WO2018086930A1 - Method for the heat treatment of a workpiece consisting of a high-alloy steel - Google Patents

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WO2018086930A1
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process gas
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treatment step
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Ralf Kuebler
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Robert Bosch Gmbh
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
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    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/24—Nitriding
    • C23C8/26—Nitriding of ferrous surfaces

Definitions

  • the present invention relates to a method of heat treating a high alloy steel workpiece.
  • nitriding near-surface areas. By nitriding, different nitrides separate within the metallic material in the
  • the nitriding is i.a. also used for high-alloy steels in particular for components such as nozzle body, valve body or throttle plates.
  • Alloy elements a natural oxide layer of a few nanometers. This oxide layer is formed on contact with air and consists for example of chromium oxide, vanadium oxide, iron oxide and other oxides. Since the oxide layer is very compact and partially diffusion-tight, subsequent diffusion of nitrogen at elevated temperatures, in particular between 480 ° C and 590 ° C can be adversely affected and even completely prevented. inhomogeneous
  • the naturally occurring oxide layer can be removed, for example, chemically via a pickling process with an acid prior to the actual nitration process. Furthermore, the oxide layer can also be removed mechanically by brushing and / or grinding, or else electrically by the application of a corresponding voltage.
  • EP 1 122 331 Bl is a method for heat treatment of metallic workpieces, in particular for nitriding or nitrocarburizing of alloyed
  • the workpieces are heated in a nitriding oven to a temperature between 400 ° C and 500 ° C in an ammonia-containing
  • Temperature is heated between 500 ° C and 700 ° C in a gas atmosphere containing ammonia and an added oxidant.
  • the workpieces are exposed to this temperature and this gaseous atmosphere for a period of up to 5 hours.
  • the made of a high-alloy steel workpiece is in a
  • Vacuum environment heated to a first temperature the first
  • Temperature is kept constant during a first holding phase, wherein the workpiece is then heated to a second temperature higher than the first temperature, wherein the second temperature is kept constant during a second holding phase, and wherein the workpiece preferably after the second holding phase in gaseous , or evaporating media is quenched.
  • a surface of the workpiece, in particular also the inner contours, are dispensed with a hydrogen during the first holding phase in a first treatment step
  • Process gas and / or process gas mixture for cleaning and activation of the surface flows around, wherein the surface is flowed around during the first holding phase in a second treatment step with a nitrogen-emitting process gas and / or process gas mixture to form a thin nitride-containing layer, and wherein the nitride-containing layer is provided to optimize a downstream gas nitriding process.
  • the heat treatment according to the invention is divided in the
  • tempering of the workpieces is a second heat treatment.
  • Heat treatment step instead, in which by means of gas nitriding at preferably 480 - 590 ° C required for the workpiece, in particular the workpiece surface properties are adjusted by diffusing nitrogen into the workpiece.
  • Atmosphere prevents or slows down the formation of a new one
  • holding phase is to be understood as meaning the constant holding of a temperature at which the workpiece determines the internal temperature of the vacuum furnace
  • the high-alloy steel is in a first
  • Treatment step flows around a hydrogen-releasing process gas and / or process gas mixture.
  • the injection of the gas takes place constantly.
  • the flowing around of the workpiece in the first treatment step constitutes a cleaning and activating step to prevent the nitrogen from diffusing into the surface of the steel in the second processing step due to the surface cleaned and activated thereby and the high temperature
  • Treatment step is preferably between 800 and 1090 ° C, preferably at 900 ° C, to an optimal interaction of the hydrogen-emitting process gas and / or process gas mixture with the surface of the To ensure workpiece.
  • the oxide layer is broken and repassivation of the surface by means of the vacuum is prevented.
  • the surface of the workpiece is thus highly reactive to the diffusion of nitrogen in the second treatment step.
  • Treatment step at the constant first temperature of the furnace is flowed around with a nitrogen-emitting process gas and / or process gas mixture to form a nitride-containing layer.
  • N2 pure nitrogen
  • N H3 ammonia
  • High-alloyed steels are preferably suitable for nitriding, since the
  • Alloy elements of these steels preferably connect with the atomic nitrogen to nitrides.
  • unalloyed steels can form brittle nitriding layers that tend to flake off during nitriding.
  • Particularly suitable for nitriding are steels with carbon contents between 0.3 and 0.6% by mass and alloying elements such as chromium or vanadium
  • Vacuum environment and the cleaning and activation by the hydrogen-releasing process gas and / or process gas mixture forms a homogeneous and dense nitride layer on the surface during nitriding in the second treatment step of the curing process.
  • This nitride layer can be regarded as a seed layer or passivation layer, since the actual nitriding step takes place only after tempering and before the hard machining of the workpiece.
  • the pre-nitriding in the hardening process also optimizes the gas nitriding in the downstream production step. Due to the homogeneous seed layer from the hardening process, gas nitriding forms in the chamber furnace
  • the nitriding effect which is described with the help of the so-called nitriding index, is correspondingly higher due to the pre-nitriding in the hardening process.
  • the nitriding index results from the partial pressures of the nitrogen donating Process gas and / or process gas mixture and the partial pressure of hydrogen. The higher the nitriding index, the stronger the potential for nitride formation. If the nitrogen content in the material exceeds the maximum
  • Solubility of nitrogen in the base material is formed by nitrides. Directly on the surface, these nitride precipitates form the bonding layer.
  • this area is called a diffusion layer.
  • this area are small nitride precipitates as well as dissolved in the metal lattice nitrogen available.
  • iron is formed into iron nitrides, and in high-alloy steels, for example, chromium and vanadium combine to form corresponding nitrides. Because of the nitriding in the hardening process a nitrided
  • Seed layer is present, a lower nitriding ratio is required in the nitriding process, whereby the process management is facilitated and simplified.
  • the gas nitriding process can thereby be shortened and / or carried out at lower temperatures, which additionally makes the process more cost-effective.
  • the nitrided layer makes after the hardening process
  • composition of the steel more special carbides eliminated as well as a lower hardness can be adjusted without an interaction of the
  • the high-alloy steel is heated to the second temperature.
  • the second temperature is also to be understood as austenitizing temperature.
  • the high-alloy steel is essentially ferrite and carbide, which converts to austenite at high temperatures and the carbides partially dissolve. The aim is therefore the high solubility of
  • the duration of the second treatment step, the second temperature of the high-alloy steel during the second treatment step and / or the nitrogen partial pressure on the surface of the high-alloy steel during the second treatment step are preferably selected so that the nitride-containing layer having a thickness of less than 2 ⁇ m, preferably with a thickness of 0.001 ⁇ to 1 ⁇ , is formed.
  • the nitride-containing layer preferably has sheet-like or crystalline
  • Chromium can form sheet-shaped nitrides, with iron preferably forming crystalline nitrides.
