DE2445684A1

DE2445684A1 - Case hardening of stainless steel - by a carbon diffusion process

Info

Publication number: DE2445684A1
Application number: DE19742445684
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: PICARD FA CARL AUG
Current assignee: PICARD FA CARL AUG
Priority date: 1974-09-25
Filing date: 1974-09-25
Publication date: 1976-04-08

Abstract

Stainless steel is case-hardened by heating to 1000 degrees C in a C-releasing medium and allowing C to diffuse during a retention period of several hours, pref. 12-24 hrs. Alcohol is used as C-releasing medium, which is introduced into the furnace by spraying. The stainless steel is provided with a case-hardened layer of up to 0.5 mm depth and hardness 62 HRC. The layer contains 0.7-2% while the centre of the steel contains 0.15-0.2% C and has a hardness of 30-40 HRC. Process is used for hardening chuck plates used in moulds of lime-sandstone presses, or structural components of high wear resistance and bending strength.

Description

Verfahren zum Härten von Maschinenbauteilen sowie nach diesem Verfahren hergestelltes Maschinenbauteil Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Härten von Maschinenbauteilen, vorzugsweise Futterplatten für Preßformen von Kalksandsteinpressen sowie auf die nach diesem Verfahren hergestellten Maschinenbauteile.Process for hardening machine components and according to this process Manufactured machine component The invention relates to a method for Hardening of machine components, preferably lining plates for press forms of sand-lime brick presses as well as the machine components manufactured using this process.

In der Technik sind allgemein sogenannte Einsatzstähle bekannt, die auch vornehmlich für vorerwähnten Platten Verwendung finden, Es handelt sich bei diesen Einsatzstählen um eine Stahlsorte mit niedrigem Kohlenstoffgehalt bis etwa 0,2 %. Dieser Stahl ist zum Einsatzhärten geeignet. Die aufgekohlte, gut härtbare Einsatzschicht reicht dabei in Abhängigkeit von dem Einsatzmittel und der Einsatzdauer von der Oberfläche an bis zu einer Tiefe von etwa 1 mm, wobei in diesem Rand- bzwo Oberflächenbereich ein Kohlenstoffgehalt von etwa 1 % erreicht wird0 Beim nachfolgenden Härten aus einer Temperatur von etwa 8000C wird die Randschicht unter Bildung eines martensitischen Gefüges hat. Der Kern behå die der Legierung des Stahles entsprechende Festigkeit0 Man unterscheidet bei diesen Einsatzstählen zwischen Chrommangan-Stählen und Chromnickel-Stählen, wobei in der chemischen Zusammensetzung je nach Stahlsorte Mangangehalte von 0,25 bis 1,3 %, Chromgehalte von 0,4 bis 2,1 °% und Nickelgehalte von 0,4 bis 2,1 % gewählt werden können. Das Einsatzhärten erfolgt, wie gesagt, nach vorangegangenem Aufkohlen der Randschicht des betreffenden Werkstückes,mit dem Zweck, eine sehr harte, gegen Verschleiß widerstandsfähige Oberfläche bei einem zähen Kern zu erzielen, so daß das Werkstück auch einer hohen Biegebeanspruchung unterworfen werden kann. Das Einsetzen, auch Aufkohlen oder Zementieren genannt, erfolgt durch Glühen in Kohlenstoff abgebenden Kohlungsmitteln. Als solche kommen feste Kohlungsmittel, wie Holz-, Braunkohle oder Kokst mit kleinen Korngrößen oder flüssige Kohlungsmittel, wie Salzbäder mit Gehalten an Alkalizyaniden, oder gasförmige Kohlungsmittel, wie Leuchtgas, in Betracht. Bei der Einsatztemperatur entstehen kohlenstoffhaltige Gase, die in Berührung mit Eisen zunächst Eisenkarbid (Zementit) bilden. Dieses ist in Gammaeisen löslich, und so diffundiert Kohlenstoff vom Werkstoffrand in Richtung zum Kern. Die Eindringtiefe ist abhängig von der Temperatur und der Zeit, ferner vom gewählten Kohlungsmittel und der Stahl art. Einfluß auf den Randkohlenstoffgehalt nehmen auch die sonstigen Legierungsbestandteile des betreffenden Stahles.So-called case-hardening steels are generally known in technology and are also primarily used for the aforementioned plates. These case-hardening steels are a type of steel with a low carbon content of up to about 0.2%. This steel is suitable for case hardening. The carburized, easily hardenable insert layer extends from the surface to a depth of about 1 mm, depending on the agent and the duration of use, with a carbon content of about 1% being achieved in this edge or surface area during subsequent hardening from one temperature from about 8000C the surface layer will have a martensitic structure. The core maintains the strength corresponding to the alloy of the steel. These case-hardening steels are differentiated between chrome-manganese steels and chrome-nickel steels, with manganese contents of 0.25 to 1.3% and chromium contents of 0.4 to 2% depending on the type of steel , 1% and nickel contents of 0.4 to 2.1% can be selected. The case hardening takes place, as already mentioned, after previous carburization of the surface layer of the workpiece concerned, with the purpose of achieving a very hard, wear-resistant surface with a tough core, so that the workpiece can also be subjected to high bending stress. The onset, also known as carburizing or cementing, takes place by annealing in carbon releasing agents. Solid carbonants, such as wood, lignite or coke with small grain sizes, or liquid carbonants, such as salt baths with contents of alkali cyanides, or gaseous carbonants, such as luminous gas, are suitable as such. At the operating temperature, carbon-containing gases are generated which, in contact with iron, initially form iron carbide (cementite). This is soluble in gamma iron, and so on carbon diffuses from the material edge towards the core. The depth of penetration depends on the temperature and time, as well as on the chosen carbon dioxide and the type of steel. The other alloy components of the steel in question also have an influence on the carbon content.

