DE2262186C3 - Verfahren zur Bildung einer Carbidschicht auf der Oberfläche eines Eisen- oder Eisenlegierungsgegenstandes in pulverförmigem Behandlungsmaterial - Google Patents
Verfahren zur Bildung einer Carbidschicht auf der Oberfläche eines Eisen- oder Eisenlegierungsgegenstandes in pulverförmigem BehandlungsmaterialInfo
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Description
Aus der deutschen Auslegeschrift 15 21 429 war bereits ein Verfahren zur Herstellung von Diffusionsüberzügen auf hochschmelzenden metallischen Stoffen
auf der Basis von Kobalt/Chrom/Wolfram durch Abscheidung von mindestens einem Metall, insbesondere
von Tantal, bekannt.
Eine Verwendung von Alkalifluorboraten ist hier
aber nicht vorgesehen.
In der deutschen Auslegeschrift 12 48 420 wird ein Verfahren zur Sinterung und gleichzeitigen Diffusionsveredelung
von Eisen- und Stahlgegenständen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung beschrieben. Die Gegenstände werden durch Verciner
Carbidschicht auf der Oberfläche eines Eisen- preßen unter einem Druck von 5 bis 9 to/cm2 geformt
oder Eisenlegierungsgegenstandes in pulverförmigem 45 und nach dem Diffusionsverfahren durch Einbetten in
Behandlungsmaterial, das aus dem mit dem Kohlen- ein Pulvergemisch aus feuerfestem Material und einem
stoff des Gegenstandes das entsprechende Carbid bil- oder mehreren Legierungsmetallen mit einer Diffudende
Metall, einem Aktivator und gegebenenfalls sionstemperatur, die etwa der Sintertemperatur des
einem inerten Streckmittel besteht, durch Einpacken Eisen- oder Stahlpulvers entspricht, und durch Erhitdes
Gegenstandes in das pulverförmige Material, Er- 50 zen in reduzierender Atmosphäre gleichzeitig in einem
hitzen des eingepackten Gegenstandes und Heraus- Arbeitsgang gesintert und diffusionsvergütet.
Auch hier ist die Verwendung von Alkalifluorboraten als Aktivatoren nicht vorgesehen.
Aus der deutschen Auslegeschrift 12 17 172 ist ferner ein Verfahren zum Überziehen eines eisenhaltigen
Gegenstandes mit einem anderen Metall auf dem Wege der Diffusion mit einer Halogenverbindung des
den Überzug bildenden Metalls bekannt. Die Diffusion wird in Anwesenheit von Ammoniumnitrat
durchgeführt.
Die Verwendung von Alkalifluorboraten als Akti-
nehmen des Gegenstandes aus dem pulverförmigen Material.
Verfahren zur Beschichtung bzw. zur Bildung einer Metallcarbidschicht auf der Oberfläche von Eisenmetallgegenständen
sind bereits bekannt.
Die Härte und Verschleißfestigkeit des Carbid Überzuges bzw. der Carbidschicht läßt aber noch zu
wünschen übrig.
Es besteht daher ein Bedürfnis an einem Eisenoder Eisenlegierungsgegenstandes mit einer darauf gebildeten
Carbidschicht, die eine verbesserte Härte und Verschleißfestigkeit aufweist, bzw. an einem Verfahren
zur Herstellung desselben.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Bildung einer Carbidschicht auf der Oberfläche
eines Eisen- oder Eisenlegierungsgegenstandes in pulverförmigem Behandlungsmaterial, das aus dem mit
vatoren ist auch hier nicht vorgesehen.
Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen die Zeichnungen und Abbildungen.
F i g. 1 stellt eine Mikrophotographie einer Titancarbidschicht auf Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt,
wie sie nach Beispiel 1 gebildet wurde, dar; F i g. 2 stellt eine nach Beispiel 1 erhaltene gra-
phische Darstellung dar, die die Wirkung des Gehaltes von Kaliumtetrafluorborat (KBF4) in dem Behandlunosmaterial
auf die Stärke der Titancarbidschicht
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die die im Beispiel 1 verwendeten Behandlungsbedingungen
zeigt;
Fi α. 4 ist eine Mikrophotographie, die eine Titancarbidschicht
zeigt, die nach Beispiel 3 (c) gebildet wurde;
F i £· 5 ist eine Mikrophotographie, die eine Hafniunicarbidschicht
zeigt, die bei 1050° C nach Beispiel 4 gebildet wurde;
Fi e. 6 ist eine Mikrophotographie, die eine Titancarbidschicht
zeigt, die nach Beispiel 5 gebildet wurde;
F i ß. 7 ist eine Mikrophotographie, die eine Vanadiumcarbidschicht
auf einem Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt zeigt und die bei 10500C und bei
8 Stunden Dauer in dem 10% KBF4enthaltenden Behandlungsmaterial
gebildet wurde;
die fI g. 8 und 9 sind nach Beispiel 6 erhaltene
graphische Darstellungen, die die Wirkungen des Gehaltes von KBF4 in dem Behandlungsmaterial und der
