BE377698A

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Publication number: BE377698A
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Description

       

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    "PROCEDE   DE CEMENTATION PAR NITRURATION" 
L'invention a trait à la nitruration des matières ferreuses, et plus spécialement à la production de couches nitrurées dures et résistant à l'usure sur des matières fer- reuses par le procédé qui consiste à chauffer lesdites ma- tières dans des agents azotés tels que l'ammoniaque. L'ob- jet de l'invention est d'accélérer et intensifier l'action des gaz nitrurants sur les matières ferreuses de façon à diminuer le temps nécessaire pour obtenir un revêtement 

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 superficiel de dureté ou d'épaisseur données. 



   La demanderesse a découvert qu'il existe un grand nombre de métaux qui accélèrent l'action d'agents nitrurants sur des objets ferreux susceptibles d'être nitrurés lorsque des agrégats des dits métaux sont très intimement associés aux surfaces des objets à nitrurés et, en particulier, que le cuivre constitue un excellent accélérateur. Le métal peut être appliqué à l'état pur ou sous forme d'un alliage contenant une quantité appréciable de cuivre, par exemple du laiton. On produit l'accélération en associant intime- ment l'agent nitrurant, l'accélérateur et la surface à ni- trurer.

   L'influence de l'accélérateur diminue à mesure que la distance qui le sépare de la surface à durcir augmente, les meilleurs résultats étant obtenus lorsque les métaux sont placés aussi près que cela est possible tout en permet- tant l'accès de l'agent nitrurant au métal à nitrurer. Par conséquent, les accélérateurs pouvant épouser aisément les surfaces à nitrurer et pour constituer un revêtement poreux sont préférables.

   Une poudre ou un treillis ou toile métal- lique constitue des accélérateurs convenables, mais   l'accé-   lérateur peut être appliqué sous d'autres formes.   L'inven-   tion est spécialement utile en ce qui concerne la   produc-   tion de revêtements nitrurés durs sur de l'acier par le pro- cédé qui consiste à chauffer l'acier dans du gaz   ammoniac   à de basses températures, par exemple comprises entre 4500 C et   5800   C. environ, mais une accélération peut être produite/ 
On fera comprendre l'invention par un exemple. 



  Un objet en alliage ferreux qui contenait environ 1% d'a- luminium fut enveloppé dans une toile de cuivre comportant 7,2 fils de cuivre de 0,45 millimètre de diamètre par cen- timètre. On plaça l'objet enveloppé, dans un récipient dont on déplaça le contenu d'air par du gaz ammoniac. On maintint 

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 une atmosphère d'ammoniaque dans le récipient et l'on chauf- fa celui-ci et son contenu à 460  C environ pendant 4 heures. 



  On constata que l'objet était revêtu d'une couche nitrurée dure, résistant à l'usure, et d'épaisseur constante à sa surface. La dureté Brinell de cette couche était de 1000 environ. 



   On plaça un autre échantillon du même alliage, sans aucun enveloppement dans le récipient et on le chauffa dans les mêmes conditions pendant 4 heures. On n'avait pas obtenu de revêtement nitruré dur au bout de cette période de 4 heures, mais on obtint un revêtement dur en chauffant pendant une période de 12 à 16 heures. 



   Un autre échantillon du même alliage fut envelop- pé dans de la toile de cuivre et chauffé à 460  C environ pendant 2 heures dans une atmosphère composée de 40 % d'am- moniaque et de   60 %   d'oxyde nitrique, environ. On constata que l'échantillon était revêtu d'une couche superficielle uniforme de matière azotée dure et résistant à l'usure. 



  Quoique l'emploi de 40   %   d'ammoniaque et de 60 % d'oxyde nitrique conjointement avec du cuivre donne d'excellents résultats, on peut appliquer n'importe quel mélange d'ammo-   niaque   et d'oxyde nitrique, que ce mélange soit composé de gaz purs ou qu'il soit dilué par un gaz non délétère tel que   l'azote,   et appliquer l'un quelconque des oxydes ou anhydrides d'azote comme accélérateur supplémentaire. Dans un but d'économie, l'ammoniaque et les oxydes ou anhydrides d'azote peuvent avantageusement être employés approximati-   veinent   dans les proportions de leurs poids réactifs. 