  • the hydrogen-emitting process gas and / or process gas mixture flows around the surface at a first treatment pressure and the nitrogen-emitting process gas and / or process gas mixture flows around the surface at a second treatment pressure, the respective
  • the selected pressure range is highly dependent on the properties of the workpiece.
  • the first treatment pressure is less than the second
  • Treatment pressure The higher the second treatment pressure, the greater the potential for nitride formation in the region near the edge of the workpiece, and the lower the nitrogen diffuses into the workpiece.
  • Figure 1 shows the course of the temperature T and the pressure p over time in an embodiment of the inventive method
  • Figure 1 shows an example of the process control for an embodiment of the method according to the invention.
  • the left ordinate 4 describes the temperature axis
  • the right ordinate 5 describes the partial pressure axis
  • the abscissa 6 describes the time axis.
  • the upper continuous curve indicates the course of the temperature T over time.
  • the lower continuous curve indicates the course of the partial pressure p over time.
  • sections AI, Hl, A2, H2, F and Bl and B2 are defined, in which different activities take place.
  • a first heating phase AI the workpiece S is first of
  • the vacuum furnace in which the process is carried out is under a technical vacuum, with a negative pressure of less than 50 mbar ( Figure 2). Furthermore, it is also conceivable that the vacuum to produce only after reaching a certain temperature.
  • the first temperature Tl is kept constant at about 900 ° C.
  • the heating phase AI no hydrogen or nitrogen-containing process gas or process gas mixture Gl, G2 is supplied.
  • the first treatment step Bl begins, in which the workpiece S is flowed around with a hydrogen-containing process gas or process gas mixture Gl with a first treatment pressure PI.
  • the first treatment pressure PI corresponds the acting on the surface 1 of the workpiece S hydrogen partial pressure.
  • the partial pressure corresponds to the pressure that would be exerted by the single gas component, in this case hydrogen, when present in a given volume.
  • the flow of the hydrogen-containing process gas or process gas mixture G1 is constant (FIG. 3).
  • Treatment step B2 in which the workpiece S is flowed around with a nitrogen-containing process gas or process gas mixture G2 with a second treatment pressure P2.
  • the second treatment pressure P2 corresponds to the nitrogen partial pressure acting on the surface 1 of the workpiece S.
  • the flow of the nitrogenous process gas or process gas mixture G2 is constant ( Figure 4).
  • the second treatment pressure P2 is higher than the first treatment pressure PI, wherein the respective treatment pressure PI, P2 is between 10 mbar and 3000 mbar.
  • the first holding phase H1 is followed by a second heating phase A2 with a subsequent second holding phase H2.
  • the heating rate is constant.
  • the workpiece S is first heated from the first temperature Tl to the second temperature T2, which is then kept constant.
  • the second temperature T2 corresponds to the
  • Austenitizing temperature of the workpiece S In the edge region, a phase transition to an austenitic structure takes place while holding at austenitizing temperature.
  • the nitrogen-containing process gas or process gas mixture G2 continues to flow around the workpiece S in the second holding phase H2 with a second treatment pressure P2 and constant flow.
  • the second holding phase H2 corresponds to a nitriding phase. Due to the second temperature T2 atomic nitrogen diffuses from the nitrogenous
  • nitride-forming alloying elements such as for example, chromium, vanadium or iron.
  • Treatment step B2 the second temperature T2 of the workpiece S during the second treatment step B2 and the second treatment pressure B2 on the surface 1 of the workpiece S during the second treatment step B2 affect the thickness of the nitride-containing layer 2, which is between ⁇ . ⁇ and
  • the second holding phase H2 and the second treatment step B2 are finally followed by a quenching phase F for setting a substantially martensitic structure.
  • the vacuum furnace 3 and the workpiece S are quenched to room temperature.
  • FIGS. 2 to 5 describe the method steps according to the invention for the heat treatment of a high-alloy steel

Abstract

Method for the treatment of a workpiece (S) consisting of a high-alloy steel, wherein the workpiece (S) is heated in a vacuum environment to a first temperature (T1), wherein the first temperature (T1) is kept constant during a first holding phase (H1), wherein the workpiece (S) is subsequently heated to a second temperature (T2), which is higher than the first temperature (T1), wherein the second temperature (T2) is kept constant during a second holding phase (H2), and wherein, after the second holding phase (H2), the workpiece (S) is quenched, wherein, in a first treatment step (B1) during the first holding phase (H1), a surface (1) of the high-alloy steel (S) is flowed around by a hydrogen-emitting process gas and/or process gas mixture (P1) for cleaning and activating the surface (1), wherein, in a second treatment step (B2) during the first holding phase (H1), the surface (1) is flowed around by a nitrogen-emitting process gas and/or process gas mixture (P2) for forming a nitride-containing layer (2), and wherein the nitride-containing layer (2) is intended for optimizing a downstream gas-nitriding process.

Description

Beschreibung Titel:  Description Title:
Verfahren zur Wärmebehandlung eines aus einem hochlegierten Stahl  Process for heat treatment of a high-alloy steel
bestehenden Werkstücks existing workpiece
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines aus einem hochlegierten Stahl bestehenden Werkstücks. The present invention relates to a method of heat treating a high alloy steel workpiece.
Stand der Technik State of the art
Zur Erhöhung der Schwingfestigkeit, der Korrosionsbeständigkeit sowie der To increase the fatigue strength, the corrosion resistance and the
Verschleißfestigkeit metallischer Bauteile ist es bekannt, diese in Wear resistance of metallic components is known, this in
oberflächennahen Bereichen zu nitrieren. Durch das Nitrieren scheiden sich unterschiedliche Nitride innerhalb des metallischen Werkstoffs im nitriding near-surface areas. By nitriding, different nitrides separate within the metallic material in the
Oberflächenbereich aus. Dies führt zum Aufbau von Druckeigenspannungen, welche im Randbereich teilweise sehr hohe Werte annehmen. In Abhängigkeit des Oberflächenabstandes nehmen die Eigenspannungen mit zunehmender Entfernung vom Randbereich ab. Das Vorliegen von Druckeigenspannungen führt zu verbesserten Schwingfestigkeiten. Das Nitrieren wird u.a. auch für hochlegierte Stähle insbesondere für Bauteile wie Düsenkörper, Ventilkörper oder Drosselplatten eingesetzt. Surface area off. This leads to the build-up of residual compressive stresses which in some cases assume very high values in the edge region. Depending on the surface distance, the residual stresses decrease with increasing distance from the edge area. The presence of residual compressive stresses leads to improved vibration resistance. The nitriding is i.a. also used for high-alloy steels in particular for components such as nozzle body, valve body or throttle plates.