Erhitzungstemperatur auf die Stärke der Vanadiumcarbidschicht zeigen;
Fic. 10 ist eine graphische Darstellung nach Beispiel
7, und zeigt die Wirkung des Gehaltes an Kohlenstoff (einschließlich dem in dem zu behandelnden
Stahl enthaltenen) auf die Stärke der Vanadiumcarbidschicht;
F i si- Π ist eine Mikrophotographie, die eine Niobcarbidschicht
zeigt, die auf Stahl, der 0,1 % Kohlenstoff enthält, gebildet wurde;
Fig. 12 ist eine graphische Darstellung, die die in Beispiel 8 (c) verwendeten Behandlungsbedingungen
zeigt;
ρ j ι». 13 ist eine Mikrophotographie, die eine Vanadiumcarbidschicht
zeigt, die nach Beispiel 9(c) gebildet wurde;
Fig. 14 ist eine Mikrophotographie, die eine Niobcarbidschicht
zeigt, die nach Beispiel 10(a) gebildet wurde;
Fig. 15 ist eine Mikroohotographie, die eine WoIframcarbidschicht
zeigt, die nach Beispiel 11 gebildet wurde;
Fig. 16 ist eine graphische Darstellung, die nach
Beispiel 11 erhalten wurde und die die Wirkung des Gehaltes von KBF, in dem Behandlungsmaterial auf
die Stärke der Wolframcarbidschicht zeigt;
Fig. 17 ist eine graphische Darstellung, die die im Beispiel 12 verwendeten Behandlungsbedingungen
zeigt;
Fig. 18 ist eine Mikrophotographie, die eine Wolframcarbidschicht
zeigt, die nach Betspiel 13 (b) gebildet wurde, und
Fig. 19 ist eine Mikrophotographie, die eine Molybdäncarbidschicht
zeigt, die nach Beispiel 14 (a) gebildet wurde.
Es wurde bei der Durchführung einer großen Anzahl praktischer Versuche festgestellt, daß die auf die
erfindungsgemäße Weise gebildeten Carbidschichten eine große Härte und eine überlegene Widerstandsfähigkeit
gegenüber Abrieb aufweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist demgemäß besonders geeignet
zur Oberflächenbehandlung von Werkzeugen, Formen und Teilen aller Arten von Vorrichtungen.
Es ist sehr leistungsfähig und es wurde festgestellt, daß die so erhaltenen Carbidschichten mit der Oberfläche
des Gegenstandes fest verbunden und eng integriert sind und daß sie außerdem eine dichte und einheitliche
Phase bilden.
Zur Herstellung des pulverförmigen Behandlungsmaterials
mischt man ein Alkalitetrafluorboratpulver und das Pulver des Metalls, das Titan (Ti), Zirkonium
(Zr), Hafnium (Hf), Vanadium (V), Niob (Nb), Tantal (Ta), Molybdän (Mo) oder Wolfram (W) enthält,
miteinander. Als Alkalitetrafluorborate werden
ίο Kaliumtetrafluorborat(KBF4), Natriumtetrafluorborat
(NaBF4) und/oder Ammoniumtetrafluorborat (NH4BF4) verwendet. Die Alkalitetrafluorborate wirken
bei dieser Behandlung als Aktivatoren.
Als Metallpulver können Zirkonium-, Hafnium-, Vanadium-, Niob-, Molybdän-, Wolfram-Metalle
oder deren Legierungen in denen diese den Hauptbestandteil des Behandlungsmaterials bilden, verwendet
werden. Zu den Legierungen gehören Legierungen mit Eisen, Nickel. Kobalt, Mangan, Aluminium
u. dgl. Besonders die Legierungen mit Eisen, d. h. Eisenlegierungen, sind als Metall des Behandlungsmaterials geeignet, da die meisten Eisenlegierungen
billig und leicht zu erhalten sind. Es wird bevorzugt, daß das Alkalitetrafluorborat und die Metallpulver
-5 eine Körnung von 0,42 mm oder weniger haben. Das Alkalitetrafluorborat wird vorzugsweise in einer
Menge von 1 bis 30 % verwendet.
Um eine Verfestigung des Behandlungsmaterials zu vermeiden, kann eine inaktive pulverförmige Substanz
mit einem hohen Schmelzpunkt, wie Aluminiumoxid (Al2O.,), Bornitrid (BN), Chrom(IlI)-oxid (Cr2O1) in
der gleichen Menge wie das Behandlungsmaterial zugegeben werden.
Der Eisen- oder Eisenlegierungsgegenstand muß mindestens 0,02% Kohlenstoff enthalten. Der Kohlenstoff
in dem Gegenstand wird während der Behandlung zu einem Bestandteil des Carbids. Es wird
angenommen, daß der Kohlenstoff in dem Gegenstand zu dessen Oberfläche diffundiert und sich mit
dem Metall aus dem Behandlungsmaterial unter Bildung des Carbids auf der Oberfläche der Gegenstände
umsetzt. Ein höherer Gehalt an Kohlenstoff in dem Gegenstand wird zur Bildung der Carbidschicht bevorzugt.
Ein Eisen- oder Eisenlegierungsgegenstand, der weniger als 0,05% Kohlenstoff enthält, bildet
dagegen keine gleichmäßige und starke Carbidschicht. Solange die Eisen- oder Eisenlegierungsgegenstände
mindestens 0,02% Kohlenstoff enthalten, können alle Arten von Eisen- oder Eisenlegierungsgegenstände
verwendet werden.
