Umweltfreundliches Verfahren zum Aufkohlen von Stahl im Salzbad

Abstract

 Zum Aufkohlen von Stahl im Salzbad wird nach einem Verfahren mit folgenden Verfahrensschritten gearbeitet:

.a) ein Verfahrensbehälter wird mit einem Ansatzsalz beschickt, das im wesentlichen aus einem Gemisch von Alkalihalogenid, z.B. Alkalichloriden, und Erdalkalihalogenid, z.B. Erdalkalichloriden, besteht;

b) das Ansatzsalz wird zum Schmelzen gebracht;

c) es wird Zugabesalz hinzugegeben, das im wesentlichen aus einem Gemisch von Erdalkalihalogenid, Alkaliferrocyanid und Alkalicyanat besteht; das Erdalkalihalogenid des Zugabesalzes stimmt chemisch mit dem Erdalkalihalogenid des Ansatzsalzes überein;

d) die Verfahrensbehälterfüllung wird auf die Anwendungstemperatur erhitzt;

e) das zu behandelnde Werkstück wird in die Verfahrensbehälterfüllung, nämlich das Aufkohlungsbad, getaucht und dort bis zur Erreichung der gewünschten Aufkohlungstiefe belassen;

f) das Werkstück wird aus dem Aufkohlungsbad entnommen und in einem dem Material des Werkstückes entsprechenden Abschreck-Medium abgeschreckt.

Auf diese Weise kann der Cyanidgehalt des Salzbades gering gehalten und in einem von Alkalicyanid praktisch freien Salzbad gearbeitet werden, was ein umweltschonendes bzw. im Vergleich zum Bekannten umweltfreundliches Aufkohlungsverfahren bietet.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufkohlen von Stahl im Salzbad, wobei fortschrittlicherweise ein hoher Cyanidgehalt im Bad vermieden wird.

[0002] Aufkohlungsverfahren von Stahl im Salzbad stehen dem Stand der Technik in verschiedenen Varianten zur Verfügung, jedoch sind die Verfahren des Standes der Technik generell mit dem Nachteil behaftet, im Salzbad einen hohen Cyanidgehalt aufzuweisen. Dieser hohe Cyanidgehalt der Bäder ist aus Umweltschutzgründen bedenklich. Es ist ferner bei solchen Bädern mit hohem Cyanidgehalt nur bedingt möglich, die aus den Bädern kommenden Werkstücke direkt in einem Abschrecksalzbad abzuschrecken, da der hohe Cyanidgehalt sehr heftige explosionsartige Reaktionen zwischen flüssigem Nitrit-Nitrat einerseits und dem Cyanid andererseits auslösen kann.

[0003] Alle diese Nachteile des Standes der Technik werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufkohlen der eingangs genannten Gattung unter Erreichung von Vorteilen überwunden; insbesondere wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine umweltfreundliche Aufkohlungsmöglichkeit von Stahl im Salzbad geschaffen. Ein weiterer großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß sämtliche verwendete Salzmischungen alkali-cyanidfrei sind.

[0004] Ferner ist es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, die aus dem Bad kommenden Werkstücke unmittelbar anschließend in nitritnitrathaltigen Salzbädern abzuschrecken ohne daß unerwünschte Nebenreaktionen wie beispielsweise explosionsartige Oxidationsreaktionen stattfinden. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufkohlen von Stahl im Salzbad ist durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet:

a) der Verfahrensbehälter wird mit einem Ansatzsalz gefüllt, das aus einem Gemisch aus Alkalihalogenid und Erdalkalihalogenid besteht;

b) das Ansatzsalz wird zum Schmelzen gebracht;

c) es wird Zugabesalz hinzugegeben, das aus einem Gemisch von Erdalkalihalogenid, Alkaliferrocyanid und Alkalicyanat besteht, wobei das Erdalkalihalogenid des Zugabesalzes chemisch mit dem Erdalkalihalogenid des Ansatzsalzes übereinstimmt;

d) die Verfahrensbehälterfüllung wird auf die Anwendungstemperatur erhitzt;

e) das zu behandelnde Werkstück wird in .die Verfahrensbehälterfüllung, nämlich in das Aufkohlungsbad getaucht und dort bis zur Erreichung der gewünschten Aufkohlungstiefe belassen;

f) das Werkstück wird aus dem Aufkohlungsbad entnommen und je nach Werkstoffart im entsprechenden Abschreck-Medium abgeschreckt.

