Verfahren zum Nitrocarburieren von Bauteilen aus Stahl

Abstract

 Bauteile aus Stahl können in relativ kurzen Zeiten in cyanat- und cyanidhaltigen Salzbädern nitrocarburiert werden, wenn man die Behandlung in einer ersten Stufe bei 600 bis 700^o C und in einer zweiten Stufe bei 560 bis 590^o C durchführt. Die Bauteile zeigen die gleichen oder bessere Eigenschaften wie bei einer wesentlich längeren Behandlung bei 560 bis 590^o C.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nitrocarburieren von Bauteilen aus Stahl in cyanat- und cyanidhaltigen Salzschmelzen bei Temperaturen von 560 bis 700^o C.

[0002] Zum Nitrocarburieren von Teilen aus Eisen und Stahl werden überwiegend Salzschmelzen aus Gemischen von Alkalicyaniden, Alkalicyanaten und Alkalicarbonaten verwendet, die meist bei Temperaturen von 560 bis 590^o C betrieben werden. Solche Salzbäder sind beispielsweise aus der DE-PS 1 149 035 bekannt. Es gibt jedoch auch Nitrocarburiersalzbäder, in denen bei höheren Temperaturen bis zu 700^oC gearbeitet wird.

[0003] Die Werkstücke werden der Einwirkung der Salzschmelze einige Zeit ausgesetzt, wobei Stickstoff und Kohlenstoff in die Werkstücke eindiffundiert und Eisencarbonitridphasen in den Oberflächenschichten ausgebildet werden. Diese Phasen erhöhen insbesondere die Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Bauteile. Das Stickstoff- und Kohlenstoffangebot der Salzschmelze, die Behandlungstemperatur und die Behandlungszeit beeinflussen den Aufbau, die Dicke und die Qualität der Nitrocarburierschicht.

[0004] Wird die Nitrocarburierbehandlung in den cyanat- und cyanidhaltigen Salzbädern beispielsweise bei 580^o C durchgeführt, so erhält man Bauteile, die sehr gute Eigenschaften bezüglich Verschleiß- und Korrosionswiderstand aufweisen. Grund hierfür ist die Ausbildung einer monophasigen ε-Eisencarbonitridschicht. Zu deren Ausbildung in genügender Schichtdicke und Qualtiät sind bei 580^o C jedoch relativ lange Zeiträume notwendig, die normalerweise mehrere Stunden betragen.

[0005] Bei höheren Temperaturen, beispielsweise 630^o C, werden in kürzeren Zeiten entsprechende Schichtdicken von ε-Eisencarbonitrid erzeugt, jedoch ist der Verschleißwiderstand und die Korrosionsbeständigkeit der so behandelten Bauteile deutlich geringer als von Bauteilen die bei 580^o in den gleichen Salzschmelzen behandelt werden.

[0006] Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Nitrocarburieren von Bauteilen aus Stahl in cyanat- und cyanidhaltigen Salzschmelzen bei Temperaturen von 560 bis 700^o C zu finden, bei dem die Bauteile gute Verschleiß- und Korrosionseigenschaften bei möglichst kurzer Behandlungszeit aufweisen sollten.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindugnsgemäß dadurch gelöst, daß die Nitrocarburierbehandlung in einer ersten Stufe bei 600 bis 700^o C und in einer zweiten Stufe bei 560 bis 590^o C durchgeführt wird, wobei die Nitrocarburierzeiten der beiden Stufen sich im Verhältnis von 20 : 1 bis 1 : 15 erstrecken können.

[0008] Vorzugsweise wird die Behandlung in der ersten Stufe bei 610 bis 650^o C während 10 bis 120 Minuten und in der zweiten Stufe bei 570 bis 590^o C während 10 bis 90 Minuten durchgeführt.

[0009] Mit dieser Zweistufenbehandlung erreicht man in relativ kurzer Zeit eine ausreichend dicke Verbindungsschicht, die überraschenderweise die gleichen Eigenschaften aufweist wie eine Verbindungsschicht, die in wesentlich längeren Zeiträumen bei Temperaturen von 560 bis 590^o C entsteht. Dadurch ist es möglich, die Nitrocarburierdauer erheblich zu verkürzen, ohne die Qualität der behandelten Bauteile in bezug auf Verschleiß, Korrosion, Dauerfestigkeit u.a. zu verschlechtern.

[0010] Die Abbildungen 1 und 2 zeigen in graphischer Darstellung das Korrosionsverhalten (Abb. 1) und die Verschließbeständigkeit (Abb. 2) von Proben aus Stahl CK 45 nach der Behandlung in einer Salzschmelze mit 2,8 Gew. % Cyanid und 37,4 Gew. % Cyanat bei verschiedenen Temperaturen.

[0011] In der Abb. 1 wird der Korrosionswiderstand von zylindrischen Proben nach dem Nitrocarburieren verglichen. In allen Fällen wurde die Behandlung so durchgeführt, daß eine Verbindungsschichtdicke von etwa 15 µm vorlag. Der linke Balken zeigt die Korrosionsbeständigkeit von Kolbenstangen, die 90 Minuten bei 580^o C nitrocarburiert wurden. Der mittlere Balken zeigt die Beständigkeit der Teile nach 30 Minuten Nitrocarburieren bei 630^oC und der rechte Balken zeigt die Beständigkeit von Proben, die zunächst 20 Minuten bei 630^o und anschließend 20 Minuten bei 580^o C nitrocarburiert wurden.

[0012] Auch das Verschleißverhalten wird durch die erfindungsgemäße Zweistufenbehandlung günstig beeinflußt. Das Ergebnis eines Amsler-Tests ist in Abbildung 2 dargestellt. Die Kurve 1 entspricht der Normalbehandlung von Proben aus dem Werkstoff C45, 90 Minuten bei 580^o C; die Kurve 2 wurde an Proben ermittelt, die 30 Minuten bei 630^o C nitrocrburiert wurden und das Ergebnis der Zweistufennitrocarburierung, 20 Minuten 630^o C und 20 Minuten 580^o C, zeigt die Kurve 3. Das Verschleißverhalten eines Bauteils, das 20 Minuten bei 630^o C und dann 20 Minuten bei 580^o behandelt wurde ist also vergleichbar mit dem eines Bauteils, das 90 Minuten bei 580^o C nitrocarburiert wurde. Die Behandlungszeit wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren also mehr als halbiert.

Ansprüche

1. Verfahren zum Nitrocarburieren von Bauteilen aus Stahl in cyanat- und cyanidhaltigen Salzschmelzen bei Temperaturen von 560 bis 700^o C,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Nitrocarburierbehandlung in einer ersten Stufe bei 600 bis 700^o C und in einer zweiten Stufe bei 560 bis 590^o C durchgeführt wird, wobei die Nitrocarburierzeiten der beiden Stufen sich im Verhältnis von 20 : 1 bis 1 : 15 erstrecken können.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Behandlung in der ersten Stufe bei 610 bis 650^o C während 10 bis 120 Minuten und in der zweiten Stufe bei 570 bis 590^o C während 10 bis 90 Minuten durchgeführt wird.

Zeichnung