DE3543440A1

DE3543440A1 - Verfahren zum aufkohlen beim einsatzhaerten

Info

Publication number: DE3543440A1
Application number: DE19853543440
Authority: DE
Inventors: Horst Gerdes; Herbert Thier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-12-09
Filing date: 1985-12-09
Publication date: 1987-06-11

Description

Verfahren zum Aufkohlen beim Einsatzhärten

Zur Herstellung von Maschinenteilen, die eine hohe Festigkeit und Härte bei gutem Formänderungsvermögen besitzen müssen, kann ein Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (0,08 bis 0,25 C) be nutzt werden. Bei diesem Stahl wird durch Glühen in kohlenstoff abgebenden Mitteln und anschließender Härtung nur eine harte Randschicht hoher Festigkeit erreicht unter Beibehaltung des ursprünglichen hohen Formänderungsvermögens des niedrig kohlen stoffhaltigen Stahles im Kern. Die Aufkohlung erfolgt bei Tem peraturen um 900 bis 980°C. Angestrebt wird ein Rand kohlenstoffgehalt von 0,6 bis 0,85%C bei legierten Stählen.

Nach dem Aufkohlen erfolgt als zweiter Behandlungsschritt das Härten, worunter ein Austenitisieren und anschließendes Abkühlen mit solcher Geschwindigkeit verstanden wird, daß Martensitbil dung eintritt.

Da zunehmende Restaustenitanteile die Umlaufbiegedauerfestigkeit sowie die Biegespannung der Einsatzstähle stark herabsetzen, ist man bemüht, den Restaustenitgehalt nicht wesentlich über 20% ansteigen zu lassen. Da aber der Gehalt an Restaustenit u.a. stark beeinflußt wird durch den Kohlenstoffgehalt in ein satzgehärteten Schichten, sollte der Randkohlenstoffgehalt z.B. beim legierten Einsatzstahl 16 MnCr 5 etwa 0,7 bis 0,8 Gew% nicht überschreiten.

Neben den festen Aufkohlungsmitteln gibt es flüssige Aufkohlungs mittel, für die Cyanide mit Chloriden Verwendung finden. In Gegenwart von Eisen zerfallen die Cyanide, wobei sich atomarer Kohlenstoff und Stickstoff bilden, die in den Stahl diffundieren.

Die Einhaltung der obengenannten Grenzwerte ist bei den herkömm lichen Verfahren in Salzbädern bei legierten Stählen nur möglich, wenn während des gesamten Aufkohlungsprozesses mit Kohlenstoff- Pegeln gearbeitet wird, die zumindest bei Aufkohlungstiefen von über etwa 0,5 mm dem gewünschten Randkohlenstoffgehalt ent sprechen. Dies entspricht einem sogenannten Einstufenprozeß, bei dem sich jedoch gegenüber dem in Gasatmosphären durchführbaren Zweistufenprozeß erheblich längere Behandlungszeiten ergeben. Der bei Gasatmosphären übliche Zweistufenprozeß ließ sich aber bisher bei Verwendung eines Salzbades nicht durchführen, da eine schnelle Umstellung vom hohen zum niedrigen Kohlenstoff-Pegel des einen Salzbades nicht durchführbar war.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs erläuter te Verfahren zu beschleunigen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen in einem einzigen Salzbad durchgeführten Zweistufenprozeß, in dessen erster Stufe durch Erzeugung und Aufrechterhaltung einer bestimm ten Atmosphäre über der Salzbadoberfläche ein bis auf einen Wert über den gewünschten Randkohlenstoffgehalt ansteigender Kohlen stoff-Pegel eingestellt wird, während in der zweiten Stufe durch Entfernen der genannten Atmosphäre und durch Zutritt der freien Atmosphäre der Kohlenstoff-Pegel soweit abgesenkt wird, daß sich der gewünschte Randkohlenstoffgehalt einstellt.

Ausgehend von dem eingangs erläuterten Verfahren wird die vor stehend genannte Aufgabe erfindungsgemäß aber auch gelöst durch einen in einem einzigen Salzbad durchgeführten Zweistufenprozeß, in dessen erster Stufe ein angenähert konstanter Kohlenstoff- Pegel oberhalb des Wertes des gewünschten Randkohlenstoffgehal tes eingestellt wird, während in der zweiten Stufe durch Er zeugung und Aufrechterhaltung einer bestimmten Atmosphäre über der Salzbadoberfläche die Aufkohlungsreaktion stark verlangsamt bzw. zum Stillstand gebracht wird.

Die Erfindung beruht auf der aufgefundenen Erkenntnis, wonach sich durch Änderung der Atmosphäre über der Badoberfläche für einen Zweistufenprozeß schnell genug die Gleichgewichte in Salz bädern verändern bzw. die Aufkohlungsreaktion verlangsamen bzw. unterbinden lassen.

Bei Einsatz eines bestimmten Stahles ist es vorteilhaft, wenn der Kohlenstoff-Pegel in der ersten Stufe von etwa 0,6-0,85 Gew% bis etwa 0,85-1,1 Gew% hochgefahren und in der zweiten Stufe wieder auf den Ausgangswert von etwa 0,6-0,85 Gew% herunterge fahren wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Salzbad während der ersten Stufe durch eine Kohlendecke oder eine entsprechende Gasatmosphäre abgedeckt, in der zweiten Stufe aber der freien Atmosphäre ausgesetzt wird.