[0005] Das Wesen vorliegender Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels weiterhin erläutert:

Ausführungsbeispiel:

[0006] Ein Stahltiegel eines Fassungsvermögens von 80 1 wird mit 50 kg Ansatzsalz gefüllt, das zu 60 % aus Bariumchlorid, zu 20 % aus Natriumchlorid und zu 20 % aus Kaliumchlorid besteht.

[0007] Diese Füllung wird mittels einer mit Erdgas betriebenen Heizung auf eine Temperatur von 800°C gebracht, wobei eine völlig homogene Schmelze entsteht.

[0008] Sodann werden 10 kg Zugabesalz hinzugefügt, das zu 60 % aus Bariumchlorid, zu 20 % aus Kaliumferrocyanid ( = gelbes Blutlaugensalz ) und zu 20 % aus Kaliumcyanat besteht.

[0009] Die Stahltiegelfüllung wird nun auf 900°C aufgeheizt und sodann die Werkstücke, nämlich Zahnräder (bestehend aus Einsatzstahl aus Legierung 20 MnCr 5) mit einem Stückgewicht von 1 kg, an einem Stahldraht hängend in die vorgenannte Schmelze eingebracht und innerhalb von 4 Stunden aufgekohlt.

[0010] Sodann entnimmt man diese Werkstücke aus der Schmelze und gibt sie unmittelbar danach in ein Warmbad ein, das zu 50 % aus Kaliumnitrat und zu 50 % aus Natriumnitrit besteht; die Abschrecktemperatur beträgt 200°C.

Ergebnissen

[0011] Es wurde ein Rand-Kohlenstoffgehalt von 0,955 % C erreicht.

[0012] Die Einsatzhärtungstiefe beträgt 0,83 mm.

[0013] Der Kohlenstoffverlauf und der Härteverlauf dieser Werkstücke (Zahnräder) sind in der beiliegenden Figur 1 und der beiliegenden Figur 2 angegeben.

[0014] Die Figur 1 zeigt den C-Gehalt des Werkstückes in Abhängigkeit vom Randabstand; der C-Gehalt ist in Gew.-% angegeben; die Aufkohlungstiefe des C ist in mm gemessen.

[0015] Figur 2 zeigt den Härteverlauf des Werkstückes in Abhängigkeit vom Randabstand.

[0016] Die Härte ist in Härte HV1 und der Randabstand in mm angegeben.

[0017] Im kontinuierlichen Betrieb erfolgt die Kontrolle des Cyanidgehaltes durch Probenahmen und Titration mit Nickelsulfat und Murexid als Indikator.

[0018] Alle 3 Stunden wurde 0,5 kg Zugabesalz zugegeben, wobei sich ein Cyanidgehalt von etwa 1,5 % einstellt.

[0019] Innerhalb einer Zeitdauer von 3 Monaten wurden 30 Probebolzen der Stahlqualität 20 MnCr 5, ferner 30 Probebolzen aus der Legierung C 15 und schließlich 18 Probebolzen aus der Legierung 18 Cr Ni 8 getestet und zwar jeweils 4 Stunden bei Temperaturen von 900°C.

[0020] Dabei ergaben sich Rand-Kohlenstoffwerte zwischen 0,9 und 0,98 Gew.-% C.

[0021] Damit ist die ständige Reproduzierbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens sichergestellt.