Hochlegierte Stähle bilden aufgrund der hohen Sauerstoffaffinität ihrer High-alloyed steels form due to the high oxygen affinity of their
Legierungselemente eine natürliche Oxidschicht von wenigen Nanometern aus. Diese Oxidschicht entsteht bei Kontakt mit Luft und besteht beispielsweise aus Chromoxid, Vanadiumoxid, Eisenoxid und anderen Oxiden. Da die Oxidschicht sehr kompakt und teilweise diffusionsdicht ausgebildet ist, kann eine nachträgliche Eindiffusion von Stickstoff bei erhöhten Temperaturen, insbesondere zwischen 480 °C und 590 °C negativ beeinflusst und sogar vollständig unterbunden werden. Inhomogene Alloy elements a natural oxide layer of a few nanometers. This oxide layer is formed on contact with air and consists for example of chromium oxide, vanadium oxide, iron oxide and other oxides. Since the oxide layer is very compact and partially diffusion-tight, subsequent diffusion of nitrogen at elevated temperatures, in particular between 480 ° C and 590 ° C can be adversely affected and even completely prevented. inhomogeneous
Verbindungsschichten sowie Diffusionsschichten mit unterschiedlichen funktionalen Eigenschaften sind die Folge. Die natürlich entstandene Oxidschicht lässt sich vor dem eigentlichen Nitrierprozess beispielsweise chemisch über einen Beizvorgang mit einer Säure entfernen. Ferner lässt sich die Oxidschicht auch mechanisch durch Bürsten und/oder Schleifen, oder aber elektrisch durch das Anlegen einer entsprechenden Spannung entfernen. Connecting layers and diffusion layers with different functional Properties are the result. The naturally occurring oxide layer can be removed, for example, chemically via a pickling process with an acid prior to the actual nitration process. Furthermore, the oxide layer can also be removed mechanically by brushing and / or grinding, or else electrically by the application of a corresponding voltage.
Die Bildung einer Oxidschicht auf dem mit Luft in Kontakt tretenden hochlegierten Stahl birgt Nachteile in der Nachbearbeitung der Oberfläche beziehungsweise der The formation of an oxide layer on the high-alloy steel which comes into contact with air has disadvantages in the finishing of the surface or the surface
Entfernung der Oxidschicht. Durch das Beizen mit Säure bilden sich oft lokale Narben infolge unterschiedlicher Oxidschichtdicken oder bei der mechanischen Removal of the oxide layer. Acid pickling often produces local scars due to different oxide film thicknesses or mechanical ones
Nachbearbeitung müssen die Rückstände mittels aufwändiger Reinigungs- bzw. Post-processing, the residues must be prepared by means of elaborate cleaning or
Entfernungsprozesses aufwendig entfernt werden. Es hat sich ferner herausgestellt, dass bei Bauteilen mit komplizierten Geometrien eine chemische, mechanische oder elektrische Nachbehandlung vielfach aufgrund der komplexen Realgeometrie nicht den gewünschten Effekt mit sich bringt. Insbesondere Sacklöcher sind schwer zugänglich, ein optimaler Abtrag der Oxidschicht ist hier nicht sicherzustellen. Dies führt Removal process consuming to be removed. It has also been found that in the case of components with complicated geometries, chemical, mechanical or electrical aftertreatment often does not bring about the desired effect due to the complex real geometry. In particular blind holes are difficult to access, an optimal removal of the oxide layer is not ensured here. this leads to
zwangsläufig zu Fehlstellen nach der Nitrierung bzw. zu inhomogenen Verbindungsund Diffusionsschichten und könnte zu einem frühzeitigen Bauteilversagen führen. inevitably leads to defects after nitriding or inhomogeneous bonding and diffusion layers and could lead to premature component failure.
Aus der EP 1 122 331 Bl ist ein Verfahren zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke, insbesondere zum Nitrieren oder Nitrocarburieren von legierten From EP 1 122 331 Bl is a method for heat treatment of metallic workpieces, in particular for nitriding or nitrocarburizing of alloyed
Eisenwerkstoffen bekannt. Zunächst werden die Werkstücke in einem Nitrierofen auf eine Temperatur zwischen 400 °C und 500 °C in einer ammoniakhaltigen Iron materials known. First, the workpieces are heated in a nitriding oven to a temperature between 400 ° C and 500 ° C in an ammonia-containing
Gasatmosphäre erwärmt. Anschließend werden die Werkstücke auf eine Gas atmosphere heated. Subsequently, the workpieces on a
Temperatur zwischen 500 °C und 700 °C in einer Ammoniak und ein zugesetztes Oxidationsmittel enthaltenden Gasatmosphäre erwärmt. Die Werkstücke werden dieser Temperatur und dieser Gasatmosphäre für eine Zeitdauer von bis zu 5 h ausgesetzt. Temperature is heated between 500 ° C and 700 ° C in a gas atmosphere containing ammonia and an added oxidant. The workpieces are exposed to this temperature and this gaseous atmosphere for a period of up to 5 hours.
Aufgabe und Lösung Task and solution
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Wärmebehandlung eines Werkstücks aus einem hochlegierten Stahl weiterzuentwickeln. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß dem It is an object of the invention to further develop a heat treatment of a workpiece made of a high-alloy steel. This object is achieved by a method according to the
Hauptanspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den darauf rückbezogenen Unteransprüchen. Offenbarung der Erfindung Main claim solved. Further advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims. Disclosure of the invention
Im Rahmen der Erfindung wurde ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines hochlegierten Stahls entwickelt. In the context of the invention, a method for heat treatment of a high-alloy steel has been developed.
Das aus einem hochlegierten Stahl bestehende Werkstück wird in einer The made of a high-alloy steel workpiece is in a
Vakuumumgebung auf eine erste Temperatur erwärmt, wobei die erste Vacuum environment heated to a first temperature, the first
Temperatur während einer ersten Haltephase konstant gehalten wird, wobei das Werkstück anschließend auf eine gegenüber der ersten Temperatur höhere zweite Temperatur erwärmt wird, wobei die zweite Temperatur während einer zweiten Haltephase konstant gehalten wird, und wobei das Werkstück im Anschluss an die zweite Haltephase vorzugsweise in gasförmigen, oder verdampfenden Medien abgeschreckt wird. Eine Oberfläche des Werkstücks insbesondere auch die Innenkonturen werden während der ersten Haltephase in einem ersten Behandlungsschritt mit einem Wasserstoff abgebenden Temperature is kept constant during a first holding phase, wherein the workpiece is then heated to a second temperature higher than the first temperature, wherein the second temperature is kept constant during a second holding phase, and wherein the workpiece preferably after the second holding phase in gaseous , or evaporating media is quenched. A surface of the workpiece, in particular also the inner contours, are dispensed with a hydrogen during the first holding phase in a first treatment step
Prozessgas und/oder Prozessgasgemisch zur Reinigung und Aktivierung der Oberfläche umströmt, wobei die Oberfläche während der ersten Haltephase in einem zweiten Behandlungsschritt mit einem Stickstoff abgebenden Prozessgas und/oder Prozessgasgemisch zur Ausbildung einer dünnen nitridhaltigen Schicht umströmt wird, und wobei die nitridhaltige Schicht dazu vorgesehen ist, einen nachgelagerten Gasnitrierprozess zu optimieren. Process gas and / or process gas mixture for cleaning and activation of the surface flows around, wherein the surface is flowed around during the first holding phase in a second treatment step with a nitrogen-emitting process gas and / or process gas mixture to form a thin nitride-containing layer, and wherein the nitride-containing layer is provided to optimize a downstream gas nitriding process.
