SOCIETE NOUYELLE DES ACIERIES DE POMPEY et LABORATOIRE DE PHYSIQUE DE L1ETAT METALLIQUE
"Verfahren zur Oberflächenhärtung von Titan und dessen Legierungen
und auf diese Weise erhaltene Produkte."
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Oberflächenhärtung von Titan und dessen Legierungen; sie "betrifft
gleichfalls die auf diese Art erhaltenen Produkte.
Es ist bekannt, dass Titan und dessen Legierungen schlechte Reibeigenschaften besitzen. Es sind bereits Versuche unternommen
worden, diesem Übel dadurch abzuhelfen, dass versucht wurde, die Oberflächenhärte durch ein Nitrierhärtungsverfahren in einem Salzbad
zu vergrössern.
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Die erhaltenen Ergebnisse waren mittelmässig, was die Anmelderin
veranlasst hat, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die Oberflächenhärte
des Titans und seiner Legierungen hinreichend tief beträchtlich verbessert werden kann.
Das der vorliegenden Erfindung entsprechende Verfahren ist dadurch
gekennzeichnet, dass das Titan und seine Legierungen einer Nitrierung bei einer Temperatur unterzogen wird, die höchstens ungefähr
1.05O0C und mindestens gleich der Vergütungstemperatur des
Metalles ist.
Einer bevorzugten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung
entsprechend wird ein ionisches Nitrierhärteverfahren durchgeführt,
das eine sehr kurze Behandlungsdauer zulässt und jegliche Beschädigung des Zustandes der Metalloberfläche vermeidet; vorteilhafterweise
wird hier reiner Stickstoff statt Ammoniak verwendet, da der
freie Sauerstoff durch die Dissoziation des Ammoniaks die Neigung hat, das Metall und besonders dessen Oberflächenschicht spröde zu
machen.
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung kann die Nitrierung bei einer Temperatur zwischen 850 und 1.0000C entsprechend der maximalen
Löslichkeit des Stickstoffes in dem Metall ausgeführt werden; es kann auf diese Weise eine Oberflächen-Vickers-Härte in der Grössenordnung
von 600 bis 800 je nach der Temperatur der Behandlung erreicht werden, wobei die ursprüngliche Vickers-Oberflächenhärte
z.B. in der Gröss enordnung von 330 liegt. Diese Behandlung lässt an
der Oberfläche eine dünne Schicht entstehen, die z.B. eine Dicke in der Grössenordnung von 5 bis 15 Mikron hat und sehr stabiles
Nitrid TiN enthält und die unter dieser Schicht eine beträchtliche Menge von Stickstoff in fester Lösung in der hexagonalen cC -Phase
einbringt. Die Härte des Metalles, die in dieser unteren Schicht von ungefähr 5 Ms 50 Mikron-Dicke erreicht wird, ist verhältnismässig
bescheiden, da sie lediglich einer Härtung durch feste Lösung entspricht
.
Einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung entsprechend wird das genannte Nitrierhärteverfahren bei einer Temperatur oberhalb
der Vergütungstemperatur des Metalles, z.B. zwischen 85O und
1.000 0C durchgeführt und daran anschliessend ein Vergütungsverfahren
ausgeführt. In der Mehrzahl der Fälle wird dieses Vergütungsverfahren
bei einer Temperatur in der Grössenordnung von 500 bis 600 0C durchgeführt, was der optimalen Spanne der Vergütungstemperaturen
für Titan und der Mehrzahl von dessen Legierungen entspricht. Dieses Vergütungsverfahren kombiniert mit dem Nitrierhärte-
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verfahren ermöglicht eine Vergrösserung der Oberflächenhärte des
Metalles, ebenso in der Oberflächenschicht wie in der genannten darunterliegenden Schicht. Auf diese Weise kann die Oberflächen-Vickers-Härte
ungefähr von 850 (nach Nitrierung bei 8000G) bis ungefähr
1.400 (nach Vergüten bei 6000C) für die Legierung TA VE 2
steigen. Diese beträchtliche Vergrösserung der Härte ist im wesentlichen auf die während des Härtens sich einstellende Ausfällung
sehr kleiner !artikel von Nitrid Ti^N (quadratische Phase) in der
hexagonalen Phase zurückzuführen, wobei dieses Ausfällen aus der beträchtlichen Verringerung in der Grössenordnung von 50 fo der Löslichkeit
des Stickstoffes in der hexagonalen Phase bei dieser Temperatur folgt. Die Zone, in der diese Härtung durch Ausfällen sich
bemerkbar macht, erstreckt sich über etwa 50 Mikron von der Metalloberfläche aus. Seine Ausdehnung kann jedoch noch grosser sein, wenn
das zwischen 850 und 1.0000C ausgeführte Nitrier-Härteverfahren über
längere Zeit ausgeführt wird (im allgemeinen wird eine derartige Behandlung während einer Zeitdauer in der Grössenordnung von 1.bis zu
