DE2408984C3 - Process for producing defined nitriding layers on iron and iron alloys in an oxygen-containing gas atmosphere and arrangement for producing and keeping constant the starting gas mixtures required for this - Google Patents

Description

'HjO'HjO

nicht überschritten und dieses Partialdruckverhältnis solche Werte annehmen kann, daß im Temperaturbereich bis 590° C noch ein neutrales Verhalten entsprechend der Grenzkurve für die Oxydation und Reduktion des Eisens ermöglicht yt'ird. not exceeded and this partial pressure ratio can assume such values that in the temperature range up to 590 ° C a neutral behavior according to the limit curve for the oxidation and reduction of iron is still possible .

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für entsprechende Vorgaben für die Nitriertemperatur und den Dissoziationsgrad des Ammoniaks im Reaktionsraum der Anteil des Sauerstoffzusa.-.es nach der Formel (I) berechnet wird: 2. The method according to claim 1, characterized in that for appropriate specifications for the nitriding temperature and the degree of dissociation of the ammonia in the reaction space, the proportion of the oxygen addition is calculated according to the formula (I):

0,75 · α0.75 x α

H₁OH ₁ O

O₂ =O ₂ =

100(%).100 (%).

I +I +

H₂OH ₂ O

3. Anwendung einer Anordnung zur Herstellung und Konstanthaltung von Ausgangsgasgemischen, bestehend aus einem Gerät zur Wärmeleitfähigkeitsmessung Q(I), einer Registriereinrichtung /7(1), einem Sollwertüberwachungsgerät A (1) mit Signaleinrichtung, einem PJ-Regler C (1), sowie einer Stelleinrichtung (2) mit Handeingriff (6) für die Ammoniakgas- und Abgasseite, und einem Gerät zur Suszeptibilitätsmessung Q (3), einer Registriereinrichtung R (3), einem Sollwertüberwachungsgerät A (3) mit Signaleinrichtung, einem Pj-Regler C (3) sowie einer Stelleinrichtung (4) mit Handeingriff (7) für die Sauerstoff* und Mischgasseite, einer Absperreinrichtung (5), einer Temperaturmeß- und -regelanlage (8) und einem anzeigenden Druckmesser (9), für die Erzeugung definierter Nitrierschichten auf Eisen und Eisenlegierungen in einem beheizten Nitrierofen (11) mit einer in einer Mischkammer (10) hergestellten sauerstoffhaltigen Gasatmosphäre aus teilweise dissozjiertem Ammoniak im Bereich bekannter Dissoziationsgrade zwischen 20 bis 70% und üblicherweise angewendeten Nitriertemperaturen bis 590° C.3. Use of an arrangement for the production and keeping constant of starting gas mixtures, consisting of a device for measuring thermal conductivity Q (I), a registration device / 7 (1), a setpoint monitoring device A (1) with signaling device, a PJ controller C (1), and an adjusting device (2) with manual intervention (6) for the ammonia gas and exhaust gas side, and a device for susceptibility measurement Q (3), a recording device R (3), a setpoint monitoring device A (3) with signaling device, a Pj controller C (3) ) as well as an adjusting device (4) with manual intervention (7) for the oxygen * and mixed gas side, a shut-off device (5), a temperature measuring and regulating system (8) and an indicating pressure gauge (9), for the generation of defined nitriding layers on iron and Iron alloys in a heated nitriding furnace (11) with an oxygen-containing gas atmosphere made from partially dissociated ammonia in the range of known dissocia, produced in a mixing chamber (10) tion degrees between 20 to 70% and usually used nitriding temperatures up to 590 ° C.

4. Anordnung zur Herstellung und Konstanthaltung von Ausgangsgasgemischen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ohne die Regelstrecke für den Sauerstoffzusatz (3; 4; 5; 7) auch für die Einstellung und Konstanthaltung des Dissoziationsgrades bei der klassischen Gasnitrierung einsetzbar ist.4. Arrangement for the production and keeping constant of starting gas mixtures according to claim 3, characterized in that the device without the controlled system for adding oxygen (3; 4; 5; 7) also for setting and keeping the degree of dissociation constant in classic gas nitriding can be used.

