DE3626849C1 - Salt baths for the heat treatment of steels - Google Patents

Abstract

For the heat treatment of steels, in particular for pearlitisation after salt-bath carburisation, salt baths are required which do not noticeably change their viscosity and their melting range when carburisation salts are introduced. Such baths consist of 25 to 35% by weight of barium chloride, 35 to 45% by weight of potassium chloride, 15 to 25% by weight of sodium chloride and 5 to 15% by weight of lithium chloride.

Description

Die Erfindung betrifft ein Salzbad zur Wärmebehandlung von Stählen, insbesondere zum Einsatzhärten von Bauteilen aus Stahl.The invention relates to a salt bath for heat treatment of steels, in particular for case hardening of components from steel.

Bisher war es nicht möglich, eine Einsatzhärtung im Salzbad in der Form durchzuführen, daß nach der Aufkohlung in einem Aufkohlungsbad in einem weiteren Salzbad eine Umwandlung in der Perlitstufe ("Perlitisieren") durchgeführt und anschließend austenitisiert und abgeschreckt wird.So far it has not been possible to harden the case in Salt bath in the form that perform after carburizing in one carburizing bath in another Salt bath a transformation in the pearlite stage ("Pearlizing") and then austenitized and being put off.

Eine derartige Behandlung würde erhebliche Vorteile für das Festigkeitsverhalten der behandelten Bauteile bringen.Such treatment would have significant benefits for the strength behavior of the treated components bring.

Beim Einsatzhärten muß nach dem Aufkohlen im Gas, Salzbad oder Pulver zur Erzeugung einer martensitischen Randzone abgeschreckt werden. Das geschieht am einfachsten und wirtschaftlichsten dadurch, daß direkt von der Aufkohlungstemperatur abgeschreckt wird. Das ist im Falle einer Salzbad- und Gasaufkohlung ohne weiteres möglich. Voraussetzung dafür, daß diese Behandlung zu den gewünschten mechanischen Werten der Bauteile führt, ist allerdings die Verwendung entsprechender Stahlqualitäten (Feinkornstähle). Bei der Verwendung anderer Stahlqualitäten tritt während des Aufkohlungsvorganges ein im allgemeinen nicht akzeptables Kornwachstum auf. Beim Einsatzhärten nicht speziell auf geringes Kornwachstum legierter Stähle, die aber wesentlich preisgünstiger sind, muß man von der Aufkohlungstemperatur langsam auf Raumtemperatur abkühlen, wieder auf Härtetemperatur erwärmen und dann abschrecken. Dieser Behandlungszyklus macht zwar weder beim Gas- noch beim Salzbad- oder Pulveraufkohlen technische Schwierigkeiten, durch den zusätzlichen Arbeitsgang ist er aber unwirtschaftlich und das Verzugsrisiko ist größer.In case hardening, after carburizing in gas, salt bath or powder to produce a martensitic Edge zone are quenched. The easiest way to do this and most economical in that directly from the Carburizing temperature is quenched. That is in In the case of salt bath and gas carburizing, without further ado possible. Prerequisite for this treatment to be leads to the desired mechanical values of the components, is, however, the use of appropriate steel grades (Fine grain steels). When using others Steel grades occur during the carburizing process a generally unacceptable grain growth. Not particularly for low grain growth during case hardening alloyed steels, which are much cheaper are from the carburizing temperature cool slowly to room temperature, open again Warm up hardening temperature and then quench. This  Treatment cycle makes neither the gas nor technical difficulties with salt bath or powder carburizing, due to the additional work step it is uneconomical and the risk of default is greater.

Einen sowohl technisch wie wirtschaftlich gangbaren Kompromiß stellt das sogenannte Einsatzhärten nach isothermer Umwandlung dar. Bei diesem Verfahren wird von Aufkohlungstemperatur auf eine Temperatur deutlich unterhalb der A₁-Umwandlung abgekühlt ("perlitisiert") und gehalten, bis die Umwandlung abgelaufen ist. Dann wird austenitisiert und abgeschreckt.One that is both technically and economically feasible Compromise simulates so-called case hardening isothermal conversion. In this method of Carburizing temperature to a temperature clearly cooled below the A₁ conversion ("pearlitized") and held until the conversion is complete. Then is austenitized and quenched.