15 Stunden oder mehr ausgeführt).
Nach einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung wird die
Nitrierung direkt bei einer Temperatur zwischen 500 und 6000C ausgeführt,
die im wesentlichen der Vergütungstemperatur des Metalles entspricht. Bei dieser Temperatur ist die Dauer der Behandlung, um
eine Oberflächenhärte in der Grössenordnung der im vorausgegangenen angeführten zu erhalten, bedeutender und die Zone, die der festen
Lösung von Stickstoff in der hexagonalen Phase entspricht, ist deutlich kleiner.
Nach einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung wird die
genannte Nitrierung gleichzeitig mit der Härtungsbehandlung durchgeführt, während die Vergütungsbehandlung, die dieser folgt, mit der
Vergütungsbehandlung vertauscht wird, die gewöhnlich nach einer Härtebehandlung
folgt, sodass die so erhaltenen Produkte optimale mechanische Eigenschaften besitzen.
Wenn die Behandlung der Nitrierung bei hoher Temperatur und der Vergütung nicht genau mit einer Behandlung der Härtung und Vergütung
ausgetauscht werden kann , die der Legierung ihre optimalen mechanischen Eigenschaften gibt, sind diese nur wenig schlechter als sie
bei Nichtvorhandensein der Nitrierung sein könnten, ausgenommen was
die beträchtlich erhöhte Oberflächenhärte betrifft. In sehr vielen Fällen machte sich diese leichte Verminderung der mechanischen Eigenschaften
nicht bemerkbar. Die erzeugten nitrierten Schichten sind bis zur Vergütungstemperatur sehr stabil, was die Verwendung der
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nach, dem erf indungsgemassen Verfahren nitrierten Stücken bis zu
dieser Temperatur, d.h. "bis ungefähr 500 - 600 0O, ermöglicht, wobei
die genannten Stücke bis zu dieser Temperatur sehr gute Reibeigenschaften besitzen.
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Claims (8)
- PATENTANSPRÜCHE1J Verfahren zur Oberflächenhärtung von Titan und dessen Legierungen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nitrierung bei einer Temperatur von höchstens um 1.050° C und von mindestens einer Temperatur gleich der Vergütungstemperatur des Metalles durchgeführt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitrierung bei einer Temperatur zwischen 850 und 1.0000C, der maximalen Löslichkeit von Stickstoff in dem Metall entsprechend,ausgeführt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitrierung bei einer Temperatur zwischen 500 und 600° C,im wesentlichen der Vergütungstemperatur des Metalles entsprechend, ausgeführt wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitrierung bei einer Temperatur ausgeführt ist, die oberhalb der Vergütungstemperatur des Metalles liegt und das anschliessend eine Vergütungsbehandlung durchgeführt wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die_ Nitrierung gleichzeitig mit der Härtebehandlung durchgeführt wird, wobei die genannte Vergütungsbehandlung mit der Vergütungsbehandlung vertauscht werden kann, die gewöhnlich nach der Härtungsbehandlung durchgeführt wird.
- 6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgeführte Nitrierbehandlung eine Behandlung in Form einer ionischen Nitrierung ist. WA -a-··· ;,·>■■■?■
- 7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Nitrierbehandlung mit reinem Stickstoff durchgeführt wird.
- 8. Titan und Titanlegierungen, die mit dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 7 bearbeitet worden sind.9· Titan und Legierungen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Oberflächenschicht von einer Dicke in der Grossenordnung von 5 bis 15 Mikron besitzen, die Titan-Nitrid Ti N enthält,, und eine darunterliegende Schicht von einer Dicke in der G-rössenordnung 5 bis 50 Mikron besitzen, die feine Partikel von Titan-Nitrif Ti^N (quadratische Phase) enthält.209833/1054
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