Die erfindungsgemäße Wärmebehandlung gliedert sich in dem The heat treatment according to the invention is divided in the
Fertigungsprozess eines aus einem hochlegierten Stahl bestehenden Manufacturing process of a high-alloy steel existing
Werkstücks hinter die anfängliche Weichbearbeitung, insbesondere die Workpiece behind the initial soft machining, in particular the
Herstellung des Werkstücks aus einem Rohling. Im Anschluss an die Production of the workpiece from a blank. Following the
erfindungsgemäße Wärmebehandlung, insbesondere Härtung findet das Anlassen des Werkstücks z.B. in einem evakuierbaren sauerstofffreien heat treatment according to the invention, in particular curing, the tempering of the workpiece, e.g. in an evacuable oxygen-free
Anlassofen statt. Mit anderen Worten ist das Anlassen der Werkstücke eine zweite Wärmebehandlung. Vor der abschließenden Hartbearbeitung des Werkstücks zum Fertigbauteil und der damit einhergehenden Endmaßeinstellung durch Schleifen, Hartdrehen oder ähnliche Verfahren findet der dritte Tempering furnace instead. In other words, the tempering of the workpieces is a second heat treatment. Before the final hard machining of the workpiece to the finished component and the associated final dimension adjustment by grinding, hard turning or similar procedures, the third one
Wärmebehandlungsschritt statt, in dem mittels Gasnitrieren bei vorzugsweise 480 - 590°C die für das Werkstück, insbesondere der Werkstückoberfläche geforderten Eigenschaften durch Eindiffundieren von Stickstoff in das Werkstück eingestellt werden. Heat treatment step instead, in which by means of gas nitriding at preferably 480 - 590 ° C required for the workpiece, in particular the workpiece surface properties are adjusted by diffusing nitrogen into the workpiece.
Unter der Vakuumumgebung ist ein technisches Vakuum mit einem Druck von höchstens 50 mbar zu verstehen. Der Vakuumofen wird dabei luftdicht verschlossen und eine mit dem Innenraum des Vakuumofens verbundene Pumpe stellt die Vakuum-Umgebungsbedingungen im Vakuumofen her. Durch den erfindungsgemäßen Härteprozess wird die natürlich gebildete Oxidschicht bzw. Passivschicht aufgebrochen und die Oberfläche des hochlegierten Stahls gereinigt. Die Prozessdurchführung im Vakuum bzw. sauerstofffreien Under the vacuum environment is a technical vacuum with a pressure of at most 50 mbar to understand. The vacuum furnace is thereby hermetically sealed and connected to the interior of the vacuum furnace pump establishes the vacuum ambient conditions in a vacuum oven. As a result of the hardening process according to the invention, the naturally formed oxide layer or passive layer is broken up and the surface of the high-alloyed steel is cleaned. The process in vacuum or oxygen-free
Atmosphäre verhindert bzw. verlangsamt dabei die Bildung einer neuen Atmosphere prevents or slows down the formation of a new one
Passivschicht und/oder die Repassivierung des hochlegierten Stahls. Eine randnahe Verarmung an härtesteigenden Legierungselementen wird somit zusätzlich vermieden. Passive layer and / or the repassivation of high-alloy steel. A near-edge depletion of hardening alloying elements is thus additionally avoided.
Unter dem Begriff„Haltephase" ist das konstante Halten einer Temperatur zu verstehen, in der das Werkstück die Innentemperatur des Vakuumofens zurThe term "holding phase" is to be understood as meaning the constant holding of a temperature at which the workpiece determines the internal temperature of the vacuum furnace
Durchführung des ersten und zweiten Behandlungsschritts annimmt. Während der ersten Haltephase wird der hochlegierte Stahl in einem ersten Performing the first and second treatment step assumes. During the first holding phase, the high-alloy steel is in a first
Behandlungsschritt von einem Wasserstoff abgebenden Prozessgas und/oder Prozessgasgemisch umströmt. Vorzugsweise findet das Eindüsen des Gases konstant statt. Ein gepulster, variabler oder druckgesteuerter Verlauf desTreatment step flows around a hydrogen-releasing process gas and / or process gas mixture. Preferably, the injection of the gas takes place constantly. A pulsed, variable or pressure controlled course of the
Durchflusses ist aber auch denkbar. Durchflußes is also conceivable.
Das Umströmen des Werkstücks im ersten Behandlungsschritt stellt einen Reinigungs- und Aktivierungsschritt dar, um das Eindiffundieren von Stickstoff in die Oberfläche des Stahls im zweiten Bearbeitungsschritt aufgrund der dadurch gereinigten und aktivierten Oberfläche und der hohen Temperatur im The flowing around of the workpiece in the first treatment step constitutes a cleaning and activating step to prevent the nitrogen from diffusing into the surface of the steel in the second processing step due to the surface cleaned and activated thereby and the high temperature
Vakuumofen zu begünstigen. Die erste Temperatur für den ersten Favor vacuum furnace. The first temperature for the first
Behandlungsschritt liegt vorzugsweise zwischen 800 und 1090°C, bevorzugt bei 900 °C, um eine optimale Wechselwirkung des Wasserstoff abgebenden Prozessgases und/oder Prozessgasgemisches mit der Oberfläche des Werkstücks zu gewährleisten. Im ersten Behandlungsschritt wird die Oxidschicht aufgebrochen und eine Repassivierung der Oberfläche mit Hilfe des Vakuums verhindert. Die Oberfläche des Werkstücks ist damit hoch reaktiv gegenüber der Eindiffusion von Stickstoff im zweiten Behandlungsschritt. Treatment step is preferably between 800 and 1090 ° C, preferably at 900 ° C, to an optimal interaction of the hydrogen-emitting process gas and / or process gas mixture with the surface of the To ensure workpiece. In the first treatment step, the oxide layer is broken and repassivation of the surface by means of the vacuum is prevented. The surface of the workpiece is thus highly reactive to the diffusion of nitrogen in the second treatment step.