Verfahren zur Erzeugung definierter NitrierschichtenProcess for the production of defined nitriding layers

ίο auf Eisen und Eisenlegierungen in einer sauerstoffhaltigen Gasatmosphäre und Anordnung zur Herstellung und Konstanthaltung der dafür erforderlichen Ausgangsgasgemische. ίο on iron and iron alloys in an oxygen-containing Gas atmosphere and arrangement for producing and keeping constant the starting gas mixtures required for this.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur ErzeugungThe invention relates to a method of production

is definierter Nitrierschichten auf Eisen- und Eisenlegierungen in einer sauerstoffhaltigen Gasatmosphäre sowie eine Anordnung zur Herstellung und Konstanthaltung der dafür erforderlichen Ausgangsgasgemische, wobei als Nitriermedium gasförmiges Ammoniak verwendet und der Sauerstoffzusatz auf die ausgewählten Nitrierbedingungen entsprechend abgestimmt wird. Es ist bekannt, daß die klassische Gasnitrierung als verzugsarmes Oberflächenbehandlungsvcrfahrcn, bei dem durch die thermisch-chemische Behandlung an einer Atmosphäre aus teilweise dissoziiertem Ammoniak im Temperaturbereich unterhalb des eutektoiden Punktes von 590°C im System Eisen—Stickstoff Nitrierschichten, sich zusammensetzend aus der Verbindungs- und Diffusionszone, entstehen, schon sehr lange angewendet wird. Während ursprünglich fast ausnahmslos Stähle mit speziellen Legierungselementen zum Einsatz kamen, werden heute fast alle Stähle und auch Gußlegierungen des Eisens mit Erfolg einer Nitrierbehandlung zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit beiis defined nitriding layers on iron and iron alloys in an oxygen-containing gas atmosphere as well as an arrangement for production and keeping constant the required starting gas mixtures, with gaseous ammonia as the nitriding medium and the addition of oxygen is adjusted accordingly to the selected nitriding conditions. It is known that the classic gas nitriding as a low-warpage surface treatment process contributes that by the thermal-chemical treatment in an atmosphere of partially dissociated ammonia in the temperature range below the eutectoid point of 590 ° C in the iron-nitrogen system Nitriding layers, composed of the compound and diffusion zone, have been used for a very long time. While originally almost without exception Steels with special alloying elements were used, are now almost all steels and also Cast alloys of iron with success of a nitriding treatment to improve the wear resistance

>^r) unterschiedlichsten Beanspruchungsbedingungen, der Erhöhung der Härte und der Dauerfestigkeit und dem Schutz vor Korrosion unterzogen. Die dabei zur Anwendung kommenden technisch-technologischen Nitrierparameter umfassen für die Nitriertemperatur> ^r ) subjected to a wide variety of stress conditions, increased hardness and fatigue strength and protection against corrosion. The technical-technological nitriding parameters used here include the nitriding temperature

to einen Bereich von 490—570°C und für die Charakterisierung der Nitrieratmosphäre, ausgedrückt durch den Dissoziationsgrad des Ammoniaks, einen Bereich von 20—70%. Das dazu notwendige stickstoffabgebende Nitriermedium Ammoniak wird geeigneten Vorratsbehältern im gasförmigen Zustand entnommen und meist über eine Mengenmeßeinrichtung dem entsprechenden Reaktionsraum zugeführt.to a range of 490-570 ° C and for characterization of the nitriding atmosphere, expressed by the degree of dissociation of the ammonia, a range of 20-70%. The nitrogen-releasing nitrating medium ammonia required for this is stored in suitable storage tanks taken in the gaseous state and usually via a quantity measuring device to the corresponding Reaction space supplied.