Die Erhitzungstemperatur schwankt im Bereich von 600 bis 1200° C. Bei einer Erhitzungstemperatur unterhalb
von 600° C kann eine ausreichend starke Carbidschicht auf der Oberfläche des behandelten Gegen-Standes
nicht gebildet werden, und im Falle, daß eine Temperatur oberhalb von 12000C gewählt wird,
sintert das pulverförmige Behandlungsmaterial und der behandelte Gegenstand bildet mit dem Behandlungsmaterial
ein einheitliches Ganzes. Damit wird aber die Eigenschaft des Eisen- oder Eisenlegierungsgegcnstandes
verschlechtert. Der bevorzugte Bereich der Erhitzungstemperatur liegt bei 700 bis 1000 C.
Wenn Eisenlegierungen bei Erhitzungstemperaturen oberhalb des Umwandlungspunktes der Eisenlegierungsgegenstände
zur schnelleren Bildung des Carbids behandelt werden, kann bei den Gegenständen eine
Verformung wegen der Umwandlung der eisenhaltigen Legierungsgegenstände eintreten. Die Verfor-
mung kann natürlich dadurch vermieden werden, daß man die Erhitzungstemperatur unter 800° C senkt.
Die Erhitzungszeit hängt von der Stärke der zur Bildung vorgesehenen Carbidschicht ab. Durch Erhöhung
der Erhitzungszeit kann die Stärke der Carbidschicht entsprechend erhöht werden. Bei der praktischen
Durchführung wird eine annehmbare Stärke der Schicht in 1 bis 30 Stunden erreicht. Bevorzugt
wird eine Erhitzungszeit von 2 bis 10 Stunden.
Die Behandlungsbedingungen wurden oben angegeben. Jedoch können die Bedingungen entsprechend
der Art der zur Bildung vorgesehenen Carbidschicht etwas schwanken. Wenn eine Carbidschicht mit einem
Element der Gruppe IV-a des Periodensystems, wie eine Titancarbidschicht oder Zirkoniumcarbidschicht
gewünscht wird, sollte der zur Behandlung vorgesehene Eisen- oder Eisenlegierungsgegenstand vorzugsweise
0,1 % Kohlenstoff oder mehr enthalten. Die Behandlungstemperatur sollte vorzugsweise im Bereich
von 700 bis 10000C liegen. Das pulverförmige Behandlungsmaterial sollte aus 0,5 bis 60 0Zo Alkalitetrafluorborat
und 40 bis 99,5% Metall, das ein Element der Gruppe IV-a enthält, zusammengesetzt
sein.
Wenn eine Carbidschicht eines Elements der Gruppe V-a, wie eine Vanadiumcarbidschicht oder
Niobcarbidschicht gewünscht wird, sollte der zur Behandlung vorgesehene Eisen- oder Eisenlegierungsgegenstand
vorzugsweise 0,05 %> Kohlenstoff oder mehr enthalten. Die Behandlungstemperatur sollte
vorzugsweise im Bereich von 750 bis 1000c C liegen. Das pulverförmige Behandlungsmaterial sollte aus 0,5
bis 80 % Alkalitetrafluorborat und 20 bis 99,5 % Metall, das ein Element der Gruppe V-a enthält, zusammengesetzt
sein.
Wenn man eine Molybdäncarbidschicht oder WoIframcarbidschicht
herzustellen wünscht, sollte der zur Behandlung vorgesehene Eisen- oder Eisenlegierungsgegenstand
vorzugsweise 0,1 °/o Kohlenstoff oder mehr enthalten. Die Behandlungszeit sollte vorzugsweise
im Bereich von 750 bis 1000° C liegen. Das pulverförmige Behandlungsmaterial sollte aus 0,5 bis 45 %
Alkalitetrafluorborat und 55 bis 99,5 °/o Metall, das Molybdän oder Wolfram enthält, zusammengesetzt
sein.
Es ist nicht erforderlich, das Verfahren der vorliegenden Erfindung in einer Wasserstoff- oder nichtoxidicrenden
Atmosphäre durchzuführen. Das Verfahren kann aber sowohl in einer Luft- als auch inerten
Gasatmosphäre durchgeführt werden.
Um die ausgezeichnete Wirkung der Fluorborate als Aktivatoren zu veranschaulichen, werden in der
folgenden Tabelle die Ergebnisse von Vergleichsversuchen unter Verwendung von Ammoniumchlorid,
ίο Lilhiumfluorid, Natriumfluorid und Kaliumfluorid als
Aktivatoren angeführt.
Die Versuchsbedingungen waren folgende: Werkzeugstahl von 7 mm Durchmesser und 15 mm Länge,
der 0,9 bis 1,0 °/o Kohlenstoff enthielt, wurde als Testprobe bei allen Versuchen verwendet und 5 Stunden
bei 10000C einer Wärmebehandlung unterworfen unter Verwendung von verschiedenen Behandlungspulvern.
Nach der Behandlung werden die Proben aus dem Behandlungspulver genommen und an einer Glasfläche gerieben. Die Proben, die eine
Schramme auf der Glasoberflächc bewirken, wurden als solche klassifiziert, bei denen sich die Carbidüberzugsschicht
gebildet hatte. Die Proben wurden in der Tabelle mit 0 gekennzeichnet.