Nach Abschluss des ersten Behandlungsschritts beginnt der zweite After completion of the first treatment step, the second begins
Behandlungsschritt bei der konstanten ersten Temperatur des Ofens. Dabei wird der hochlegierte Stahl mit einem Stickstoff abgebenden Prozessgas und/oder Prozessgasgemisch zur Ausbildung einer nitridhaltigen Schicht umströmt. Treatment step at the constant first temperature of the furnace. In this case, the high-alloy steel is flowed around with a nitrogen-emitting process gas and / or process gas mixture to form a nitride-containing layer.
Vorteilhafterweise wird reiner Stickstoff (N2) oder aber Ammoniak (N H3) oder aber ein Gemisch aus Stickstoff/Ammoniak verwendet. Legierte oder Advantageously, pure nitrogen (N2) or ammonia (N H3) or a mixture of nitrogen / ammonia is used. Alloyed or
hochlegierte Stähle eignen sich bevorzugt zum Nitrieren, da sich die High-alloyed steels are preferably suitable for nitriding, since the
Legierungselemente dieser Stähle bevorzugt mit dem atomaren Stickstoff zu Nitriden verbinden. Unlegierte Stähle können hingegen während der Nitrierung spröde, zum Abplatzen neigende Nitrierschichten bilden. Für das Nitrieren eignen sich insbesondere Stähle mit Kohlenstoffanteilen zwischen 0,3 und 0,6 Masse-% und Legierungselemente wie Chrom oder Vanadium, die bei hohen Alloy elements of these steels preferably connect with the atomic nitrogen to nitrides. On the other hand, unalloyed steels can form brittle nitriding layers that tend to flake off during nitriding. Particularly suitable for nitriding are steels with carbon contents between 0.3 and 0.6% by mass and alloying elements such as chromium or vanadium
Temperaturen Randschichtnitride bilden. Temperatures form boundary layer nitrides.
Der sich durch das sogenannte Vornitrieren im erfindungsgemäßen Härteprozess ergebende Vorteil gegenüber herkömmlichen Herstellungsmethoden von The advantage resulting from the so-called pre-nitriding in the hardening process according to the invention over conventional production methods of
Werkstücken aus hochlegierten Stählen ist, dass sich aufgrund der Workpieces made of high-alloy steels is that due to the
Vakuumumgebung und der Reinigung und Aktivierung durch das Wasserstoff abgebende Prozessgas und/oder Prozessgasgemisch während dem Nitrieren im zweiten Behandlungsschritt des Härteprozesses eine homogene und dichte Nitridschicht auf der Oberfläche bildet. Diese Nitridschicht kann als Keimschicht bzw. Passivierungsschicht betrachtet werden, da der eigentliche Nitrierschritt erst nach dem Anlassen und vor der Hartbearbeitung des Werkstücks stattfindet. Vacuum environment and the cleaning and activation by the hydrogen-releasing process gas and / or process gas mixture forms a homogeneous and dense nitride layer on the surface during nitriding in the second treatment step of the curing process. This nitride layer can be regarded as a seed layer or passivation layer, since the actual nitriding step takes place only after tempering and before the hard machining of the workpiece.
Ferner optimiert das Vornitrieren im Härteprozess auch das Gasnitrieren im nachgelagerten Herstellungsschritt. Aufgrund der homogenen Keimschicht aus dem Härteprozess bildet sich beim Gasnitrieren im Kammerofen eine Furthermore, the pre-nitriding in the hardening process also optimizes the gas nitriding in the downstream production step. Due to the homogeneous seed layer from the hardening process, gas nitriding forms in the chamber furnace
kompaktere Verbindungsschicht mit dementsprechend geringerem Porenanteil. Die Nitrierwirkung, die mit Hilfe der sogenannten Nitrierkennzahl beschrieben wird, ist dementsprechend aufgrund des Vornitrierens im Härteprozess höher. Die Nitrierkennzahl ergibt sich aus den Partialdrücken des Stickstoff abgebenden Prozessgases und/oder Prozessgasgemisches und dem Partialdruck des Wasserstoffs. Je höher die Nitrierkennzahl ist, desto stärker ist das Potential zur Nitridbildung. Übersteigt der Stickstoffanteil im Werkstoff die maximale more compact connection layer with correspondingly lower pore content. The nitriding effect, which is described with the help of the so-called nitriding index, is correspondingly higher due to the pre-nitriding in the hardening process. The nitriding index results from the partial pressures of the nitrogen donating Process gas and / or process gas mixture and the partial pressure of hydrogen. The higher the nitriding index, the stronger the potential for nitride formation. If the nitrogen content in the material exceeds the maximum
Löslichkeit des Stickstoffs im Grundwerkstoff bilden sich Nitride. Direkt auf der Oberfläche bilden diese Nitridausscheidungen die Verbindungsschicht aus. Solubility of nitrogen in the base material is formed by nitrides. Directly on the surface, these nitride precipitates form the bonding layer.
Ausgehend von der Oberfläche bildet sich ein abnehmender Stickstoffgradient aus, dieser Bereich wird als Diffusionsschicht bezeichnet. In diesem Bereich sind kleine Nitridausscheidungen sowie im Metallgitter gelöster Stickstoff vorhanden. In Stählen bildet sich dabei Eisen zu Eisennitriden und in hochlegierten Stählen verbinden sich dabei beispielsweise Chrom, Vanadium zu entsprechenden Nitriden aus. Da durch das Vornitrieren im Härteprozess eine nitrierte Starting from the surface, a decreasing nitrogen gradient forms, this area is called a diffusion layer. In this area are small nitride precipitates as well as dissolved in the metal lattice nitrogen available. In steels, iron is formed into iron nitrides, and in high-alloy steels, for example, chromium and vanadium combine to form corresponding nitrides. Because of the nitriding in the hardening process a nitrided
Keimschicht vorliegt, ist eine niedrigere Nitrierkennzahl beim Nitrierprozess erforderlich, wodurch die Prozessführung erleichtert und vereinfacht wird. Seed layer is present, a lower nitriding ratio is required in the nitriding process, whereby the process management is facilitated and simplified.
Ebenso kann der Gasnitriervorgang dadurch verkürzt und/oder bei tieferen Temperaturen durchgeführt werden, was den Prozess zusätzlich kostengünstiger macht. Likewise, the gas nitriding process can thereby be shortened and / or carried out at lower temperatures, which additionally makes the process more cost-effective.
Des Weiteren macht die nitrierte Schicht nach dem Härteprozess den Furthermore, the nitrided layer makes after the hardening process
Anlassprozess unempfindlicher, da durch eine erneute Temperaturerhöhung unterhalb der Umwandlungstemperatur Spannungen abgebaut, je nach Annealing process less sensitive, as reduced by a renewed increase in temperature below the transformation temperature voltages, depending on
Zusammensetzung des Stahls weitere Sonderkarbide ausgeschieden sowie eine niedere Härte eingestellt werden kann, ohne eine Wechselwirkung der Composition of the steel more special carbides eliminated as well as a lower hardness can be adjusted without an interaction of the
Legierungselemente an der Oberfläche des Grundwerkstoffs mit der Ofen- Atmosphäre zu riskieren. Risking alloying elements on the surface of the base material with the furnace atmosphere.