Zur Überwachung der Nitrierfähigkeit der Gasatmosphäre wird der Dissoziationsgrad des Ammoniaks als üblicherweise diskontinuierliches Meßverfahren auf der Grundlage der Adsorption des Restammoniakgehaltes im Nitrierabgas durch Wasser und Verhältnisbildung mit den Restkomponenten Wasserstoff und Stickstoff angewendet. Es ist weiterhin bekannt, den jeweiligenTo monitor the nitridability of the gas atmosphere, the degree of dissociation of the ammonia is used as Usually discontinuous measuring method based on the adsorption of the residual ammonia content in the nitriding exhaust gas through water and ratio formation with the remaining components hydrogen and nitrogen applied. It is still known the respective

Vi Wasserstoffanteil im Nitrierabgas als Meßgröße für den Dissoziationsgrad zu erfassen und sie als Regelgröße für die automatische Regelung zu verwenden. Vi to record the hydrogen content in the nitriding exhaust gas as a measured variable for the degree of dissociation and to use it as a control variable for the automatic control.

Die Durchführung der klassischen Gasnitrierung unter den angeführten Nitrierparametern in den sehrCarrying out the classic gas nitriding under the nitriding parameters listed in the very

bo weiten Grenzen für die Nitriertemperatur und die Nitrieratmosphäre läßt keine Zuordnung der entstehenden Schichten hinsichtlich des Aufbaues und der Stärke der Verbindungs- und Diffusionszone für gleiche und auch unterschiedliche Werkstoffe zu, wodurch diebo wide limits for the nitriding temperature and the The nitriding atmosphere does not allow any assignment of the layers formed in terms of structure and thickness the connection and diffusion zone for the same and also different materials, whereby the

h', zielgerichtete Erzeugung von Schichten und die Anpassung von bestimmten Schichteigenschaften an den Werkstoff und den Wärmebehandlungszustand eines Bauteiles als Voraussetzung für einen umfassen-h ', targeted generation of layers and the Adaptation of certain layer properties to the material and the heat treatment condition of a component as a prerequisite for a comprehensive

den und zweckmäßigen Einsatz der Gasnitrierung nicht gewährleistet ist und somit die praktische Durchführung der klassischen Gasnitrierung heute noch weitestgehend unter empirischen, durch praktische Erprobung ermittelten Nitrierparametern erfolgt. Des weiteren sind die so erzeugten Nitrierschichten, besonders diejenigen von speziellen Nitrierstählen, in dem äußeren Bereich, der Verbindungszone, oftmals sehr spröde und werden vielfach vor dem Einsatz der nitrierten Bauteile entfernt. Für die Erzeugung von Nitrierschichten, die durch den jeweiligen Einsatz der nitrierten Bauteilt eine technologisch begründete, bestimmte Schichtdicke aufweisen müssen, sind bei der klassischen Gasnitrierung mit Ausnahme der Werkzeugnitrierung Nitrierzeiten im Bereich von 40—100 Stunden erforderlich. Diese langen Behandlungszeiten sind unter den heutigen Fertigungsbedingungen nicht mehr ökonomisch. Die zur Verkürzung der langen Nitrierzeiten vorgeschlagenen Lösungswege und Methoden führten zu einer Vielzahl von Verfahren und Verfahrenskombinationen, zum Beispiel: Nitrierung unter erhöhtem Druck, Anbringen von Katalysatoren auf der Oberfläche, Einsatz von Drahtnetzen, Vorbehandlung der Bauteile durch Beizen und Bürsten, Zusätze von Luft, Stickoxyden, Zinnverbindungen, Wasserdampf, Sauerstoff, die mit Ausnahme des Ionitrierens auf Grund verschiedener Ursachen, wie ungenügende Beschleunigung des Nitriervorganges, fehlende technisch-technologische Realisierungsmöglichkeiten zur Konstanthaltung der Verfahrensparameter und der Erzeugung reproduzierbarer Nitrierschichten sowie unzureichender Grundlagen für eine Verfahrensentwicklung, bisher nicht zur Anwendung gekommen sind.the and appropriate use of gas nitriding is guaranteed and thus the practical implementation of classic gas nitriding is still largely possible today takes place under empirical nitriding parameters determined by practical testing. Further are the nitrided layers produced in this way, especially those of special nitrided steels, in the outer one Area, the connection zone, are often very brittle and often become before the use of the nitrided components removed. For the production of nitrided layers, which are created by the respective use of the nitrided components Technologically justified, certain layer thicknesses are required in classic gas nitriding With the exception of tool nitriding, nitriding times in the range of 40-100 hours are required. These long treatment times are no longer economical under today's manufacturing conditions. The for Shortening the long nitriding times proposed solutions and methods led to a large number of processes and process combinations, for example: nitriding under increased pressure, attachment of catalysts on the surface, use of wire nets, pretreatment of components by pickling and brushes, additives of air, nitrogen oxides, tin compounds, Water vapor, oxygen, with the exception of ionitriding due to various causes such as Inadequate acceleration of the nitriding process, lack of technical and technological implementation options to keep the process parameters constant and to generate reproducible nitriding layers as well as insufficient basis for process development, not yet used are.