Die Proben, die keine Schramme auf der Glasoberfläche bewirkten, wurden als solche klassifiziert, bei
denen sich keine Carbidüberzugsschicht gebildet hatte. Diese wurden in der Tabelle mit X gekennzeichnet.
Aus den in der Tabelle angeführten Ergebnissen läßt
sich ersehen, daß Ammoniumchlorid zwar ein zufriedenstellender Aktivator sowohl in einer Argon- als
auch in einer Wasserstoffatmosphäre ist, daß er jedoch in atmosphärischer Luft instabil ist, in der die
Carbidüberzugsschicht in vielen Fällen auch nicht gebildet wird. Auch Halogenide, wie Lithiumfluorid,
Natriumfluorid und Kaliumfluorid, sind in atmosphärischer Luft nicht sehr wirksam.
Zum Unterschied zu diesen Halogeniden ermöglichen die Alkalifluorborate nicht nur die Bildung
einer Carbidüberzugsschicht in einer Argon- und Wasserstoffatmosphäre, sondern auch in der atmosphärischen
Luft, weil die Alkalifluorborate auch darin stabil sind. Alkalifluorborate sind also nicht nur
sehr wirksame Aktivatoren, sondern auch den bisher bekannten Aktivatoren überlegen.
Behandlungspulver (Gewichtsprozent) |
(A) | 03) | Luft | NH4Cl | LiF | NaF | KF | Argon- Atmosphäre |
0 | H2- Atmosphäre |
0 |
Menge des einzudiffun dierenden Metalls |
lO°/o | Aktivator KBF4 |
0 | X | 0 | 0 | Aktivator KBF4 NH4Cl |
0 | Aktivator KBF4 NH4C) |
0 | |
Fe-V 90% | 5% | — | 0 | 0 | — | — | — | 0 | 0 | 0 | 0 |
Fe-V 950/0 | 5°/o | 40% | 0 | X | X | X | X | 0 | 0 | 0 | 0 |
Fe- V55°/o | 10% | — | 0 | 0 | X | 0 | 0 | 0 | X | 0 | X |
Fe-Nb 900O | 5% | — | 0 | X | — | — | — | 0 | X | 0 | X |
Fe-Nb95°/o | 5% | 40% | 0 | X | X | X | X | 0 | 0 | ||
Fe-Nb 55 "/ο | 10% | — | 0 | — | X | X | X | 0 | 0 | * | |
Fe-Ti 900/0 | 10% | 0 | X | X | X | ||||||
Fe — Mo90°/o | 0 | ||||||||||
(A) = Menge des Aktivators.
(Β) = Menge des inaktiven Material«. (Ai2O5).
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Verschiedene Arten von pulverförmigen Behandlungsmaterialien aus 85 bis 99,5 °/o Ferrotitanpulver
(42°/o Titan, 0,04",O Kohlenstoff und Rest Eisen) mit
einer Siebgröße von 0,147 mm und der Rest des Gemisches KBF1 mit einer Siebgröße von 0,074 mm,
wurden in Eisenbehälter von 50 mm Innendurchmesser und 40 mm Höhe gegeben und anschließend
Probestücke 5 mm dick, 10 mm breit und 10 mm lang aus Werkzeugstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt
(Kohlenstoffgehalt 1,00 bis 1,10%) in die jeweiligen Behandlungsmaterialien in den Behältern eingepackt
und an der Luft bei 10500C 8 Stunden erhitzt und
anschließend an der Luft abgekühlt. Alle Probenstücke wurden durchgeschnitten, um ihren Querschnitt
mittels Mikroskop zu untersuchen. Einige Probenstücke wurden außerdem mittels Röntgenbeugung
untersucht. Es wurde festgestellt, daß auf der Oberfläche aller Probenstücke eine Titancarbidschicht gebildet
worden war. Weiterhin wurde festgestellt, daß die Carbidschicht aus Kristallen von Titancarbid TiC
bestand. Die Vickers-Härte der Schicht wurde mit über Hv 2900 gemessen.
Die in F i g. 1 gezeigte Mikrophotographie zeigt das Probestück, das bei 1050° C 8 Stunden in dem pulverförmigen
Behandlungsmaterial, das aus 10% KBF4 und 90 % Ferrotitan zusammengesetzt war, behandelt
wurde. Die Mikrophotographie zeigt, daß eine ausgezeichnete Titancarbidschicht auf der Oberfläche des
Probestücks sich gebildet hat.
F i g. 2 ist eine nach diesem Beispiel erhaltene graphische Darstellung und zeigt die Wirkung des Gehalles
von KBF4 in dem Bchandlungsmaterial auf die Stärke der Carbidschicht, die auf Werkzeugstahl mit
hohem Kohlenstoffgehalt gebildet worden war. Wie in F i g. 2 aufgezeigt, erhöht sich die Stärke der gebildeten
Carbidschicht schnell von 12 auf über 30μΐτι bei
Erhöhung des Gehaltes von KBF4 von 0,5 auf 1 %, dann bleibt die Stärke der Schicht nahezu konstant,
d. h. bei etwa 30 bis 40 um, obgleich der Gehalt an
KBF4 erhöht wird.
Dem Beispiel ist zu entnehmen, daß eine ausgezeichnete Titancarbidschicht gebildet werden kann
mit dem Behandlungsmaterial, das mindestens 0,5 % KBF4 enthält.
