DE3120509C2

DE3120509C2 - Verfahren zum Gasnitrieren von Werkstücken aus Stahl

Info

Publication number: DE3120509C2
Application number: DE19813120509
Authority: DE
Inventors: Vja&ccaron;eslav Nikolaevi&ccaron; Bukarev; Konstantin Andreevi&ccaron; Gra&ccaron;ev; Boris Michajlovi&ccaron; Gusev; Valentin Grigor'evi&ccaron; Saratov Pavljukov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-05-22
Filing date: 1981-05-22
Publication date: 1983-06-30
Also published as: DE3120509A1

Abstract

Das Verfahren zum Gasnitrieren von Werkstücken aus Stahl besteht darin, daß die Stahlwerkstücke in einem sättigenden Medium auf die Sättigungstemperatur von Stahl an Stickstoff erwärmt werden. Nach dem Erreichen einer Temperatur von 400 ° C ±5 ° C werden gekreuzte magnetische Gleichfelder erzeugt, deren Einwirkung bei der weiteren Erwärmung der Werkstücke auf die Temperatur des isothermischen Haltens, während des Haltens der Werkstücke auf dieser Temperatur und bei der nachfolgenden Abkühlung derselben fortgesetzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der chemisch-thermischen Behandlung undl betrifft ein Verfahren zum Gasnitrieren von Werkstücken aus Stahl.

Die vorliegende Erfindung kann im Geräte- und Aggregatebau, im Maschinenbau und in anderen Industriezweigen zum Nitrieren von auf Reibung beanspruchten Teilen angewandt werdein.

Bekannt ist ein Verfahren zum Nitrieren von Werkstücken in einer Glimmentladung (JP-PS S3 19 291). Das Verfahren zum Ionennitrieien besteht In einer Erwärmung der Werkstücke auf die Nitriertemperatur unter Schutzgasatmosphäre. Danach wird in die Arbeitskammer Stickstoff eingeführt und eine Glimmentladung erregt.

Nach dem bekannten Verfahren ist es schwierig, tiefe Bohrungen in Werkstücken zu nitrieren und es besteht keine Möglichkeit, Werkstücke mit bedeutend unterschiedlicher Geometrie und! Verhältnis der Masse des Werkstückes zu der Größe seiner Seitenfläche in einem Einsatz zu behandeln.

Bekannt ist ein Verfahren zum lonennltrieren von Werkstücken aus Stahl (PL-PS 87 885), das in einer Induktionserwärmung des zu behandelnden Werkstückes unter gleichzeitiger Zuführung von Gas, das bei der Erwärmung ionisiert wird, besteht. Dabei sind an den induktor und das Werkstück die Pole einer Gleichstromquelle angeschlossen.

Das bekannte Verfahren ermöglicht nur eine stückweise Behandlung der Werkstücke, wodurch die Produktivität des Prozesses herabgesetzt wird. Die bei der Regelung und der Aufrechterhaltung der erforderlichen Temperatur entstehenden Schwierigkelten führen dazu, daß die Werkstücke überhitzt werden und die Oberfläche derselben angebrannt wird.

begannt ist ein Verfahren zum Nitrieren von Werkstücken im magnetischen Feld eines Wechselstroms technischer Frequenz (SU-Urheberschein S To 351).

Die Werkstücke werden in diesem Fall einer Erwärmung auf die Sättigungstemperatur und der Einwirkung eines durch eine Solenoidspule erzeugten elektromagnetischen Feldes gleichzeitig ausgesetzt.

Beim bekannten Nltflcfvcrfahrcn Ist es nicht möglich, die Parameter des magnetischen Feldes wirkungsvoll zu steuern, wodurch physikalisch-mechanische Eigenschaften sowohl der Diffusionsschicht, als auch der Matrix selbst nicht geändert werden können. Dies wäre besonders wichtig vorzunehmen, wenn Werkstücke aus nleilriggckohlten unlegierten Stählen nitriert werden.

Bei der Verwendung eines Wechselfeldes wird die Einwirkung des magnetischen Hauptfeldes durch den diamagnetischen Effekt vom Einsetzen der Werkstücke vermindert.

Die Plastizität der Diffusionsschichten IsV ungenügend hoch.

Bei Sicherstellung von erforderlicher Stärke des magnetischen Feldes finden Leistungsverluste wegen eines hohen induktiven Widerstandes des Feldgenerators, d. h. der Solenoidspule statt.
Außerdem ist der Nitriervorgang langdauernd.