Einsatzstähle sind nach DIN 17210 genormt.Case-hardening steels are standardized in accordance with DIN 17210.

In der Praxis bekannt sind weiterhin sogenannte Kaltarbeitsstähle, und zwar legierte oder unlegierte Werkzeugstähle, die für Kaltarbeitswerkzeuge aller Art verwendet werden und die nach DIN 17060 und 17006 bezeichnet sind. Es sei hier vor allem der Kaltarbeitsstahl mit der Bezeichnung X 210 CR 12 genannt. Derartige Kaltarbeitsstähle besitzen durchgehend einen verhältnismäßig hohen Kohlenstoffgehalt von etwa 2,0 bis 2,1 %. Dementsprechend besitzentie auch eine durchgehende große Härte und damit eine sehr hohe Verschleißfestigkeit, jedoch nur einen verhältnismäßig geringen Biegewiderstand, so daß sie keiner größeren Biegebelastung unterworfen werden können Bekannt sind schließlich rostfreie, besser gesagt, rostbeständige, bzw. korrosionsbeständige Stähle, z.B. unter der DIN-Bezeichnung X 15 CR 13. Man unterscheidet bei diesen nichtrostenden und säurebeständigen Stählen nach dem Gefüge zwei Hauptgruppen, nämlich Chromstähle mit mindestens 12 °h cr und austenitischei Chromnickelstähle mit mindestens 16 , Cr.So-called cold work steels are also known in practice, namely alloyed or unalloyed tool steels, which are used for cold work tools of all Type are used and which are designated according to DIN 17060 and 17006. It is here especially the cold work steel with the designation X 210 CR 12. Such Cold work steels consistently have a relatively high carbon content from about 2.0 to 2.1%. Accordingly, they also have a continuous large Hardness and thus a very high wear resistance, but only a proportionate one low bending resistance, so that they are not subjected to any major bending load After all, rust-free, or better said, rust-resistant, or corrosion-resistant steels, e.g. under the DIN designation X 15 CR 13. Man distinguishes between these stainless and acid-resistant steels according to the structure two main groups, namely chrome steels with at least 12 ° h cr and austenitic steel Chromium-nickel steels with at least 16, Cr.

Diese rostbeständigen Stähle weisen einen niedrigen Kohlenstoffgehalt von beispielsweise etwa 0,15 % auf. Rostbeständige Stähle sind verhältnismäßig kostenaufwendig und werden daher in der Praxis nur dann angewendet, wenn es wirklich auf Korrosionsschutz ankommt.These rust-resistant steels have a low carbon content for example about 0.15%. Rust-resistant steels are relatively expensive and are therefore only used in practice when it is really a matter of corrosion protection arrives.

Ger vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Härten von Maschinenbauteilen zu schaffen, welches außerordentlich günstige Eigenschaften der Maschinenbauteile in bezug auf Verschleißfestigkeit und Biegebean spruchbarkeit zur Folge hat.The present invention is based on the object of a method for hardening machine components, which is extremely cheap Properties of the machine components in terms of wear resistance and bending stress results.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einem rostfreien Stahl bei einer Temperatur von etwa 10000C mittels eines Kohlenstoff abgebenden Mittels während einer mehrstündigen Verweilzeit Kohlenstoff in die Oberfläche eindiffundiert wird. Auf diese Weise ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß die Lebensdauer der so gehärteten Maschinenteile bei vergleichbarer Beanspruchung etwa fünf mal größer ist als die eines oben erläuterten Einsatzstahles. Bei diesem überraschenden nicht voraussehbaren Vorteil kann der nicht im Vegrhältnis stehende höhere Kostenaufwand für den rostbestätidigen Stahl als Grundmaterial im Vergleich zu Einsatzstahl in Kauf genommen werden, zumal praktisch kein höherer Bearbeitungsaufwand in Betracht kommt. Des weiteren kann in Kauf genommen werden, daß der erfindungsgemäß gehärtete rostbeständige Stahl gerade entgegen seiner eigentlichen Bestimmung im einsatzgehärteten Oberflächenbereich nicht mehr rostbeständig ist, was aber bei Maschinenbauteilen, die einer hohen Verschleißbeanspruchung unterworfen sind, keine Rolle spielt.The object is achieved according to the invention in that a stainless steel at a temperature of about 10000C by means of a carbon releasing agent carbon into the surface during a residence time of several hours is diffused. In this way there is the essential advantage that the The service life of the machine parts hardened in this way with comparable loads is approximately is five times larger than that of a case-hardening steel explained above. With this surprising An unpredictable advantage can be the disproportionately higher costs for rust-proof steel as the base material compared to case-hardened steel in Be taken, especially since there is practically no higher processing effort into account comes. Furthermore, it can be accepted that the hardened according to the invention rust-resistant steel just contrary to its actual purpose in case-hardened Surface area is no longer rust-resistant, but this is the case with machine components, that are subject to high wear and tear does not matter.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung unter dem Gesichtswinkel der Wirtschaftlichkeit wird dadurch erreicht, daß die Verweilzeit zu etwa 12 bis 24 Stunden gewählt wird.An advantageous embodiment of the invention from the point of view the economy is achieved in that the residence time to about 12 to 24 hours is chosen.