Die genannten Meßverfahren sind für die Anwendung der zur Erzeugung und Konstanthaltung von Atmosphäre für die Erzeugung definierter Nitrierschichten auf Eisen und Eisenlegierungen nicht oder nur teilweise anwendbar, da es sich einerseits um diskontinuierliche Meßverfahren handelt, die für eine notwendige kontinuierliche Regelung ungeeignet sind, und andererseits Meßverfahren sind, die sich nur für die klassische Gatnitrierung bei der Konstanthaltung des Dissoziationsgrades einsetzen lassen.The measurement methods mentioned are for the application of the generation and maintenance of No or only atmosphere for the production of defined nitriding layers on iron and iron alloys partially applicable, since on the one hand it is a question of discontinuous measuring methods that are necessary for a continuous control are unsuitable, and on the other hand measurement methods are, which are only for the Classic gate nitriding can be used to keep the degree of dissociation constant.

Der gegenwärtige Stand der Anwendung der klass.ischen Gasnitrierung mit seinen Vorzügen als verzugsarmes thermisch-chemisches Oberflächenbehandlungüverfahren für Eisen und Eisenlegierungen ist entsprechend den gegebenen Möglichkeiten dahingehend zu verbessern, daß für die Erzeugung von Nitrierschichten bestimmte Gesetzmäßigkeiten beachtet und ausgenutzt, weniger spröde Verbindungszonen erzeugt, die bisherigen ;;ehr langen Nitrierzeiten wesentlich verkürzt und dabei die Nitrierschichten unter jederzeit definierten Bedingungen bei gleichzeitigem Einsatz kontinuierlicher Meßverfahren zur Regelung der dazu !notwendigen Gasatmosphären als Bestandteil der Verfahrensentwicklung erzeugt werden können.The current status of the application of classical gas nitriding with its advantages as Low-warpage thermal-chemical surface treatment process for iron and iron alloys is to this effect according to the given possibilities to improve that certain regularities are observed for the production of nitriding layers and used, creating less brittle connection zones, the previous ;; rather long nitriding times significantly shortened and at the same time the nitriding layers under defined conditions at all times Use of continuous measuring processes to regulate the necessary gas atmospheres as a component the process development can be generated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, welches durch die Anwendung spezifischer Nitrieratmosphären bei bestimmten Nitriertempieraturen die Erzeugung definierter Nitrierschichten auf Eisen und Eisenlegierungen bei unterschiedlichen Werkstoffzuständen ermöglicht und diese spezifische Nitrieratmosphären mit Hilfe einer Anordnung hergestellt und konstant gehalten werden können,The invention is based on the object of developing a method which, through the application specific nitriding atmospheres at certain nitriding temperatures the production of defined nitriding layers on iron and iron alloys with different Material conditions made possible and this specific nitriding atmosphere with the help of an arrangement can be established and kept constant,

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß man dem Nitriemedium Ammoniak im Ausgangs-/iisl.ind so viel Sauerstoff zusetzt, daß nach Ablauf der Gesamtreaktion der Umsätze des Sauerstoffs mit dem Ammoniak und/oder dem aus der teilweisen Dissoziation des Ammoniaks entstandenen Wasserstoff sich bildende Wasserdampfanteil im Verhältnis zu dem verbleibenden Wasserstoffanteil ein bestimmtes Partialdruckverhältnis According to the invention, this object is achieved by adding ammonia to the nitrate medium in the starting material so much oxygen adds that after the overall reaction of the conversions of the oxygen with the Ammonia and / or the hydrogen resulting from the partial dissociation of the ammonia forming water vapor proportion in relation to the remaining hydrogen proportion a certain partial pressure ratio

nicht überschritten wird. Dieses Partialdruckverhältnisis not exceeded. This partial pressure ratio