[0022] Aufgrund des ständigen Badgebrauches ist auch eine ständige Kontrolle des geringen Cyanidgehalts möglich. Die Regulierung des Cyanidgehalts d.h. die Sicherstellung des gleichbleibenden geringen Cyanidgehaltes wird fortschrittlicherweise nicht etwa durch Zugabe an Cyanid erreicht. bzw. geregelt, sondern lediglich durch Einbringen des Zugabesalzes gemäß den Angaben im Merkmal c) des Hauptpatentanspruchs 1.

[0023] Gegebenenfalls kann man ferner beispielsweise nach Entstehen der kompletten Schmelze, also nach Beendigung der Verfahrensstufe c) des Hauptpatentanspruchs 1 zur Erreichung einer sogenannten künstlichen Alterung des Bades geringe Mengen an Soda, beispielsweise 1 Gew.-% bezogen auf die Badmenge hinzugeben.

[0024] Alle %-Angaben der vorliegenden Offenbarung sind Gew.-%.

Ansprüche

1. Umweltfreundliches Verfahren zum Aufkohlen von Stahl im Salzbadgekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) der Verfahrensbehälter wird mit einem Ansatzsalz gefüllt, das aus einem Gemisch von Alkalihalogenid und Erdalkalihalogenid besteht;

b) das Ansatzsalz wird zum Schmelzen gebracht;

c) es wird Zugabesalz hinzugegeben, das aus einem Gemisch von Erdalkalihalogenid, Alkaliferrocyanid und Alkalicyanat besteht, wobei das Erdalkalihalogenid des Zugabesalzes chemisch mit dem Erdalkalihalogenid des Ansatzsalzes übereinstimmt;

d) die VerfahrensbehälterfÜllung wird auf die Anwendungstemperatur erhitzt;

e) das zu behandelnde Werkstück wird in die Verfahrensbehälterfüllung, nämlich in das Aufkohlungsbad getaucht und dort bis zur Erreichung der gewünschten Aufkohlungstiefe belassen;

f) das Werkstück wird aus dem Aufkohlungsbad entnommen und je nach Werkstoffart im entsprechenden Abschreck-Medium abgeschreckt.

2. Verfahren zum Aufkohlen von Stahl im Salzbad, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Verfahrensstufe a) bei normaler Temperatur der Verfahrensbehälter zu 80 % der gewünschten Gesamtfüllmenge mit Ansatzsalz gefüllt wird.

3. Verfahren zum Aufkohlen von Stahl im Salzbad nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß man in der Verfahrensstufe b) das Ansatzsalz auf eine Temperatur von ca. 800°C erhitzt, wobei Schmelzfluß eintritt.

4. Verfahren zum Aufkohlen von Stahl im Salzbad nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Verfahrensstufe c) 20 % Zugabesalz hinzugegeben wird , das aus Erdalkalihalogenid, Kaliumferrocyanid oder Natriumferrocyanid sowie aus Kaliumcyanat oder Natriumcyanat besteht.

5. Verfahren zum Aufkohlen von Stahl im Salzbad nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß man das Bad auf eine Anwendungstemperatur von etwa 880°C bis 1020°C erhitzt.

6. Verfahren zum Aufkohlen von Stahl im Salzbad nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß man das zu behandelnde Werkstück wie beispielsweise eine aus Stahl bestehende Kurbelwelle oder ein Zahnrad in das Aufkohlungsbad eintaucht und dort je nach der gewünschten Aufkohlungstiefe beläBt.

7. Verfahren zum Aufkohlen von Stahl im Salzbad nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufkohlungstemperatur kontrolliert und/oder geregelt wird.

8. Verfahren zum Aufkohlen von Stahl im Salzbad nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß man in der Verfahrensstufe f) das aus dem Bad entnommene Werkstück in Wasser, Öl oder im Abschrecksalzbad abschreckt.

9. Verfahren zum Aufkohlen von Stahl im Salzbad nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Regelung des geringen Cyanidgehalts des Bades durch Einbringen des Zugabesalzes durchgeführt wird.

Zeichnung