ίο Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Gasnitrieren von Werkstücken aus Stahl zu entwickeln, bei dem durch eine physikalische Einwirkung auf die chemischen Reaktionen, die in der gasförmigen und der festen Phase, sowie auch an den Phasengrenzen ablaufen, eine Erhöhung der Oberflächenhärte und der Festigkeit in Verbindung mit einer Erhöhung des Korrosionspotentials und der magnetischen FiuSdichte der niedriggekohlten unlegierten Stählen unter Intensivierung des Nitriervorganges gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren zum Gasnitrieren von Werkstücken aus Stahl, bei dem die Werkstücke auf die Sättigungstemperatur von Stahl erwärmt, auf dieser Temperatur gehalten und abgekühlt unter gleichzeitiger Einwirkung eines Magnetfeldes werden, erfindungsgemäß die Erwärmung, das

Halten und die Abkühlung der Stahlwerkstücke unter

gleichzeitiger Einwirkung von gekreuzten magnetischen

Gleichfeldern durchgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Gasnitrieren

von Werkstücken aus Stahl gestattet es, physikalischmechanische Eigenschaften bei niedriggekohlten unlegierten Stahlen zu erhöhen.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es femer, die Korrosionsbeständigkeit der behandelten Stahloberfläche der Teile einer Reibpaarung In einem aggressiven Medium zu erhöhen.

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung durch konkrete Beispiele erläutert.

Beispiel 1

Man führt das Gasnitrieren von Werkstücken aus einem nicdrlggckohlten unlegierten Elektroblech aus Armco-Eisen durch.

Die Werkstücke werden in die Muffel eines Ofens eingebracht und In sättigender Ammoniakatmosphäre auf die Temperatur des Isothermen Haltens erwärmt. Nachdem die Temperatur In der Ofenmuffel 400° C + 5° C erreicht hat, werden im Arbeltsraum der Muffel

S₀ gekreuzte magnetische Gleichfelder erzeugt. Die Einwirkung der gekreuzten magnetischen Gleichfelder wird bei der weiteren Erwärmung der Werkstücke auf die Temperatur des isothermen Haltens, während des isothermen Haltens und bei der nachfolgenden Abkühlung auf eine

Temperatur von 100 bis 150° C fortgesetzt.

Nach dem Nitrieren von Werkstücken und Probekörpern nach dem erflndungsgemäßen Verfahren bei einer Temperatur von 540 ± 5° C innerhalb einer Stunde Im gekreuzten magnetischen Gleichfeld mit einer Stärke von

gp 16 kA/m werden folgende Eigenschaften erhalten:

Oberflächenhärte HV 4300 N/mm*

Festigkeit a_n 440 N/mm¹

Einschnürung ψ 84*

Bruchdehnung δ 20%

magnetische Induktion Β,ο 1,52 T
Korrosionspotential φ
bezogen auf die

Normal-Wasserstoffelektrode +0,01 V Beispiel 2

Man föhn das Gasnitrieren von Werkstücken und Probekörpern aus einem nledrfggekohlten unlegierten Stahl durch, der folgende Bestandteile in Gew--% enthält: 0,07 bis 0,14 C; 0,25 Nl; 0,15 Cr, 0,17 bis 0,37 SI.

Die Werkstücke werden In die Muffel eines Ofens eingebracht, mit einem Deckel abgeschlossen und im Ammoniakstrom erwärmt. Nachdem die Temperatur in der Ofenmuffei 400° C erreicht hat, werden im Arbeitsraum der Muffel gekreuzte magnetische Gleichfelder erzeugt. Die Einwirkung von gekreuzten magnetischen Gleichfeldern wird bei der weiteren Erwärmung der Werkstücke auf die Temperatur des isothermen Haltens, während fies isothermen Haltens und bei der nachfolgenden Abkühlung der Werkstücke auf eine Temperatur von 200° C ± 5° C fortgesetzt.

Nach dem Nitrieren von Werkstücken und Probekörpern bei t = 630°C ± 5° C innerhalb einer Stunde im gekreuzten magnetischen Gleichfeld mit einer Stärke von 32 fcA/'m wurden folgende Eigenschaften erhalten:

Durch das Nitrieren von Werkstücken in gekreuzten magnetischen G|e|chfeldern mit einer Starke von 2,4 bis kA/m können folgende Eigenschaften erhalten werden:

Oberflächenhäne HV	4900 N/mm²
Festigkeit a_B	480 N/mm²
Einschnürung ψ	55«
Bruchdehnung δ	14%
magnetische induktion B_)o	1,45 T
Korrosionspotential φ	+ 0,03 V
Beispiel 3

Man führt das Gasnitrieren von Werkstücken aus einem nieclriggekohlten Eisen-Chrom-S'ahl durch, der 15,5 bis 16,5% Cr, Rest Elsen upd Beimengungen enthält.