H,OH, O

kann dabei solche Werte annehmen, die bei der vorgegebenen Nitriertemperatur noch ein neutrales Verhalten entsprechend der Grenzkurve für die Oxydation und Reduktion des Eisens bis 590° C ermöglichen.can assume values that are still neutral at the specified nitriding temperature Behavior according to the limit curve for the oxidation and reduction of iron up to 590 ° C enable.

Danach kann bei festgelegten Vo^r';aben für die Nitriertemperatur und den Dissoziaiionsgrad des Ammoniaks im Reakticnsraum der Anteil des Sauer-Stoffzusatzes wie folgt berechnet werden:Thereafter, at specified Vo ^r '; trenches for the nitriding temperature and the Dissoziaiionsgrad of ammonia in Reakticnsraum the proportion of the acid substance Extension be calculated as follows:

0.75
O₂= 0.75
O ₂ =

H, OH, O

1001%).1001%).

H,OH, O

a = Dissoziationsgrad des Ammoniaks (%).a = degree of dissociation of ammonia (%).

j-, Die Herstellung und Konstanthaltung dieser spezifischen Nitrieratmosphären über die vorgesehene Nitrierzeit ist erfindungsgemäß durch eine Anordnung zu erreichen, die sowohl eine Einstellung von Hand als auch eine automatische Regelung ermöglicht und auf folgendem Funktionsprinzip aufgebaut ist Entsprechend der Vorgabe für den Dissoziationsgrad wird durch eine Stelleinrichtung die Durchfließmenge des Nitriergases Ammoniak auf Grund der Wasserstoffbestimmung im Nitrierabgas mit Hilfe eines Gerätes zurj-, The manufacture and maintenance of this specific According to the invention, nitriding atmospheres over the intended nitriding time are closed by an arrangement which enables both manual and automatic control and on is built up according to the following functional principle According to the specification for the degree of dissociation the flow rate of the nitriding gas ammonia by means of an adjusting device based on the hydrogen determination in the nitriding exhaust gas with the help of a device for

■r, Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit eingeregelt Die erforderliche Menge des Sauerstoffzusatzes zui.n Ausgangsgas Ammoniak wird, ausgehend von den Festlegungen für die Nitriertemperatur und den Dissoziationsgrad, durch eine zweite Stelleinrichtung, aufgebaut■ r, determination of thermal conductivity regulated The The required amount of oxygen to be added to the starting gas is ammonia, based on the specifications for the nitriding temperature and the degree of dissociation, set up by a second setting device

-„ι als Verhältnisregelung, nach der Ermittlung des tatsächlichen Sauerstoffanteils im Ausgangsgasgemisch nach der Mischkammer vor dem Eintritt in den Nitrierofen mit einem Gerät auf der Grundlage der Suszeptibilitätsmessung eingeregelt.- "ι as a ratio control, after determining the actual oxygen content in the starting gas mixture after the mixing chamber before entering the nitriding furnace with a device based on the Susceptibility measurement adjusted.

Durch die Anwendung der beiden genannten Meßgeräte für die charakteristischen Kenngrößen werden elektrische Ausgangssignale erhalten, die durch den Einbau von Reglern in die beiden Regelstrecken bei positiven oder negativen Abweichungen von denBy using the two mentioned measuring devices for the characteristic parameters electrical output signals are obtained by installing controllers in the two control systems positive or negative deviations from the

bo eingestellten Sollwerten über die Stelleinrichtungen entsprechende Regehorgänge auslösen und die jeweiligen Istwerte durch registrierende Geräte kontinuierlich aufzeichnen. Ein eingebautes Sicherheitssystem nimmt mit Sollwertüberwachungsgeräten mit Sig'ialeinrich-bo adjusted setpoints via the actuating devices trigger corresponding control processes and the respective Record actual values continuously by recording devices. A built in security system takes with setpoint monitoring devices with digital

b5 tung eine kontinuierliche Überwachung der zulässigen Abweichungen der Istwerte von den Sollwerten vor und löst bei unzulässigen Abweichungen sowie bei Stromoder Geräteausfall über eine selbsttätig schließendeb5 maintenance of continuous monitoring of the permissible Deviations of the actual values from the setpoints and resolves in the event of impermissible deviations as well as in the case of current or Device failure via an automatically closing