Analog Beispiel 1 wurden Proben aus Werkzeugstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt bei einer Temperatur
von 600 bis 1050° C 4 Stunden in pulverförmigen Behandlungsmaterialien, die aus 10 bis 80%
KBF4 und der Rest aus Ferrotitan zusammengesetzt waren, behandelt. Dann wurden alle behandelten Proben
aufgeschnitten und mikroskopisch untersucht. Die Ergebnisse sind, ob die Titancarbidschicht gebildet
wurde oder nicht, in F i g. 3 mit den dazugehörigen Behandlungsbedingungen angegeben. In F i g. 3 sind
auf der Ordinate und der Abszisse die Behandlungstemperatur, bzw. der Gehalt an KBF4 in dem Behandlungsmaterial
aufgetragen, und die runden Markierungen zeigen die Titancarbidschicht, die unter den
Bedingungen, die für jede der Markierungen gelten, gebildet wurden. Die Probestücke, die in dem Behandlungsmaterial,
das 60% KBF4 enthielt, gebildet wurden, wiesen teilweise 2 Schichten, d. h. die Titancarbidschicht
und die Borvcrbinduncsschicht auf.
Diesem Beispiel ist zu entnehmen, daß es möglich ist, die Titancarbidschicht bei einer Temperatur von
600c C zu bilden.
Analog Beispiel 1 wurden Probestücke aus Werkzeugstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt bei 10000C
4 Stunden in allen der folgenden pulverförmigen Behandlungsmaterialien (a), (b) und (c) behandelt.
(a) Behandlungsmaterial aus 90% Ferrotitan, Siebgröße (lichte Maschenweite bis 0,149 mm und
10% NaBF1, Siebgröße bis 0,149 mm;
(b) Behandlungsmaterial aus 70% Ferrotitan, Siebgröße bis 0,149 mm und 30 % NaBF4, Siebgröße
bis 0,149 mm;
(c) Behandlungsmaterial aus 90 % Ferrotitan, Siebgröße bis 0,149 mm und 10% NaBF4, Siebgröße
bis 0,074mm.
Die in jedem der Behandlungsmaterialien (a), (b) und (c) behandelten Probestücke wiesen Titancarbidschichten
von 25 bzw. 20 und 25 μΐη auf.
Die Mikrophotographie von einem der Probestücke, das mit dem Behandlungsmaterial (c) behandelt
wurde, zeigt F i g. 4.
Probestücke von Werkzeugstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt wurden bei 600 bis 1050° C 4 Stunden
in dem Behandlungsmaterial aus 90% Ferrozirkoniumpulver (80% Zirkonium und Hafnium, Rest
Eisen), Siebgröße bis 0,149 mm und 10% KBF4-PuI-ver,
Siebgröße bis 0,074 mm, behandelt. Die behandelten Probestücke wiesen Carbidschichten von 3 μηι
bei 600?/C oder Carbidschichten von 20 μΐη bei
10500C auf. Durch Röntgenbeugungsuntersuchungen
wurde festgestellt, daß die gebildeten Carbidschichten aus Zirkoniumcarbid zusammengesetzt waren. Weiterhin
wurde mittels Elektro-Sonden-Mikroanalysier-Gerät (ESMA) festgestellt, daß die Schichten Hafnium
enthielten.
Die Mikrophotographie von F i g. 5 zeigt das bei 1050° C behandelte Probestück.
Probestücke 2 mm dick, 10 mm breit und 10 mm lang wurden aus Stahl mit niederem Kohlenstoffgehalt
(Kohlenstoffgehalt 0,05%) bei 10000C 4 Stunden
in dem Behandlungsmaterial behandelt, das aus 70% Ferrotitanpulver, Siebgröße bis 0,149 mm und
30% KBF4-Pulver, Siebgröße bis 0,074 mm zusammengesetzt
war. Bei den behandelten Proben wurden 2 Schichten, und zwar eine Ober- und Mittelschicht
gebildet. Die obere Schicht war etwa 3 um stark und
bestand aus Titancarbid. Die Mittelschicht wies etwa eine Stärke von 70 um auf und bestand aus einer
festen Lösung von Titan in Eisen. Die Mikrophotographie von F i g. 6 zeigt das nach diesem Beispiel
erhaltene Probestück.
Verschiedene Arten von pulverförmigen Behandlungsmaterialien mit 84 bis 99,5 % Ferrovanadiumpulver
(52 % Vanadium, 0,09 % Kohlenstoff und Rest Eisen), Siebgröße bis 0,149 mm und 0,5 bis 16%
KBF4-Pulvcr, Siebgröße bis 0.074 mm, wurden jeweils in Eisenbehälter gegeben, und dann Probestücke
5 mm dick, 10 mm breit und 10 mm lang, aus
609 609/278
Werkzeugstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt in jedes ' Gemisch von Behandlungsmaterialien in die Behälter
gepackt und an der Luft bei einer Temperatur von 850 bis 1050° C 8 Stunden in einem elektrischen Ofen
erhitzt. Die behandelten Probestücke wurden in der gleichen Weise, wie im Beispiel 1 angegeben, untersucht.