Ausgehend von dem zweiten erfindungsgemäßen Löschungsvorschlag ist es vorteilhaft, wenn der Kohlenstoff-Pegel während der ersten Stufe auf etwa 1,1 bis 1,3 Gew% gehalten wird. Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Salzbad während der zweiten Stufe abge deckt und der Raum zwischen Salzbadoberfläche und Abdeckung mit der genannten Atmosphäre geflutet wird.

Fig. 1 zeigt ein Diagramm zum Stand der Technik, während der Kurvenverlauf gemäß Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Verfahren er läutert.

Fig. 1 zeigt für den Werkstoff 20 MnCr 5 den bekannten Einstufen prozeß beim Aufkohlen im Salzbad sowie den vorbekannten Zwei stufenprozeß beim Aufkohlen in Gasatmosphären. Der jeweilige Kohlenstoffgehalt in Gew% bzw. die jeweiligen Aufkohlungs tiefen in mm sind aufgetragen über der Zeit in min. Während die vorbekannten Verfahren im Zweistufenprozeß in Gasatmosphären für die Aufkohlung etwa 160 min benötigen, erfordert das ein stufige Verfahren im Salzbad einen Zeitaufwand von ca. 255 min.

Fig. 2 zeigt für ein erfindungsgemäßes Verfahren den Kurvenver lauf des Kohlenstoff-Pegels in Gew% über der Zeit in min. In die sem Beispiel wird der Kohlenstoff-Pegel in der ersten Stufe von etwa 0,7 Gew% bis etwa 0,93 Gew% hochgefahren und in der zweiten Stufe wieder auf den Ausgangswert von etwa 0,7 Gew% herunterge fahren. Das Salzbad ist dabei während der ersten Stufe durch ei ne Kohledecke abgedeckt, in der zweiten Stufe aber der freien Atmosphäre ausgesetzt.

Die Behandlungszeit beträgt in diesem Beispiel mehr als 150 min, da der C-Pegel von 0,93 Gew% für eine derart geringe Zeit nicht hoch genug war. Jedoch läßt sich bei einer Temperatur von 930°C und einer angestrebten Einsatzhärtungstiefe von 0,8 mm mit den obengenannten C-Pegeln eine Zeiteinsparung von 25% gegenüber einem Einstufenprozeß mit einem C-Pegel von 0,75 Gew% erzielen.

Es wird ein Randkohlenstoffgehalt von 0,75 Gew% angestrebt.

Claims

1. Verfahren zum Aufkohlen beim Einsatzhärten in flüssigen Aufkohlungsmitteln, deren Kohlenstoff-Pegel während des ge samten Aufkohlungsprozesses auf bestimmte Werte eingestellt wird, gekennzeichnet durch einen in einem einzigen Salzbad durchgeführten Zweistufenprozeß, in dessen erster Stufe durch Erzeugung und Aufrechterhaltung einer bestimmten Atmosphäre über der Salzbadoberfläche ein bis auf einen Wert über den gewünschten Randkohlenstoffgehalt ansteigender Kohlenstoff-Pegel eingestellt wird, während in der zweiten Stufe durch Entfernen der genannten Atmosphäre und durch Zutritt der freien Atmosphäre der Kohlenstoff- Pegel soweit abgesenkt wird, daß sich der gewünschte Rand kohlenstoffgehalt einstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff-Pegel in der ersten Stufe von etwa 0,6-0,85 Gew% bis etwa 0,85-1,1 Gew% hochgefahren und in der zweiten Stufe wieder auf den Ausgangswert von etwa 0,6-0,85 Gew% heruntergefahren wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Salzbad während der ersten Stufe durch eine Kohledecke oder eine der Wirkung der Kohledecke entsprechenden Gas atmosphäre abgedeckt, in der zweiten Stufe aber der freien Atmosphäre ausgesetzt wird.

4. Verfahren zum Aufkohlen beim Einsatzhärten in flüssigen Auf kohlungsmitteln, deren Kohlenstoff-Pegel während des gesamten Aufkohlungsprozesses auf bestimmte Werte eingestellt wird, gekennzeichnet durch einen in einem einzigen Salzbad durchgeführten Zweistufenprozeß, in dessen erster Stufe ein angenähert konstanter Kohlenstoff-Pegel oberhalb des Wertes des gewünschten Randkohlenstoffgehaltes einge stellt wird, während in der zweiten Stufe durch Erzeugung und Aufrechterhaltung einer bestimmten Atmosphäre über der Salzbadoberfläche die Aufkohlungsreaktion stark verlangsamt bzw. zum Stillstand gebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff-Pegel während der ersten Stufe auf etwa 1,1 bis 1,3 Gew% gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Salzbad während der zweiten Stufe abgedeckt und der Raum zwischen Salzbadoberfläche und Abdeckung mit der genannten Atmosphäre geflutet wird.