Absperieinrichtung sofort die Abschaltung des Saue^rstoffzusatzes und die Außerbetriebsetzung der automatischen Regelung sowie die Betätigung einer entsprechenden Signaleinrichtung aus, so daß das Ofensystem durch den momentanen Ammoniakstrom weiterhin im Istzustand verbleibt. Zum Wiederanfahren der Nitrieranlage sind Handeingriffe zur Betätigung der Sielleinrichtungen vorgesehen. Darüber hinaus sind am Nitrierofen noch eine Temperaturmeß- und -regelanlage und ein anzeigender Druckmesser angeordnet.Absperieinrichtung immediately the Saue ^r Extension material and the shutting down of the automatic control and actuation of an appropriate signaling device, so that the kiln system by the current stream of ammonia still remains the disconnection in the actual state. In order to restart the nitriding plant, manual interventions are provided to operate the drainage devices. In addition, a temperature measurement and control system and an indicating pressure gauge are arranged on the nitriding furnace.

Ohne die Regelstrecke für den Sauerstoffzusatz ist die genannte Vorrichtung auch für die Einstellung und Konstanthaltung des Dissoziationsgrades bei der klassischen Gasnitrierung anwendbar.Without the controlled system for the addition of oxygen, the device mentioned can also be used for setting and Keeping the degree of dissociation constant can be used in classic gas nitriding.

Bei der Nitrierung unter diesen spezifischen Nitrieratmosphären wird der beschleunigende Effekt des Zusatzes von Sauerstoff ausgenutzt, und es ist durch den großen Bereich der Variation der Nitrierparametcr, Nitriertempcratur und Dissoziationsgrad im Zusammenhang mit der Werkstoffauswahl und der jeweils zweckmäßigsten Wärmebehandlung die Erzeugung definierter Nitrierschichten hinsichtlich der Nitrierschichtdicke und des strukturellen Aufbaues möglich, wobei vergleichbare Nitrierschichtdicken in wesenilich kürzeren Zeiten als bei der klassischen Gasnitrierung hergestellt werden können. Da die verfahrenstechnischen Grundlagen bekannt sind, kann die Nitrierung unter jederzeit reproduzierbaren Bedingungen unabhängig von dem Funktionsprinzip des verwendeten Ofens sowie der Ofen- und Chargengröße durch den Einsatz der automatischen Kontrolle und Regelung des Prozeßablaufes durchgeführt werden. Daraus ergeben sich Vorteile für die Gleichmäßigkeit der erzeugten Nitrierschichten und die damit im Zusammenhang stehenden Eigenschaftsverbesserungen der nitrierten Eisenwerkstoffe.During nitriding under these specific nitriding atmospheres the accelerating effect of the addition of oxygen is exploited, and it is through that wide range of variation in nitriding parameters, nitriding temperature and degree of dissociation in connection with the choice of material and the most appropriate heat treatment in each case, the production defined nitriding layers with regard to the nitriding layer thickness and the structural structure possible, with comparable nitriding layer thicknesses in essentially shorter times than with classic gas nitriding can be produced. Since the procedural fundamentals are known, the nitration under always reproducible conditions regardless of the functional principle of the used Furnace as well as the furnace and batch size through the use of the automatic control and regulation of the Process sequence can be carried out. This has advantages for the uniformity of the generated Nitrided layers and the associated improvements in the properties of the nitrided ones Ferrous materials.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel und der zugehörigen Zeichnung näher erläutert werden.The invention is to be described in more detail below using an exemplary embodiment and the associated drawing explained.