Die Werkstücke werden in die Muffel eines Ofens eingebracht und in einer sättigenden Atmosphäre auf die Temperatur des isothermen Haltens erwärmt. Nachdem die Temperatur in der Ofenmuffel 400° C ± 5° C erreicht hat, werden Im Arbeitsraum der Muffel gekreuzte magnetische Gleichfelder erzeugt. Die Einwirkung der gekreuzten magnetischen Gleichfelder wird bei der wetteren Erwärmung auf die Temperatur des Isothermen Haltens, während des isothermen Haltens und bei der nachfolgenden Abkühlung auf eine Temperatur von 100⁰C ± 5° C fortgesetzt.

Nach dem Nitrieren von Werkstücken und Probekörpern bei t = 680° C ± 5° C Innerhalb einer Stunde Im gekreuzten magnetischen Glelchfeld mit einer Stärke von 4,8 kA/m wurden folgende Eigenschaften erhalten:

Oberflächenhärte HV	10 000 N/mm²
Festigkeit a_B	320 N/mm²
Einschnürung ψ	44%
Bruchdehnung δ	12%
magnetische Induktion B_J0	1,2 T
K-orrotiionspotentlal φ	0,15 V

fOr Armco-Elsen:
Oberflächenhürte HV

Festigkeit a„

Einschnürung ψ
Bruchdehnung &
magnetische Induktion B₀
Korrosionspotential φ

von 3000 bis 6000

N/mm²

von 410 bis 530

N/mm²

von 75 bis 87%

von 16 bis 25%

von 1,46 bis 1,66 T

von 0,005 bis 0,02 V

für einen Stahl, der 0,07 bis 0,14% C; 0,25% Ni; 0.15% Cr, 0,17 bis 0,37% Si enthält:

Oberflächenhärte HV
j«i Festigkeit a_B

Einschnürung ψ
Bruchdehnung δ
magnetische Induktion B₁₀
: ■■ Korrosionspotential φ

Oberflächenhärte HV
Festigkeit a_B

Einschnürung ψ
Bruchdehnung δ
magnetische Induktion B₁₀
Korrosionspotential φ

von 3000 bis 7500

N/mm²

von 440 bis 570

N/mm'

von 50 bis 75%

von 14 bis 20%

von 1,3 bis 1,48 T

von 0,01 bis 0,04 V

C. für eine Legierung, diu 15,5 bis 16,5% Cr, Rest Eisen und Verunreinigungen enthält:

von 5000 bis 12 000

N/mm²

von 280 bis 400

N/mm²

von 50 bis 75%

von 12 bis 20%

von 1,1 bis 1,3 T

von 0,08 bis 0,2 V

Durch die Einwirkung von gekreuzten magnetischen Gleichfeldern nach Erreichen der Temperatur, die der Sättigungstemperatur von Stahl an Stickstoff entspricht, kann die Bindungsenergie in den entstehenden Einlagerungsphasen geregelt werden, wodurch es möglich wird, verschiedene Härtewerte der Diffusionsschicht sowohl von unlegierten als auch !egierten Stählen zu erhalten. Eine relative Verringerung der Fehlerhaftigkeit der Kristallstruktur auf Kosten der Regelung der Strukturen der Einlagerungsphasen führt zu einer Erhöhung der magnetischen Induktion bei hohen Festigkeitswerten der Werkstücke.

Die Verwendung von gekreuzten magnetischen Gleichfeldern beim Nitrieren gestattet es, den Behandlungsvorgang um das Doppelte und mehr zu beschleunigen sowie die physikalisch-mechanischen Eigenschaften von niedriggekohlten unlegierten Legierungen und legierten Elektromagnetblechen mit Präzisionseigenschaften in ihrem Komplex zu verbessern.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Gasnitrieren von Werkstocken aus Stahl, bei dem Erwärmung der Werkstücke auf die Sättigungstemperatur von Stahl, Halten der Werkstücke auf dieser Temperatur und Abkühlung unter Einwirkung eines Magnetfeldes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung., das Halten und die Abkühlung der Stahlwerkstücke unter Einwirkung von gekreuzten magnetischen Gleichfeldern vorgenommen werden.