Bevorzugt wird während des zweiten Behandlungsschritts im Härteprozess von der ersten Haltephase auf die zweite Haltephase gewechselt. In der zweiten Haltephase wird der hochlegierte Stahl auf die zweite Temperatur erwärmt. Die zweite Temperatur ist auch als Austenitisierungstemperatur zu verstehen. Bei Raumtemperatur liegt der hochlegierte Stahl im Wesentlichen als Ferrit und Carbid vor, der bei hohen Temperaturen zum Austenit umwandelt und die Carbide sich teilweise auflösen. Ziel ist es damit die hohe Löslichkeit von During the second treatment step, it is preferable to change from the first holding phase to the second holding phase in the hardening process. In the second holding phase, the high-alloy steel is heated to the second temperature. The second temperature is also to be understood as austenitizing temperature. At room temperature, the high-alloy steel is essentially ferrite and carbide, which converts to austenite at high temperatures and the carbides partially dissolve. The aim is therefore the high solubility of
Kohlenstoff bei hohen Temperaturen im Austenit auszunutzen. Bei der Austenitisierungstemperatur diffundiert Kohlenstoff in das Gitter des Austenits. Wird der hochlegierte Stahl im Anschluss abgeschreckt, kann der Kohlenstoff nicht mehr aus dem Gitter heraus diffundieren und verzerrt dieses aufgrund der Volumenzunahme tetragonal, wodurch sich im Wesentlichen Martensit bildet. Je größer die Abschreckgeschwindigkeit ist, desto höher ist der Martensitanteil. Zur Einleitung des Abschreckvorgangs endet der zweite Exploiting carbon at high temperatures in austenite. At the austenitizing temperature, carbon diffuses into the austenite lattice. If the high-alloy steel is subsequently quenched, the carbon can no longer diffuse out of the lattice and distort it tetragonal due to the increase in volume, which essentially forms martensite. The higher the quenching rate, the higher the martensite content. To initiate the quenching process ends the second
Behandlungsschritt mit der zweiten Haltephase. Treatment step with the second holding phase.
Ferner bevorzugt werden die Dauer des zweiten Behandlungsschritts, die zweite Temperatur des hochlegierten Stahls während des zweiten Behandlungsschritts und/oder der Stickstoffpartialdruck an der Oberfläche des hochlegierten Stahls während des zweiten Behandlungsschritts so gewählt, dass die nitridhaltige Schicht mit einer Dicke kleiner 2 μηι, bevorzugt mit einer Dicke von 0,001 μηι bis 1 μηι, ausgebildet wird. Furthermore, the duration of the second treatment step, the second temperature of the high-alloy steel during the second treatment step and / or the nitrogen partial pressure on the surface of the high-alloy steel during the second treatment step are preferably selected so that the nitride-containing layer having a thickness of less than 2 μm, preferably with a thickness of 0.001 μηι to 1 μηι, is formed.
Bevorzugt weist die nitridhaltige Schicht flächenförmige oder kristallin The nitride-containing layer preferably has sheet-like or crystalline
ausgeschiedene Nitride auf. Chrom kann flächenförmige Nitride bilden, wobei Eisen bevorzugt kristalline Nitride bildet. precipitated nitrides. Chromium can form sheet-shaped nitrides, with iron preferably forming crystalline nitrides.
Vorzugsweise umströmt das Wasserstoff abgebende Prozessgas und/oder Prozessgasgemisch die Oberfläche mit einem ersten Behandlungsdruck und das Stickstoff abgebende Prozessgas und/oder Prozessgasgemisch umströmt die Oberfläche mit einem zweiten Behandlungsdruck, wobei der jeweilige Preferably, the hydrogen-emitting process gas and / or process gas mixture flows around the surface at a first treatment pressure and the nitrogen-emitting process gas and / or process gas mixture flows around the surface at a second treatment pressure, the respective
Behandlungsdruck in einem Druckbereich zwischen 10 mbar und 3000 mbar liegt. Der gewählte Druckbereich ist dabei stark abhängig von den Eigenschaften des Werkstücks. Treatment pressure in a pressure range between 10 mbar and 3000 mbar. The selected pressure range is highly dependent on the properties of the workpiece.
Ferner bevorzugt ist der erste Behandlungsdruck kleiner als der zweite Further preferably, the first treatment pressure is less than the second
Behandlungsdruck. Je höher der zweite Behandlungsdruck, desto größer ist das Potential zur Nitridbildung im randnahen Bereich des Werkstücks und desto tiefer diffundiert der Stickstoff in das Werkstück ein. Treatment pressure. The higher the second treatment pressure, the greater the potential for nitride formation in the region near the edge of the workpiece, and the lower the nitrogen diffuses into the workpiece.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt. Ausführungsbeispiele Es zeigt: Further, measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to figures. Exemplary embodiments It shows:
Figur 1 den Verlauf der Temperatur T und des Druck p über die Zeit bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, und Figure 1 shows the course of the temperature T and the pressure p over time in an embodiment of the inventive method, and
Figuren 2 bis 5 die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte zur Figures 2 to 5, the inventive method steps for
Wärmebehandlung eines aus einem hochlegierten Stahl bestehenden Heat treatment of a high-alloy steel
Werkstücks. Workpiece.
Figur 1 zeigt beispielhaft die Prozessführung für ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei beschreibt die linke Ordinate 4 die Temperaturachse, die rechte Ordinate 5 beschreibt die Partialdruckachse und die Abszisse 6 beschreibt die Zeitachse. Die obere durchgehende Kurve bezeichnet den Verlauf der Temperatur T über der Zeit. Die untere durchgehende Kurve bezeichnet den Verlauf des Partialdrucks p über der Zeit. Entlang der Zeitachse sind Abschnitte AI, Hl, A2, H2, F sowie Bl und B2 definiert, in denen unterschiedliche Aktivitäten stattfinden. Figure 1 shows an example of the process control for an embodiment of the method according to the invention. The left ordinate 4 describes the temperature axis, the right ordinate 5 describes the partial pressure axis and the abscissa 6 describes the time axis. The upper continuous curve indicates the course of the temperature T over time. The lower continuous curve indicates the course of the partial pressure p over time. Along the time axis sections AI, Hl, A2, H2, F and Bl and B2 are defined, in which different activities take place.