   On a trouvé que les accélérateurs en laiton ou autres alliages de cuivre sont pratiquement aussi bons que ceux en cuivre pur. On a obtenu une accélération à l'aide d'accélérateurs composés d'autres métaux non ferreux parmi   @   

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 lesquels on citera les métaux suivants sensiblement purs: aluminium, chrome, molybdène, titane, manganèse, silicium ou vanadium. Les accélérateurs composés de cuivre ou d'al- liages riches en cuivre donnent généralement les meilleurs résultats aux températures relativement basses. En raison de leurs points-de fusion élevés, le chrorne, le molybdène, le titane, le manganèse, le silicium ou le vanadium   possè-   dent des avantages spéciaux pour l'application aux hautes températures.



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    "PROCESS OF CEMENTATION BY NITRURATION"
The invention relates to the nitriding of ferrous materials, and more particularly to the production of hard and wear-resistant nitrided layers on ferrous materials by the process of heating said materials in nitrogenous agents such as than ammonia. The object of the invention is to accelerate and intensify the action of nitriding gases on ferrous materials so as to reduce the time necessary to obtain a coating.

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 surface of given hardness or thickness.



   The Applicant has discovered that there are a large number of metals which accelerate the action of nitriding agents on ferrous objects capable of being nitrided when aggregates of said metals are very intimately associated with the surfaces of the objects to be nitrided and, in in particular, that copper constitutes an excellent accelerator. The metal can be applied neat or in the form of an alloy containing an appreciable amount of copper, for example brass. Acceleration is produced by intimately associating the nitriding agent, the accelerator and the surface to be nitrided.

   The influence of the accelerator decreases as the distance between it and the surface to be hardened increases, the best results being obtained when metals are placed as close as possible while still allowing access to the accelerator. nitriding agent to the metal to be nitrided. Therefore, accelerators which can readily conform to the surfaces to be nitrided and form a porous coating are preferable.

   A powder or a wire mesh or wire mesh are suitable accelerators, but the accelerator can be applied in other forms. The invention is especially useful in connection with the production of hard nitrided coatings on steel by the process of heating the steel in ammonia gas at low temperatures, for example between 4500 C and 5800 C. approximately, but acceleration can be produced /
The invention will be understood by way of example.



  A ferrous alloy object which contained about 1% aluminum was wrapped in a copper cloth comprising 7.2 copper wires 0.45 millimeters in diameter per centimeter. The wrapped object was placed in a container, the air content of which was displaced by ammonia gas. We maintained

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 an ammonia atmosphere in the vessel and the vessel and its contents are heated to about 460 ° C for 4 hours.



  It was found that the object was coated with a hard nitrided layer, resistant to wear, and of constant thickness on its surface. The Brinell hardness of this layer was about 1000.



   Another sample of the same alloy was placed, without any wrapping, in the container and heated under the same conditions for 4 hours. A hard nitrided coating had not been obtained after this 4 hour period, but a hard coating was obtained by heating for a period of 12 to 16 hours.



   Another sample of the same alloy was wrapped in copper cloth and heated to about 460 ° C for 2 hours in an atmosphere of approximately 40% ammonia and 60% nitric oxide. The sample was found to be coated with a uniform surface layer of hard, wear resistant nitrogenous material.



  Although the use of 40% ammonia and 60% nitric oxide together with copper gives excellent results, any mixture of ammonia and nitric oxide can be applied, whether this mixture. either composed of pure gases or diluted with a non-deleterious gas such as nitrogen, and apply any of the nitrogen oxides or anhydrides as an additional accelerator. For reasons of economy, ammonia and nitrogen oxides or anhydrides can advantageously be employed in approximately the proportions of their reactive weights.



   It has been found that accelerators made from brass or other copper alloys are almost as good as those made from pure copper. Acceleration has been obtained using accelerators composed of other non-ferrous metals among

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 which include the following substantially pure metals: aluminum, chromium, molybdenum, titanium, manganese, silicon or vanadium. Accelerators composed of copper or copper-rich alloys generally perform best at relatively low temperatures. Due to their high melting points, chromium, molybdenum, titanium, manganese, silicon or vanadium have special advantages for application at high temperatures.

Claims

ABSTRACT A process for cementing ferrous metallic objects by nitriding, this process consisting in placing a non-ferrous metal as close as possible to the ferrous metal and in associating with the two metals a nitriding agent. This process may further be characterized by the following points, together or separately: a) The non-ferrous metal is copper or an alloy containing a large amount of copper, for example brass. b) Intimately associated with the object to be nitrided, a gas containing nitrogen and an article composed of one or more of the following substances:

copper, alloy containing a large amount of copper, brass, aluminum, silicon, chromium, vanadium, molybdenum, titanium, manganese. c) The nitriding agent is ammonia. d) Another accelerator such as an oxide or anhydride of nitrogen is applied together with the non-ferrous metal.