Als Werkstoff für eine Nitrierbehandlung zur Erzeugung definierter Nitrierschichten wurde der Stahl 30CrMoV9 im vergüteten Zustand ausgewählt und einer 8stündigen Nitrierung bei 510°C und 550⁰C unterzogen. Die zur Anwendung gekommenen Dissoziationsgrade lagen in Abhängigkeit von der Nitriertemperatur im Bereich zwischen 20 und 50%. Für eine Nitriertemperatur von 510"C und einen vorgegebenen Dissoziationsgrad von 30% errechnet sich der entsprechende Sauerstoffzusatz zum Ausgangsgas Ammoniak nach Formel (I) zu 2,35%. Der Wasserstoffgehalt im Nitrierabgas beträgt dann 17.6%. Zur Herstellung und Konstanthaltung des sauerstoffhaltigen Ausgangsgasgemisches wird der verwendete Nitrierofen mit folgender Anordnung ausgerüstet.As the material for a nitriding treatment for generating defined nitriding the steel 30CrMoV9 selected in the quenched and tempered condition and an 8-hour nitriding at 510 ° C and 550 ⁰ C subjected. The degrees of dissociation used were in the range between 20 and 50%, depending on the nitriding temperature. For a nitriding temperature of 510 "C and a given degree of dissociation of 30%, the corresponding oxygen addition to the starting gas ammonia according to formula (I) is calculated to be 2.35%. The hydrogen content in the nitriding exhaust gas is then 17.6% the nitriding furnace used is equipped with the following arrangement.

Der Dissoziationsgrad von 30% wird nach der Bestimmung des Wasserstoffgehaltes im Nitrierabgas mit einem Gerät zur Wärmeleitfähigkeitsmessung Qi, einem Mescalyt, durch einen PJ-Regler Cl mit Sollwerteinstellung über die Stelleinrichtung 2 eingeregelt. Der Zusatz von 2,35% Sauerstoff wird nach der Ermittlung des tatsächlichen Istwertes hinter der Mischkammer 10 mit einem Gerät zur Suszeptibilität*- messung Q 3, einem Permolyt, über eine Verhältnisregelung mit ebenfalls einem PJ-Regler f.'3 mit Sollwerteinstellung über die Stelleinrichtung 4 zum Ausgangsgas Ammoniak vorgenommen.The degree of dissociation of 30% is regulated after the determination of the hydrogen content in the nitriding exhaust gas with a device for measuring thermal conductivity Qi, a Mescalyt, by a PJ controller Cl with setpoint adjustment via the setting device 2. The addition of 2.35% oxygen is after the determination of the actual actual value behind the mixing chamber 10 with a device for susceptibility * measurement Q 3, a permolyte, via a ratio control with also a PJ controller f.'3 with setpoint adjustment via the Adjusting device 4 made to the starting gas ammonia.

Bei unzulässigen Abweichungen der Istwerte für den Sauerstoff und Wasserstoff, die mit den Registriergeräten R I : 3 kontinuierlich registriert werden, sowie bei Strom- und Geräteausfall wird durch die .Sollwertüberwachungsgeräte ,41:3 sofort über ein Magnetventil 5 der Sauerstoffzusatz unterbrochen, die automatische Regelung durch die Stelleneinrichtung 2 :4 ausgeschaltet und eine entsprechende Signaleinrichtung der Sollwertüberwachungsgeräte 4 1:3 betätigt.In the event of impermissible deviations in the actual values for oxygen and hydrogen, which are continuously recorded with the R I: 3 recording devices, as well as in the event of a power or device failure, the setpoint monitoring devices 41: 3 immediately interrupt the addition of oxygen via a solenoid valve 5, the automatic control switched off by the setting device 2: 4 and actuated a corresponding signaling device of the setpoint monitoring devices 4 1: 3.