In einer ersten Aufheizphase AI wird das Werkstück S zunächst von In a first heating phase AI, the workpiece S is first of
Raumtemperatur auf eine Temperatur Tl von 900°C erwärmt. Die Aufheizrate ist dabei im Wesentlichen konstant. Der Vakuumofen, in dem das Verfahren durchgeführt wird, steht unter einem technischen Vakuum, mit einem Unterdruck von kleiner als 50 mbar (Figur 2). Ferner ist es auch denkbar, dass das Vakuum erst nach dem Erreichen einer bestimmten Temperatur zu erzeugen. Room temperature to a temperature Tl of 900 ° C heated. The heating rate is essentially constant. The vacuum furnace in which the process is carried out is under a technical vacuum, with a negative pressure of less than 50 mbar (Figure 2). Furthermore, it is also conceivable that the vacuum to produce only after reaching a certain temperature.
In der an die erste Aufheizphase AI anschließenden ersten Haltephase Hl wird die erste Temperatur Tl konstant auf etwa 900 °C gehalten. Während der Aufheizphase AI wird dabei kein Wasserstoff- oder stickstoffhaltiges Prozessgas oder Prozessgasgemisch Gl, G2 zugeführt. Während der ersten Haltephase Hl beginnt der erste Behandlungsschritt Bl, in dem das Werkstück S mit einem wasserstoffhaltigen Prozessgas oder Prozessgasgemisch Gl mit einem ersten Behandlungsdruck PI umströmt wird. Der erste Behandlungsdruck PI entspricht dem auf die Oberfläche 1 des Werkstücks S wirkenden Wasserstoffpartialdruck. Der Partialdruck entspricht dem Druck, den die einzelne Gaskomponente, in diesem Fall Wasserstoff, bei alleinigem Vorhandensein in einem betreffenden Volumen ausüben würde. Der Durchfluss des wasserstoffhaltigen Prozessgases oder Prozessgasgemisches Gl erfolgt dabei konstant (Figur 3). Während dem ersten Behandlungsschritt wird die natürlich gebildete Oxidschicht 7 bzw. In the subsequent to the first heating phase AI first holding phase Hl, the first temperature Tl is kept constant at about 900 ° C. During the heating phase AI no hydrogen or nitrogen-containing process gas or process gas mixture Gl, G2 is supplied. During the first holding phase Hl, the first treatment step Bl begins, in which the workpiece S is flowed around with a hydrogen-containing process gas or process gas mixture Gl with a first treatment pressure PI. The first treatment pressure PI corresponds the acting on the surface 1 of the workpiece S hydrogen partial pressure. The partial pressure corresponds to the pressure that would be exerted by the single gas component, in this case hydrogen, when present in a given volume. The flow of the hydrogen-containing process gas or process gas mixture G1 is constant (FIG. 3). During the first treatment step, the naturally formed oxide layer 7 or
Passivschicht des hochlegierten Stahls aufgebrochen und die Oberfläche 1 des Werkstücks S gereinigt und gegenüber Eindiffusion von Stickstoff im Passive layer of high-alloy steel broken and cleaned the surface 1 of the workpiece S and against diffusion of nitrogen in the
nachgelagerten zweiten Behandlungsschritt B2 aktiviert. activated downstream second treatment step B2.
An den ersten Behandlungsschritts Bl schließt sich der zweite At the first treatment step Bl, the second closes
Behandlungsschritt B2 an, in dem das Werkstück S mit einem stickstoffhaltigen Prozessgas oder Prozessgasgemisch G2 mit einem zweiten Behandlungsdruck P2 umströmt wird. Der zweite Behandlungsdruck P2 entspricht dem auf die Oberfläche 1 des Werkstücks S wirkenden Stickstoffpartialdruck. Der Durchfluss des stickstoffhaltigen Prozessgases oder Prozessgasgemisches G2 erfolgt dabei konstant (Figur 4). Der zweite Behandlungsdruck P2 ist höher als der erste Behandlungsdruck PI, wobei der jeweilige Behandlungsdruck PI, P2 zwischen 10 mbar und 3000 mbar beträgt. Treatment step B2, in which the workpiece S is flowed around with a nitrogen-containing process gas or process gas mixture G2 with a second treatment pressure P2. The second treatment pressure P2 corresponds to the nitrogen partial pressure acting on the surface 1 of the workpiece S. The flow of the nitrogenous process gas or process gas mixture G2 is constant (Figure 4). The second treatment pressure P2 is higher than the first treatment pressure PI, wherein the respective treatment pressure PI, P2 is between 10 mbar and 3000 mbar.
Während des zweiten Behandlungsschritts B2 folgt auf die erste Haltephase Hl eine zweite Aufheizphase A2 mit anschließender zweiten Haltephase H2. Die Aufheizrate ist dabei konstant. Das Werkstück S wird zunächst von der ersten Temperatur Tl auf die zweite Temperatur T2 erwärmt, die dann konstant gehalten wird. Die zweite Temperatur T2 entspricht der During the second treatment step B2, the first holding phase H1 is followed by a second heating phase A2 with a subsequent second holding phase H2. The heating rate is constant. The workpiece S is first heated from the first temperature Tl to the second temperature T2, which is then kept constant. The second temperature T2 corresponds to the
Austenitisierungstemperatur des Werkstücks S. Im Randbereich findet während dem Halten auf Austenitisierungstemperatur eine Phasenumwandlung zu einem austenitischen Gefüge statt. In dem aus der ersten Haltephase Hl fortlaufenden zweiten Behandlungsschritt B2 umströmt das stickstoffhaltige Prozessgas oder Prozessgasgemisch G2 in der zweiten Haltephase H2 weiterhin mit einem zweiten Behandlungsdruck P2 und konstantem Durchfluss das Werkstück S. Die zweite Haltephase H2 entspricht dabei einer Nitrierphase. Aufgrund der zweiten Temperatur T2 diffundiert atomarer Stickstoff aus dem stickstoffhaltigen  Austenitizing temperature of the workpiece S. In the edge region, a phase transition to an austenitic structure takes place while holding at austenitizing temperature. In the second treatment step B2 continuing from the first holding phase Hl, the nitrogen-containing process gas or process gas mixture G2 continues to flow around the workpiece S in the second holding phase H2 with a second treatment pressure P2 and constant flow. The second holding phase H2 corresponds to a nitriding phase. Due to the second temperature T2 atomic nitrogen diffuses from the nitrogenous
Prozessgas oder Prozessgasgemisch G2 in die Oberfläche 1 des Werkstücks S ein und verbindet sich mit nitridbildenden Legierungselementen wie beispielsweise Chrom, Vanadium oder Eisen. Die Dauer des zweiten Process gas or process gas mixture G2 in the surface 1 of the workpiece S and combines with nitride-forming alloying elements such as for example, chromium, vanadium or iron. The duration of the second
Behandlungsschritts B2, die zweite Temperatur T2 des Werkstücks S während des zweiten Behandlungsschritts B2 und der zweite Behandlungsdruck B2 an der Oberfläche 1 des Werkstücks S während des zweiten Behandlungsschritts B2 beeinflussen die Dicke der nitridhaltigen Schicht 2, die zwischen Ο.ΟΟΙμηι undTreatment step B2, the second temperature T2 of the workpiece S during the second treatment step B2 and the second treatment pressure B2 on the surface 1 of the workpiece S during the second treatment step B2 affect the thickness of the nitride-containing layer 2, which is between Ο.ΟΟΙμηι and
Ιμηι liegt (Figur 5). Ιμηι lies (Figure 5).