Des weiteren wird im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, daß als Kohlenstoff abgebendes Mittel Alkohol verwendet wird, welcher in den Behandlungsraum, z.B. Ofen, eingesprüht wird.Furthermore, it is proposed in the context of the invention that the carbon dispensing agent alcohol is used, which in the treatment room, e.g. oven, is sprayed.

Wenn der Alkohol in den Behandlungsraum, z.B. den Glühofen, eingesprüht wird, spaltet er sich bei der gegebenen Tempern tur auf und gibt Kohlenstoff frei, der sodann,wie weiter oben beschrieben, in die Oberfläche eindiffundiert.When the alcohol is sprayed into the treatment room, e.g. the annealing furnace it splits at the given temperature and releases carbon, which then, as described above, diffuses into the surface.

Ein Maschinenbauteil, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, ist gekennzeichnet durch einen rostfreien Stahl, welcher eine Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von etwa 0,5 mm und in dieser Schicht durch Eindiffundieren von Kohlenstoff einen Härtegrad von etwa 62 HRC (Rockwell) und einen Kohlenstoffgehalt von etwa 0,7 % bis 2 % aufweist, während der Härtegrad im Innern etwa 30 bis 40 HRC (Rockwell) und der Kohlenstoffgehalt etwa 0,15 bis 0,2 °% beträgt.A machine component which, according to the method according to the invention is made is characterized by a stainless steel, which is a surface layer to a depth of about 0.5 mm and in this layer by diffusion of Carbon has a hardness of about 62 HRC (Rockwell) and a carbon content from about 0.7% to 2%, while the degree of hardness inside about 30 to 40 HRC (Rockwell) and the carbon content is about 0.15 to 0.2 °%.

Es sei hier noch ein Ausführungsbeispiel angeführt, und zwar bei Verwendung eines rostbeständigen Stahles nach der DIN-Bezeichnung X 20 CR 13. Der Grundgehalt an BI Kohlenstoff beträgt hierbei 0,2 Xo. Nach einer Verweilzeit von etwa 12 Stunden ergibt sich in einer Tiefe von 0,1 mm von der Oberfläche an gerechnet ein Kohlenstoffgehalt von 1,46 Xo, in einer Tiefe von 0,2 mm ein C-Gehalt von 1,27 %, ferner in einer Tiefe von 0,3 mm ein C-Gehalt von 1,02 % und schließlich in einer Tiefe von 0,4 mm ein C-Gehalt von 0,84 .An exemplary embodiment is given here, namely when using a rust-resistant steel according to the DIN designation X 20 CR 13. The basic salary on BI carbon is 0.2 Xo. After a dwell time of about 12 hours this results in a carbon content calculated at a depth of 0.1 mm from the surface of 1.46 Xo, at a depth of 0.2 mm a C content of 1.27%, furthermore in one Depth of 0.3 mm a C content of 1.02% and finally at a depth of 0.4 mm a C content of 0.84.

Claims

1. Process for hardening machine components, preferably lining plates for press forms of sand-lime brick presses, characterized in that a stainless Steel at a temperature of about 10000C by means of a carbon release By means of a residence time of several hours, carbon diffuses into the surface will.

2. The method according to claim 1, characterized in that the residence time is chosen to be about 12 to 24 hours.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that as Carbon-emitting agent alcohol is used, which in the treatment room, e.g. oven, is sprayed.

4. Machine component manufactured by the method according to one of the Claims 1 to 3, characterized by a stainless steel which has a surface layer to a depth of about 0.5 mm and in this layer by diffusion of Carbon has a hardness of about 62 HRC (Rockwell) and one Has carbon content of about 0.7% to 2%, while the degree of hardness inside about 30 to 40 HRC (Rockwell) and the carbon content is about 0.15 to 0.2 O / o.