DE4208848C2 - Verfahren zur thermochemischen Nachbehandlung von Stählen und Metallen - Google Patents

Verfahren zur thermochemischen Nachbehandlung von Stählen und Metallen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Stählen und Metallen, insbesondere nach einer thermoche­ mischen Oberflächenbehandlung in einer Prozeßkammer unter Einwirkung von Druck und Temperatur nach Patent DE P 41 39 975.
Bei der thermochemischen Oberflächenbehandlung von Me­ tallen (z. B. Aufkohlen, Vergüten, Glühen, Carbonitrieren, Nitrocarburieren) kommt es, bedingt durch die Verwendung sauerstoffhaltiger Prozeßgase zu einer interkristallinen Oxidation der behandelten Bauteile. Da die Oxidation nur an der freien Oberfläche, also am Rand der Bauteile auf­ tritt, wird diese Form der Oxidation auch als Randoxidation bezeichnet. Diese Randoxidation bewirkt eine Herab­ setzung der Dauerfestigkeit, so daß die Lebensdauer rand­ oxidierter Bauteile verkleinert wird.
Es sind zur Zeit zwei Wärmebehandlungsverfahren zum Auf­ kohlen von Werkstücken bekannt, die mit sauerstofffreien Prozeßgasen betrieben werden. Diese Verfahren, Plasma­ aufkohlung und Vakuumaufkohlung, konnten bisher jedoch noch keine industrielle Anwendung in nennenswertem Umfang finden.
Bauteile, die nach der Wärmebehandlung Oxidation auf­ weisen, werden daher meist durch mechanische Bearbeitung nachbehandelt, mit dem Ziel die Oxidation abzutragen (z. B. Schleifen von Zahnrädern). Der Abfall der Dauer­ festigkeit durch Randoxidation kann auch durch Verfahren zur Verfestigung (z. B. Kugelstrahlen von Zahnrädern) der Bauteile kompensiert werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Ver­ fahren zu entwickeln, das die Randoxidation wärmebehandel­ ter Teile entfernt und die mechanische Bearbeitung er­ setzt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem durch ein Wärmebehandlungsverfahren, das im Anschluß an die thermochemische Oberflächenbehandlung durchgeführt wird, die interkristalline Oxidation von Metallen entfernt wird.
Die thermochemische Entfernung der Oxide erfolgt in Gas­ gemischen, die NH3, H2 und N2 enthalten, bei Temperaturen zwischen 100°C und 1.000°C und Drucken < 1 bar. Die Oxide werden reduziert, indem sie mit der Gasphase re­ agieren und ihre Sauerstoffatome abgeben oder Nitride bilden. Solchermaßen wärmebehandelte Teile können je nach Zusammensetzung der Oxide nahezu vollkommen desoxidiert werden.
Eine solche Wärmebehandlung kann bei höher legierten Stählen als Ersatz für die ohnehin durchzuführende An­ laßbehandlung durchgeführt werden, Anlassen und Desoxi­ dieren werden dann in einem Schritt durchgeführt. Durch dieses Verfahren ist es möglich, thermochemische Behandlungen mit oxidierenden Gaskomponenten weiter durch­ zuführen und durch die anschließende Desoxidation höhere Dauerfestigkeitseigenschaften an den Bauteilen zu er­ zielen. Dadurch kann auf den Einsatz teurer und kompli­ zierter mechanischer Nachbehandlungen verzichtet werden.
Weitere Ausführungsmöglichkeiten und Merkmale sind in den Unteransprüchen näher beschrieben und gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der einzigen Figur darge­ stellt. Diese Figur zeigt eine Prinzipskizze für ein Verfahren zur thermochemischen Entfernung der Randoxida­ tion.
Ein einsatzgehärteter Stahl 16MnCr5 mit 10 µm Randoxida­ tion wird in eine Prozeßkammer 1 eingebracht und auf eine Prozeßtemperatur ϑ = 200°C erwärmt. In die Kammer wird nun ein Gasgemisch aus NH3 und N2 mit einem Druck p = 20 bar eingelassen. Nach Abschluß dieses Prozesses erhält man einen randoxidationsfreien Stahl 16MnCr5.
Bezugszeichenliste
1
Prozeßkammer
P Druck
ϑ Temperatur

Claims (6)

1. Verfahren zur Behandlung von Stählen und Metallen in einer Prozeßkammer (1) unter Einwirkung von Drücken größer als 1 bar und Temperaturen zwischen 100°C und 1000°C mit einem ersten Verfahrensschritt, in dem eine thermochemische Oberflächenbehandlung, beispielsweise das Einsatzhärten durchgeführt wird, nach Patent DE 41 39 975, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zweiten Verfahrensschritt zur thermochemischen Entfernung der Randoxidation ein Gas oder Gasgemisch aus der Gruppe N2, H2 oder NH3 in eine Prozeßkammer (1) eingelassen wird und der Druck und die Temperatur voneinander unabhängig in die Kammer (1) einstellbar sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bauteile aus unlegiertem oder niedriglegierten Stählen behandelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bauteile aus höherlegierten Stählen behandelt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der thermochemischen Entfernung der Randoxidation ein Wärmebehandlungsverfahren, beispielsweise das Anlassen von Stählen durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeß­ druck während des Verfahrens zur thermochemischen Entfernung der Randoxidation typischerweise 20 bar beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßtemperatur typischerweise kleiner oder gleich der Anlaßtemperatur des zu behandelnden Stahls ist.
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