Zum Anfahren der Nitrieranlage ist eine Betätigung der Stelleinrichtungen 2 :4 von Hand an den Eingriffer 6 : 7 möglich, tine kontinuierliche Temperaturmeß- um -regclanlage 8 sorgt für die Einhaltung der vorgegebe nen Tempcraturwerte und deren erforderliche zeitliche Konstanz im Nitrierofen 11. Der Druck im Nitricrofcr H wird von einem anzeigenden Druckmesser ' aufgenommen.To start up the nitriding plant, the actuating devices 2: 4 must be actuated by hand on the operator 6: 7 possible, tine continuous temperature measurement -regclanlage 8 ensures compliance with the given temperature values and their required time Constancy in the nitriding furnace 11. The pressure in the Nitricrofcr H is measured by an indicating pressure gauge recorded.

Für den Nitrierprozeß wurde folgender Ablau gewählt:The following procedure was chosen for the nitriding process:

;i) Vorbereitung der Charge,; i) preparation of the batch,

b) Ofenbeschicken und Spülen,b) oven loading and rinsing,

c) Aufheizen auf Nitriertemperatur,c) heating to nitriding temperature,

d) Einstellung der erforderlichen Werte für dci .Sauerstoffzusatz im Ausganrsgasgemisch und dei Wasserstoffgehalt im Nitrierabgas sowie derci automatische Konstanthaltung während der festge legten Nitrierzeit.d) Setting the required values for dci .Addition of oxygen in the starting gas mixture and the Hydrogen content in the nitriding exhaust gas as well as the automatic maintenance during the fixed put nitriding time.

e) Abschaltung des Ofens und des .Sauerstoffzusatzese) Shutdown of the furnace and the addition of oxygen

f) Abkühlung bis auf eine festgelegte Temperatur, g) Entleerung des Ofens.f) cooling down to a specified temperature, g) emptying the furnace.

Im Ergebnis der metallographischcn I intcrsuchungei konnten bezüglich der Erzeugung definierter Nitrier schichten bei der erwähnten 8stündigcn Nitrierung de Stahles 30CrMoV9 folgende reproduzierbare Ergebnis se erzielt werden.As a result of the metallographic investigation were able to produce defined nitriding layers during the aforementioned 8-hour nitriding Stahles 30CrMoV9 the following reproducible results can be achieved.

Nitriertemperatur Dissoziatlonsurad in "'»Nitration temperature dissociation rate in "'»

2020th

M)M)

4040

5050

a) 8 a) (ia) 8 a) (i

b) 0.36 b)0.31b) 0.36 b) 0.31

a) 17 a) 11 a) 8a) 17 a) 11 a) 8

b) 0.60 b) 0,40 b) 0,3;b) 0.60 b) 0.40 b) 0.3;

a) Stärke der ermittelten Verbindungszone in/μΐη.a) Thickness of the determined connection zone in / μΐη.

b) Stärke der ermittelten Nitriertiefe in mm.b) Strength of the determined nitriding depth in mm.

Die Oberflächenhärte beträgt 700-800 HV 10.The surface hardness is 700-800 HV 10.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

Patentansprüche;Claims; 1. Verfahren zur Erzeugung definierter Nitrierschichten auf Eisen und Eisenlegierungen in einer sauerstoffhaltigen Gasatmosphäre aus teilweise dissoziierten] Ammoniak im Bereich bekannter Dissoziationsgrade zwischen 20—70% und üblicherweise angewendeter Nitriertemperaturen bis 590° C, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Nitriermedium Ammoniak im Ausgangszustand so viel Sauerstoff zusetzt, daß nach Ablauf der Gesamtreaktion der Umsätze des Sauerstoffs mit dem Ammoniak und/oder dem aus der teilweisen Dissoziation des Ammoniaks entstandenen Wasserstoff sich bildende Wasserdampfanteil im Verhältnis zu dem verbleibenden Wasserstoffanteil ein bestimmtes Partialdruckverhältnis1. Process for the production of defined nitriding layers on iron and iron alloys in one oxygen-containing gas atmosphere from partially dissociated] ammonia in the area known Degrees of dissociation between 20-70% and the nitriding temperatures commonly used up to 590 ° C, characterized in that the nitration medium ammonia in the initial state so a lot of oxygen adds that after the overall reaction, the conversions of the oxygen with the ammonia and / or the hydrogen resulting from the partial dissociation of the ammonia The proportion of water vapor that forms in relation to the remaining hydrogen proportion is a certain Partial pressure ratio