Es wurde festgestellt, daß eine Vanadiumcarbidschicht, wie in F i g. 7 gezeigt, auf der Oberfläche
aller Probestücke gebildet worden war. Die in F i g. 7 gezeigte Mikrophotographie stammt von der Probe,
die bei 10500C 8 Stunden in dem Behandlungsmaterial,
das lOe/o KBF4 enthielt, behandelt wurde.
Die F i g. 8 und 9 sind zu diesem Beispiel gehörende graphische Darstellungen und zeigen die Wirkungen
des Gehaltes an KBF4 in dem Behandlungsmaterial und der Behandlungstemperatur auf die
Stärke der auf Werkzeugstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt gebildeten Vanadiumcarbidschicht. Der F i g. 8
ist zu entnehmen, daß sich die Stärke der gebildeten Vanadiumcarbidschicht schnell auf etwa 15 μτη erhöht,
wenn man den Gehalt an KBF4 auf 0,5 % erhöht, und daß sich dann die Stärke der Schicht langsam
von etwa 15 auf etwa 23 um erhöht, wenn man entsprechend den Gehalt von KBF4 von 0,5 auf 5 %
erhöht. Im Falle, daß der Gehalt an KBF4 über 5 °/o
liegt, bleibt die Stärke der Carbidschicht konstant, d. h. beträgt etwa 23 μΐη. Im Hinblick auf die Behandlungstemperatur
nimmt die Stärke der gebildeten Carbidschicht allmählich von etwa 3 auf etwa 25 μπι bei
entsprechender Erhöhung der Behandlungstemperatur von 850 auf 1050° C zu.
Eine der gebildeten Carbidschichten wurde nach dem Röntgenbeugungsverfahren geprüft und es wurde
gefunden, daß die Schicht Kristalle von Vanadiumcarbid enthält. Außerdem wurde die bei 1050° C während
8 Stunden in demßehandlungsmaterial,das 100/o
KBF4 enthielt, gebildete Carbidschicht mittels einem Vickers-Härteprüfgerät mit Hv 2800 gemessen.
türen zwischen 700 und 10500C 4 Stunden in einen
Behandlungsmaterial, das 2 bis 80% KBF4 enthielt behandelt. Die Behandlungsbedingungen, bei denei
die Vanadiumcarbidschicht auf der Probe gebilde wurde, sind in Fig. 12 angegeben. Die runde Markie
rung gibt die Behandlungsbedingungen, die Behänd lungstemperatur und den Gehalt an KBF4 in dem Be
handlungsmaterial an.
Diesem Beispiel ist zu entnehmen, daß die Carbid schicht bei einer Temperatur von 700 bis 1050°(
und mit einem Behandlungsmaterial, das 2 bis 80°/ KBF4 enthält, gebildet werden kann. Weiterhin ist zi
beobachten, daß stärkere Carbidschichten bei höhe ren Behandlungstemperaturen gebildet wurden.
Analog Beispiel 6 wurden Proben aus Werkzeug stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt bei 10000C (ii
den Behandlungsmaterialien (d) und (f)) oder be 750° C (in den Behandlungsmaterialien (e)) 4 Stun
den in jedem der folgenden Behandlungsmaterialiet (d), (e) und (f) behandelt.
(d) Behandlungsmaterial mit einem Gehalt voi 90% Ferrovanadiumpulver, Siebgröße bii
0,149 mm und 10% NaBF.-Pulver, Siebgrößi bis 0,149 mm;
(e) Behandlungsmaterial mit dem Gehalt von 70°/. Ferrovanadiumpulver, Siebgröße bis 0,149 mn
und 30% NaBF.-Pulver, Siebgröße b« 0,149 mm;
(f) Behandlungsmaterial aus 90% Ferrovanadiura·
pulver, Siebgröße bis 0,149 mm und 10Vi
NH4BF4-Pulver, Siebgröße bis 0,074 mm.
40
Probestücke aus verschiedenen Arten von Flußstahl (Kohlenstoffgehalt 0,02, 0,05, 0.1, 0 2 und
0,35%) wurden bei 10500C 8 Stunden in dem Behandlungsmaterial,
das 10% KBF4 enthielt, in der gleichen Weise, wie in Beispiel 6 beschrieben, behandelt.
Die in diesem Beispiel erhaltenen Ergebnisse zeigt Fig. iO im Hinblick auf die Stärke der gebildeten
Carbidschicht und auf den Kohlenstoffgehalt des behandelten Stahles. Wie der Fig. 10 zu entnehmen
ist, erhöht sich die Stärke der gebildeten Carbidschicht mit dem zunehmenden Kohlenstoffgehalt des
Stahles.
Die in Fig. 11 gezeigte Mikrophotographie zeigt
das Probestück aus Stahl mit 0,1% Kohlenstoffgehalt Es sind 2 Schichten, d. h. eine Ober- und Mittelschicht,
auf der Mikrophotographie zu erkennen Dip obere Schicht bestätigte sich als Vanadiumcarbidschicht
mit einer Stärke von etwa 5,6 μπι und die Mittelschicht,
die etwa eine Stärke von 80 um aufweist ist eine Schicht aus einer festen Lösung von Vanadium
und Eisen.
Dem Beispiel ist zu entnehmen, daß stärkere Carbidschichten bei Stahl mit höherem Kohlenstoffgehalt
gebildet werden können.