Dieses Verfahren ist beim Einsatzhärten im Gas durchführbar, wenn auch etwas umständlich. In Salzbädern ist eine solche Behandlung bisher nicht möglich, da keine Salzbadzusammensetzung bekannt ist, die bei ständigem Eintrag von Kohlungssalz einen hinreichend konstanten Schmelzpunkt aufweist. Durch die den Bauteilen anhaftenden Kohlungsbadreste (Bariumchlorid, Alkalicarbonat, Alkalicyanid) steigen Viskosität und Schmelzpunkt dieser Bäder kontinuierlich an, so daß sie sehr bald unbrauchbar werden.This process can be carried out in case hardening in gas, if a little awkward. In salt baths such a treatment is not yet possible because none Salt bath composition is known to be permanent Entry of carbonic salt a sufficiently constant Has melting point. Through the adhering to the components Remains of carbonation baths (barium chloride, alkali carbonate, Alkali cyanide) viscosity and melting point increase of these baths continuously so that they very soon become unusable.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Salzbad zur Wärmebehandlung von Stählen, insbesondere zum Einsatzhärten von Bauteilen aus Stahl zu entwickeln, das beim Eintrag von an den Bauteilen anhaftenden Kohlungssalzen auch in relativ großen Mengen niederviskos bleibt und seinen Schmelzpunkt nur unwesentlich verändert.It was therefore an object of the present invention Salt bath for the heat treatment of steels, in particular to develop case hardening of steel components, that adheres to the entry of the components Low-viscosity carbonization salts, even in relatively large quantities remains and its melting point is insignificant changed.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß es 25 bis 35 Gew.-% Bariumchlorid, 35 bis 45 Gew.-% Kaliumchlorid, 15 bis 25 Gew.-% Natriumchlorid und 5 bis 15 Gew.-% Lithiumchlorid enthält.According to the invention, this object was achieved by that it is 25 to 35 wt% barium chloride, 35 to 45 wt% Potassium chloride, 15 to 25% by weight sodium chloride and  Contains 5 to 15 wt .-% lithium chloride.

Vorzugsweise verwendet man Salzbäder mit 28 bis 33 Gew.-% Bariumchlorid, 37 bis 42 Gew.-% Kaliumchlorid, 17 bis 22 Gew.-% Natriumchlorid und 7 bis 12 Gew.-% Lichtiumchlorid.Salt baths with 28 to 33 are preferably used % By weight barium chloride, 37 to 42% by weight potassium chloride, 17 to 22% by weight sodium chloride and 7 to 12% by weight Lichtium chloride.

Diese Salzbäder besitzen einen recht niedrigen Schmelzbereich (Liquidustemperatur um 545°C, Solidustemperatur um 510°C). Überraschenderweise verändern die mit den Bauteilen eingebrachten Kohlungssalze (Bariumchlorid, Alkalicyanide, Alkalicarbonate) weder die Viskosität noch das Schmelzverhalten dieser Salzbäder merklich. Die Kohlungssalzreste führen lediglich zur Bildung eines sich gut absetzenden und gut zu entfernenden Schlammes. Die Viskosität dieses Bades ist so gering, daß es gut von den Teilen abläuft. Der Verbrauch und die Einschleppung der Salze in das folgende Austenitisierungsbad ist dadurch gering.These salt baths have a fairly low melting range (Liquidus temperature around 545 ° C, solidus temperature around 510 ° C). Surprisingly, they change with the Carbonic salts (barium chloride, Alkali cyanides, alkali carbonates) neither the viscosity still noticeable the melting behavior of these salt baths. The carbonic salt residues only lead to formation one that is well settled and easy to remove Mud. The viscosity of this bath is so low that it goes well from the parts. The consumption and the introduction of the salts into the following austenitizing bath is therefore small.

