DE3543440A1

DE3543440A1 - Process for cementation (carburizing) in case hardening

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

Abstract

A process for cementation in case hardening in liquid cementation agents whose carbon content is adjusted to specific values during the entire cementation process. To accelerate this process, which has hitherto been carried out in a single step, a two-step process is proposed in which it is possible, by changing the atmosphere above the surface of the salt bath, to change the equilibria rapidly and slow down or stop the cementation reaction.

Description

Carburizing process during case hardening

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.To manufacture machine parts that have high strength and must have hardness with good resilience a low carbon steel (0.08 to 0.25 C) be used. This steel is made by annealing in carbon releasing agents and subsequent hardening only a hard one Boundary layer of high strength achieved while maintaining the original high formability of the low coal steel in the core. The carburizing takes place at tem temperatures around 900 to 980 ° C. A border is sought carbon content of 0.6 to 0.85% C for alloyed steels.

Nach dem Aufkohlen erfolgt als zweiter Behandlungsschritt das Härten, worunter ein Austenitisieren und anschließendes Abkühlen mit solcher Geschwindigkeit verstanden wird, daß Martensitbil dung eintritt.After carburizing, this is the second treatment step Hardening, including austenitizing and then cooling is understood at such a speed that martensite entry.

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.As the residual austenite content increases, the circular bending fatigue strength and greatly reduce the bending stress of the case hardening steels, efforts are made to ensure that the residual austenite content is not significantly above To let 20% rise. But since the content of residual austenite i.a. is strongly influenced by the carbon content in a case hardened layers, should the edge carbon content e.g. not about 0.7 to 0.8% by weight for alloyed case hardening steel 16 MnCr 5 exceed.

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.In addition to the solid carburizing agents, there are liquid carburizing agents medium, for which cyanides with chlorides are used. In In the presence of iron, the cyanides decay, becoming more atomic Form carbon and nitrogen that diffuse into the steel.

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.The compliance with the above-mentioned limit values is conventional processes in salt baths only possible with alloyed steels, if during the entire carburizing process with carbon Levels are worked, at least at carburization depths of about 0.5 mm of the desired edge carbon content ent speak. This corresponds to a so-called one-step process, at compared to what can be done in gas atmospheres Two-step process result in significantly longer treatment times. However, the two-stage process customary in gas atmospheres could be so far not when using a salt bath, because one quick switch from high to low carbon levels one salt bath was not feasible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs erläuter te Verfahren zu beschleunigen.The invention is based, to explain the problem speed up procedures.

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. This object is achieved according to the invention by an in a single salt bath carried out in two steps, in which first stage by generating and maintaining a certain atmosphere above the salt bath surface to a value above the desired marginal carbon content of increasing coals fabric level is set while in the second stage by Removing the mentioned atmosphere and by accessing the free one Atmosphere the carbon level is lowered to such an extent that the desired marginal carbon content is established.

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.Based on the method explained at the beginning, the above According to the invention, the above-mentioned object is also achieved by a two-step process carried out in a single salt bath, in the first stage an approximately constant carbon Level above the value of the desired edge carbon content tes is set, while in the second stage by Er creation and maintenance of a certain atmosphere the carburizing reaction slows down the surface of the salt bath or brought to a standstill.

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.The invention is based on the finding that by changing the atmosphere above the bathroom surface for a two-step process quickly enough to balance in salt change baths or slow down the carburization reaction or to be prevented.

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.When using a certain steel, it is advantageous if the carbon level in the first stage of about 0.6-0.85% by weight ramped up to about 0.85-1.1% by weight and in the second stage down to the initial value of about 0.6-0.85% by weight will drive. It is advantageous if the salt bath during the first stage through a coal blanket or equivalent Gas atmosphere covered, but in the second stage the free one Atmosphere is exposed.

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. Starting from the second deletion proposal according to the invention it is advantageous if the carbon level during the first stage is kept at about 1.1 to 1.3% by weight. It is it is useful if the salt bath abge during the second stage covers and the space between the salt bath surface and cover flooding the atmosphere mentioned.

Fig. 1 zeigt ein Diagramm zum Stand der Technik, während der Kurvenverlauf gemäß Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Verfahren er läutert. Fig. 1 shows a diagram of the prior art, while the curve of FIG. 2, he explains an inventive method.

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. 1 shows for the material 20 MnCr 5 the known one-step process for carburizing in a salt bath and the previously known two-step process for carburizing in gas atmospheres. The respective carbon content in% by weight or the respective carburizing depth in mm are plotted over time in min. While the previously known processes in the two-stage process in gas atmospheres take about 160 minutes for the carburization, a stage-by-stage process in the salt bath requires a time expenditure of about 255 minutes.

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. Fig. 2 shows the curve of the carbon level in% by weight over time in min for an inventive method. In this example, the carbon level is ramped up in the first stage from approximately 0.7% by weight to approximately 0.93% by weight and in the second stage is reduced again to the initial value of approximately 0.7% by weight. The salt bath is covered by a coal blanket during the first stage, but is exposed to the free atmosphere in the second stage.

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.The treatment time in this example is more than 150 minutes, since the C level of 0.93 wt% for such a short time is not was high enough. However, at a temperature of 930 ° C and a targeted case hardening depth of 0.8 mm with the compared to the above-mentioned C levels, a time saving of 25% achieve a one-step process with a C level of 0.75% by weight.

Es wird ein Randkohlenstoffgehalt von 0,75 Gew% angestrebt.A marginal carbon content of 0.75% by weight is aimed for.

Claims

1. A process for carburizing case hardening in liquid carburizing agents, the carbon level of which is set to certain values during the entire carburizing process, characterized by a two-step process carried out in a single salt bath, in the first step of which by creating and maintaining a certain atmosphere above the salt bath surface a carbon level rising to a value above the desired marginal carbon content is set, while in the second stage the carbon level is lowered by removing the above-mentioned atmosphere and by entering the free atmosphere to such an extent that the desired marginal carbon content is established.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Carbon level in the first stage of about 0.6-0.85% by weight up to about 0.85-1.1% by weight and in the second Level back to the initial value of about 0.6-0.85% by weight is shut down.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the salt bath during the first stage through a coal blanket or a gas corresponding to the effect of the coal blanket atmosphere covered, but in the second stage the free one Atmosphere is exposed.

4. Process for carburizing during case hardening in liquid carbons carburizing agents, their carbon levels throughout Carburizing process is set to certain values, characterized by one in one Salt bath carried out two-stage process, in the first Level an approximately constant carbon level above the value of the desired marginal carbon content is posed while in the second stage by generation and maintaining a certain atmosphere above the Salt bath surface slows down the carburization reaction or brought to a standstill.

5. The method according to claim 4, characterized in that the Carbon levels during the first stage to about 1.1 to 1.3 wt% is held.

6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the salt bath covered during the second stage and the room between the salt bath surface and the cover with the above Atmosphere is flooded.