An die zweite Haltephase H2 und den zweiten Behandlungsschritt B2 folgt abschließend eine Abschreckphase F zur Einstellung eines im Wesentlichen martensitischen Gefüges. Der Vakuumofen 3 und das Werkstück S werden dabei auf Raumtemperatur abgeschreckt. The second holding phase H2 and the second treatment step B2 are finally followed by a quenching phase F for setting a substantially martensitic structure. The vacuum furnace 3 and the workpiece S are quenched to room temperature.
Die Figuren 2 bis 5 beschreiben die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte zur Wärmebehandlung eines aus einem hochlegierten Stahl bestehenden FIGS. 2 to 5 describe the method steps according to the invention for the heat treatment of a high-alloy steel
Werkstücks S in Schnittzeichnung gemäß der in Figur 1 gezeigten und erläuterten Prozessführung. Workpiece S in cross-section according to the process control shown in Figure 1 and explained.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur Wärmebehandlung eines aus einem hochlegierten Stahl bestehenden Werkstücks (S), wobei das Werkstück (S) in einer 1. A method for heat treatment of a high-alloy steel workpiece (S), wherein the workpiece (S) in a
Vakuumumgebung auf eine erste Temperatur (Tl) erwärmt wird, wobei die erste Temperatur (Tl) während einer ersten Haltephase (Hl) konstant gehalten wird, wobei das Bauteil (S) anschließend auf eine gegenüber der ersten Temperatur (Tl) höhere zweite Temperatur (T2) erwärmt wird, wobei die zweite Temperatur (T2) während einer zweiten Haltephase (H2) konstant gehalten wird, und wobei das Werkstück (S) im Anschluss an die zweite Haltephase (H2) abgeschreckt wird, Vacuum environment is heated to a first temperature (Tl), wherein the first temperature (Tl) during a first holding phase (Hl) is kept constant, wherein the component (S) then to a relation to the first temperature (Tl) higher second temperature (T2 ), wherein the second temperature (T2) is kept constant during a second holding phase (H2), and wherein the workpiece (S) is quenched after the second holding phase (H2),
dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche (1) des Werkstücks (S) während der ersten Haltephase (Hl) in einem ersten Behandlungsschritt (Bl) mit einem Wasserstoff abgebenden Prozessgas und/oder Prozessgasgemisch (Gl) zur Reinigung und Aktivierung der Oberfläche (1) umströmt wird, wobei die Oberfläche (1) während der ersten Haltephase (Hl) in einem zweiten characterized in that a surface (1) of the workpiece (S) flows during the first holding phase (Hl) in a first treatment step (Bl) with a hydrogen-emitting process gas and / or process gas mixture (Gl) for cleaning and activation of the surface (1) is, wherein the surface (1) during the first holding phase (Hl) in a second
Behandlungsschritt (B2) mit einem Stickstoff abgebenden Prozessgas und/oder Prozessgasgemisch (G2) zur Ausbildung einer nitridhaltigen Schicht (2) umströmt wird, und wobei die nitridhaltige Schicht (2) dazu vorgesehen ist, einen nachgelagerten Gasnitrierprozess zu optimieren. Treatment step (B2) with a nitrogen-emitting process gas and / or process gas mixture (G2) to form a nitride-containing layer (2) is flowed around, and wherein the nitride-containing layer (2) is provided to optimize a downstream gas nitriding process.
2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 2. Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass während des zweiten Behandlungsschritts (B2) von der ersten Haltephase (Hl) auf die zweite Haltephase (H2) gewechselt wird. characterized in that during the second treatment step (B2) from the first holding phase (Hl) to the second holding phase (H2) is changed.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 3. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserstoff abgebende Prozessgas und/oder Prozessgasgemisch (Gl) die Oberfläche (1) mit einem ersten characterized in that the hydrogen-emitting process gas and / or process gas mixture (GI) the surface (1) with a first
Behandlungsdruck (PI) und das Stickstoff abgebende Prozessgas und/oder Prozessgasgemisch (G2) die Oberfläche (1) mit einem zweiten Behandlungsdruck (P2) umströmt, wobei der jeweilige Behandlungsdruck (PI, P2) in einem Druckbereich zwischen 10 mbar und 3000 mbar liegt. Treatment pressure (PI) and the nitrogen-emitting process gas and / or process gas mixture (G2) the surface (1) with a second Treatment pressure (P2) flows around, wherein the respective treatment pressure (PI, P2) is in a pressure range between 10 mbar and 3000 mbar.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des zweiten Behandlungsschritts (B2), die zweite Temperatur (T2) des Werkstücks (S) während des zweiten Behandlungsschritts (B2) und/oder der zweite Behandlungsdruck (P2) an der Oberfläche (1) des Werkstücks (S) während des zweiten Behandlungsschritts (B2) so gewählt werden, dass die nitridhaltige Schicht (2) nitridhaltige Schicht mit einer Dicke kleiner 2 μηι, bevorzugt mit einer Dicke von 0,001 μηι bis 1 μηι, ausgebildet wird. characterized in that the duration of the second treatment step (B2), the second temperature (T2) of the workpiece (S) during the second treatment step (B2) and / or the second treatment pressure (P2) on the surface (1) of the workpiece (S ) are selected during the second treatment step (B2) so that the nitride-containing layer (2) nitride-containing layer with a thickness less than 2 μηι, preferably with a thickness of 0.001 μηι to 1 μηι, is formed.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 5. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Behandlungsschritt (B2) mit der zweiten Haltephase (H2) endet. characterized in that the second treatment step (B2) ends with the second holding phase (H2).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur (Tl) während der ersten Haltephase (Hl) zumindest 800 bis 1090°C, und bevorzugt 900°C beträgt. characterized in that the first temperature (Tl) during the first holding phase (Hl) is at least 800 to 1090 ° C, and preferably 900 ° C.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die nitridhaltige Schicht (2) flächenförmige oder kristallin ausgeschiedene Nitride aufweist. characterized in that the nitride-containing layer (2) has sheet-like or crystalline precipitated nitrides.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Behandlungsdruck (PI) kleiner ist, als der zweite Behandlungsdruck (P2). characterized in that the first treatment pressure (PI) is smaller than the second treatment pressure (P2).
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