Da mit dem eingeschleppten Kohlungssalz laufend Bariumchlorid in das Bad gelangt und von diesem bis zu einer Grenze von 30 Gew.-% aufgenommen wird, braucht das zum Ausgleich der Ausschleppverluste verwendete Nachfüllsalz kein Bariumchlorid zu enthalten. Hierzu kann vorzugsweise ein Salz der Zusammensetzung 55 bis 65 Gew.-% Kaliumchlorid, 25 bis 35 Gew.-% Natriumchlorid und 5 bis 15 Gew.-% Lithiumchlorid verwendet werden.As with the introduced carbonic salt, barium chloride got into the bathroom and from there to one Limit of 30% by weight is needed used to compensate for the tow losses Refill salt not to contain barium chloride. For this may preferably be a salt of composition 55 to 65% by weight potassium chloride, 25 to 35% by weight sodium chloride and 5 to 15% by weight of lithium chloride is used will.

Folgendes Beispiel soll das erfindungsgemäße Salzbad erläutern: The following example is the salt bath according to the invention explain:  

Sogenannte Kugelkäfige aus einem Stahl 16 MnCr5, ca. 40 mm hoch, ca. 70 mm ⌀, Gewicht ca. 200 g, wurden in Salzbädern folgender Zusammensetzung:So-called ball cages made of steel 16 MnCr5, approx. 40 mm high, approx. 70 mm ⌀, weight approx. 200 g in salt baths of the following composition:

60 Gew.-% Bariumchlorid
10 Gew.-% Natriumcyanid
30 Gew.-% Natriumcarbonat60% by weight barium chloride
10% by weight sodium cyanide
30% by weight sodium carbonate

in Tiegelöfen (Tiegel 800 mm ⌀, 1200 mm Tiefe) aufgekohlt.carburized in crucible furnaces (crucibles 800 mm ⌀, 1200 mm depth).

Die Aufkohlungstemperatur betrug 930°C, die Aufkohlungstiefe 0,6 mm.The carburizing temperature was 930 ° C, the carburizing depth 0.6 mm.

Aus den Aufkohlungsbädern wurden die Teile direkt umgehängt in ein Salzbad folgender Zusammensetzung:The parts were transferred directly from the carburizing baths in a salt bath of the following composition:

31,2 Gew.-% Bariumchlorid
39,1 Gew.-% Kaliumchlorid
19,9 Gew.-% Natriumchlorid
 9,8 Gew.-% Lithiumchlorid.31.2% by weight barium chloride
39.1% by weight potassium chloride
19.9% by weight sodium chloride
9.8% by weight lithium chloride.

Der Soliduspunkt dieses Bades lag bei 509°C, der Liquiduspunkt bei 545°C. Das Bad wurde in einem Tiegelofen (Tiegel 800 mm ⌀, 1200 mm Tiefe, Badinhalt 600 l, ca. 950 kg) bei 610°C betrieben. In dieses Bad wurde aus den Aufkohlungsbädern alle 90 Minuten eine Charge von 210 kg netto eingehängt, die dort 60 Minuten blieb. Mit jeder Charge wurde aus dem Aufkohlungsbad im Mittel 7,3 kg Salz in das Perlitisierungsbad eingetragen, d. h. im Dreischichtbetrieb ca. 117 kg/24 h. Nach Ablauf der Behandlungsdauer im Perlitisierungsbad wurde die Charge jeweils in ein Austenitisierungsbad umgehängt.The solidus point of this bath was 509 ° C, the Liquidus point at 545 ° C. The bath was in a crucible oven (Crucible 800 mm ⌀, 1200 mm depth, bath capacity 600 l, approx. 950 kg) operated at 610 ° C. In this bathroom was out the carburizing baths every 90 minutes 210 kg net hung, which stayed there for 60 minutes. The carburizing bath averaged with each batch 7.3 kg of salt added to the pearlizing bath, d. H. in three-shift operation approx. 117 kg / 24 h. After expiration the duration of treatment in the pearlitization bath was the Batch transferred to an austenitizing bath.