Beispiel 8 6S
Analog Beispiel 6 wurden Probestücke aus Werkzeugstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt bei Tempera-Die
mit jedem der Behandlungsmaterialien (d), (e und (f) behandelten Probestücke wiesen Vanadium·
carbidschichten von etwa 8 bzw. 3 und 12 μΐη auf
Fig. 13 zeigt als Mikrophotographie eines dei
Beispiele, und zwar das Probestück, das mit dem Behandlungsmaterial
(c) behandelt wurde.
Analog Beispiel 6 wurden Probestücke aus Werkzeugstahl
mit hohem Kohlenstoffgehalt mit jedem dei folgenden Behandlungsmaterialien (g) und (h) behandelt.
(g) Behandlungsmaterial aus 90% Ferroniobpulvei (Gehalt 53,2% Nb, 8 % Ta, 0,06% Kohlenstofi
und Rest Eisen), Siebgröße bis 0,149 mm und 10% KBF4-Pulver, Siebgröße bis 0,074 mm;
(n, Behandlungsmaterial aus 40% Ferroniobpulver,
Siebgröße bis 0,149 mm und 60% KBF4-Pulver,
Siebgröße bis 0,074 mm.
Bei den Probestücken, die bei 1050° C 8 Stunden in dem Behandlungsmaterial (g) behandelt wurden,
wurde eine Niobcarbidschicht mit einer Stärke von 25 pm gebildet und bei dem Probestück, das 4 Stunden
bei 1000° C in dem Behandlungsmaterial (h) behandelt
wurde, wurde eine Niobcarbidschicht mit einer Stärke von 15 μπι gebildet. Die Mikrophotographie
von Fig. 14 zeigt das Probestück, das mit dem Behandlungsmaterial (g) behandelt wurde.
Verschiedene Arten pulverförmiger Behandlungsmaterialien, die 84 bis 99,5% Ferrowolframpulver
(Gehalt 78,7% W, 0,17% Kohlenstoff und Rest
Eisen), Siebgröße bis 0,149 mm, und 0,5 bis 16% KBF4-Pulver, Siebgröße bis 0,074 mm, enthielten,
wurden in die Eisenbehältcr gefüllt und dann die Probestücke 5 X 10 X 10 mm aus Werkzeugstahl
mit hohem Kohlenstoffgehalt in jedes der Behändlungsmaterialien in die Behälter eingepackt und bei
10500C 8 Stunden in einem elektrischen Ofen erhitzt.
Die behandelten Probestücke wurden in der gleichen Weise, wie im Beispiel 1 erläutert, untersucht.
Es wurde festgestellt, daß eine Wolframcarbidschicht, wie sie in Fig. 15 gezeigt wird, auf der
Oberfläche der Probestücke gebildet worden war. Die in Fig. 15 gezeigte Mikrophotographie zeigt das
Probestück, das in einem pulverfönrigen Behandlungsmaterial
mit einem Gehalt an 10% KBF4 behandelt wurde. Es wurde mittels Röntgenbeugungsverfahren
festgestellt, daß die Carbidschicht Wolframcarbid (Fe1W)8C enthielt.
Fig. 16 ist eine graphische Darstellung, die nach
diesem Beispiel hergestellt wurde, und diese zeig1, die
Wirkung des Gehaltes an KBF4 in dem Behandlungsmaterial auf die Stärke der Wolframcarbidschicht,
die auf Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt gebildet worden war.
Beispiel 12 *5
Analog Beispiel 11 wurden Probeslücke von Werkzeugstahl
mit hohem Kohlenstoffgehalt mit jedem der Behandlungsmaterialien behandelt, die 55 bis 90 70
Ferrowolframpulver, Siebgröße bis 0,149 mm, und 10 bis 45% K.BF4-Pulver. Siebgröße bis 0,074 mm,
enthielten, wobei die Behandlung bei 1050° C 4 Stunden durchgeführt wurde. Die Behandlungsbedingungen sind als Markierungen in Fig. 17 dargestellt.
Bei allen behandelten Probestücken wurden Wolframcarbidschichten auf den Oberflächen gebildet.
Bei Probestücken, die in Behandlungsmaterialien behandelt wurden, die mindestens 40% KBF4
enthielten, wurden Wolframcarbidschichten gebildet, die kleine Mengen Eisenborid enthielten.
Analog Beispiel 11 wurden Probestücke aus Werkzeugstahl
mit hohem Kohlenstoffgehalt bei 750° C 4 Stunden in den folgenden Behandlungsmaterialien
(i) und (j) behandelt.
(i) Behandlungsmaterial mit einem Gehalt an 55% Ferrowolframpulver, Siebgröße bis 0,149 mm
und 45% NaBF4-Pulver, Siebgröße bis 0,149 mm;
(j) Behandlungsmaterial mit einem Gehalt von 90% Ferrowolframpulver, Siebgröße bis
0,149 mm und 10% NH4BF4, Siebgröße bis
0,074 mm.
Die mit einem der Behandlungsmaterialien (i) und (j) behandelten Probenstücke wiesen Wolframcarbidschichten
von etwa 6 μηι Stärke auf.
Die Mikrophotographie von Fig. 18 zeigt die
Schicht, die mit dem Behandlungsmaterial (j) erhalten wurde.
Analog Beispiel 11 wurden Probenstücke aus Werkzeugstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt bei 900
oder 1050° C 4 Stunden in den folgenden Behandlungsmaterialien (k) und (1) behandelt.