Während einer Dauer von mehreren Wochen im Dreischichtbetrieb änderte sich die Arbeitstemperatur dieses Perlitisierungsbades nicht. In das Bad wurden aufgrund der hohen Viskosität des Kohlungsbades große Mengen an Kohlungssalz eingetragen. Das Perlitisierungsbad ist dagegen sehr viel dünnflüssiger. Daher wird aus dem Perlitisierungsbad weniger Salz ausgeschleppt als eingeschleppt. Andererseits führten die großen Mengen an eingeschlepptem Kohlungssalz zu starker Schlammbildung. Der überwiegend aus Bariumchlorid und Natriumcarbonat bestehende Schlamm setzte sich sehr gut ab und ließ sich gut aus dem Bad entfernen. Die so entstehenden Verluste im Perlitisierungsbad wurden fortlaufend ausgeglichen mit einem Salzgemisch folgender Zusammensetzung:For three weeks in three shifts the working temperature changed this Pearlizing baths are not. Have been due to the bathroom  large amounts due to the high viscosity of the carbonation bath of carbonic salt. The pearlitization bath is in contrast, much more fluid. Therefore, the Pearlizing bath less salt carried out than imported. On the other hand, the large quantities led too much sludge on carburized salt. The predominantly from barium chloride and sodium carbonate existing sludge settled very well and was easy to remove from the bathroom. The resulting Losses in the pearlitization bath were continuous balanced with a salt mixture of the following composition:

60 Gew.-% Kaliumchlorid
30 Gew.-% Natriumchlorid
10 Gew.-% Lithiumchlorid.60% by weight potassium chloride
30% by weight sodium chloride
10% by weight lithium chloride.

Mit dem erfindungsgemäßen Salzbad ist die Durchführung der angestrebten Behandlungsfolge (Aufkohlen im Salzbad, isotherme Umwandlung in der Perlitstufe, Austenitisieren, Abschrecken) ohne Schwierigkeiten und Probleme möglich.The procedure is with the salt bath according to the invention the desired treatment sequence (carburizing in a salt bath, isothermal transformation in the pearlite stage, austenitizing, Quenching) without difficulty and Problems possible.

Claims (3)

1. Salzbad zur Wärmebehandlung von Stählen, insbesondere zum Einsatzhärten von Bauteilen aus Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß es

• 25 bis 35 Gew.-% Bariumchlorid
  35 bis 45 Gew.-% Kaliumchlorid
  15 bis 25 Gew.-% Natriumchlorid
   5 bis 15 Gew.-% Lithiumchlorid enthält.

1. Salt bath for the heat treatment of steels, in particular for case hardening of steel components, characterized in that it

• 25 to 35% by weight barium chloride
  35 to 45% by weight potassium chloride
  15 to 25% by weight sodium chloride
  Contains 5 to 15 wt .-% lithium chloride.

2. Salzbad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es

• 28 bis 33 Gew.-% Bariumchlorid
  37 bis 42 Gew.-% Kaliumchlorid
  17 bis 22 Gew.-% Natriumchlorid und
   7 bis 12 Gew.-% Lithiumchlorid enthält.

2. Salt bath according to claim 1, characterized in that it

• 28 to 33 wt% barium chloride
  37 to 42% by weight potassium chloride
  17 to 22 wt .-% sodium chloride and
  Contains 7 to 12 wt .-% lithium chloride.

3. Nachfüllsalz für Salzbäder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es aus

• 55 bis 65 Gew.-% Kaliumchlorid
  25 bis 35 Gew.-% Natriumchlorid und
   5 bis 15 Gew.-% Lithiumchlorid besteht.

3. refill salt for salt baths according to claim 1 or 2, characterized in that it consists of

• 55 to 65% by weight potassium chloride
  25 to 35 wt .-% sodium chloride and
  5 to 15 wt .-% lithium chloride.