(k) Behandlungsmaterial mit dem Gehalt an 90% Ferromolybdänpulver (Gehalt 61,66% Mo,
0,05% Kohlenstoff und Rest Eisen), Siebgröße bis 0,149 mm und 10% KBF4-Pulver, Siebgröße
bis 0,074 mm;
(1) Behandlungsmaterial mit dem Gehalt an 40% Ferromolybdänpulver, Siebgröße bis 0,149 mm
und 60% KBF4-Pulver, Siebgröße bis 0,074 mm.
Auf der Probe, die bei 1050° C in dem Behandlungsmaterial
(k) behandelt wurde, wurde eine Molybdäncarbidschicht von 3 μίτι Stärke, und auf dei
Probe, die bei 9000C in dem Behandlungsmaterial (I]
behandelt wurde, wurde eine Molybdäncarbidschichl von 1 μηι Stärke gebildet. Es wurde mittels Analyse
festgestellt, daß die Molybdäncarbidschichten au< Molybdäncarbid (Fe, Mo)3C zusammengesetzt waren
Die in Fig. 19 gezeigte Mikrophotographie zeigi
die mit dem Behandlungsmaterial (k) behandelte Probe.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verfahren zur Bildung einer Carbidscl.icht auf der Oberfläche eines Eisen- oder Eisenlegierungsgegenstandes
in pulverförmigem Behandlungsmaterial, das aus dem mit dem Kohlenstoff des Gegenstandes das entsprechende Carbid bildende
Metall, einem Aktivator und gegebenenfalls einem inerten Streckmittel besteht, durch Einpacken
des Gegenstandes in das pulverförmige Material, Erhitzen des eingepackten Gegenstandes
und Herausnehmen des Gegenstandes aus dem pulverförmigen Material, dadurch gekennzeichnet,
daß das pulverförmige Behandlungsmaterial als Aktivator 0,5 bis 80°/o Alkalitetrafluorboratpulver,
und zwar Natriumtetrafluorborat, Kaliumtetrafluorborat und/oder Ammoniumtetrafluorborat,
und als Metallpulver 20 bis 99,5 %i Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium,
Niob, Tantal, Molybdän und/oder Wolfram enthält, daß der Gegenstand mindestens 0,02 %>
Kohlenstoff enthält und daß der Gegenstand eine bis 30 Stunden auf 600 bis 1200° C erhitzt wird.
dem Kohlenstoff des Gegenstandes das entsprechende Carbid bildende Metall, einem Aktivator und gegebenentalls
einem inerter. Streckmitte! besteht, durch Einpacken
des Gegenstandes in das pulverförmige Material, Erhitzen des eingepackten Gegenstandes und
Herausnehmen des Gegenstandes aus dem pulverförmigen Material.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Behandlungsmaterial als Aktivator 0,5
ίο bis 800/o Alkalitetrafluorboratpulver, und zwar Natriumtetrafluorborat,
Kaliumtetrafluorborat und/oder Ammoniumtetrafluorborat, und als Metallpulver 20 bis 99,5% Titan, Zirkonium, Hafnium. Vanadium,
Niob, Tantal, Molybdän und/oder Wolfram enthält, daß der Gegenstand mindestens 0,02 °/o Kohlenstoff
enthält und daß der Gegenstand 1 bis 30 Stunden auf 600 bis 1200° C erhiizt wird.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen
Produkte eine verbesserte Härte und Verschleißfestigkeit aufweisen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält der Gegenstand
mindestens 0,05 °,o Kohlenstoff und der Gegenstand
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch ge- 25 wird in pulverförmigem Material mit 1 bis 30 % Alkennzeichnet,
daß der Gegenstand mindestens kalitetralluorborat und 70 bis 99 °/o Carbid bildendem
0.05 °/o Kohlenstoff enthält und in pulverförmiaem Metall auf 700 bis 1000° C erhitzt.
Material mit 1 bis 30 % Alkalitetrafluorborat und Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform
Material mit 1 bis 30 % Alkalitetrafluorborat und Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform
70 bis 99 «/0 Carbid bildendem Metall auf 700 bis des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als inertes
10000C erhitzt wird. 30 Streckmittel Aluminiumoxyd,
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch ge- Chromoxyd verwendet,
kennzeichnet, daß als inertes Streckmittel Aluminiumoxyd, Bornitrid und/oder Chromoxyd verwendet wird.
kennzeichnet, daß als inertes Streckmittel Aluminiumoxyd, Bornitrid und/oder Chromoxyd verwendet wird.
Bornitrid und/oder
Applications Claiming Priority (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10263171A JPS5120176B2 (de) | 1971-12-20 | 1971-12-20 | |
JP10262971A JPS5120174B2 (de) | 1971-12-20 | 1971-12-20 | |
JP10263071A JPS5120175B2 (de) | 1971-12-20 | 1971-12-20 | |
JP10262971 | 1971-12-20 | ||
JP10263071 | 1971-12-20 | ||
JP10263171 | 1971-12-20 |
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Publication Number | Publication Date |
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DE2262186A1 DE2262186A1 (de) | 1973-07-05 |
DE2262186B2 DE2262186B2 (de) | 1975-07-17 |
DE2262186C3 true DE2262186C3 (de) | 1976-02-26 |
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