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Karl DAEVES, Gottfried BECKER et Fritz STEINBERG
La présente invention a pour objet un procédé pour chromer des objets de fer et d'acier par diffusion. Pour enri- chir en chrome, par diffusion, la surface d'objets en fer, on a déjà empaqueté les pièces dans des récipients qui contenaient des composés ou des alliages du chrome, par exemple du ferro- chrome et des matières qui, à des températures de 900 à 1100 C environ, entraient en combinaison gazeuse avec le chrome, par exemple le chlorure de baryum. On a aussi déjà proposé, et ce procédé a donné d'excellents résultats, de conduire un courant d'une combinaison gazeuse du chrome et du chlore, par exemple du chlorure de chrome à des températures de 900 à 1100 C, sur les objets à traiter.
Par ces moyens, on n'arrive à appliquer des couches de chrome irréprochables que sur la surface d'objets qui
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consistent en des alliages de fer ou d'acier faiblement carbu- rés, d'une teneur en carbone au-dessous de 0,1%, et qui d'ail- leurs n'ont qu'une section relativement faible. Lorsque la teneur en carbone des alliages dont les pièces à chromer sont faites dépasse 0,1 %, on n'obtient par les moyens connus que des couches de chrome d'une faible profondeur de pénétration, et des expériences approfondies ont prouvé qu'avec les tempéra- tures de traitement usuelles et avec les temps de diffusion en usage, on ne pouvait plus chromer d'une manière satisfaisqnte même des alliages de fer d'une teneur en carbone au-dessous de
0,1 %, lorsque les pièces qui en sont faites ont une section relativement épaisse.
On a trouvé maintenant que pour la production de couches superficielles de cristaux mixtes de fer et. de chrome suffisamment fortes et réellement utilisables physiquement et chimiquement, ce n'est pas seulement la teneur en carbone du fer ou de l'acier à chromer qui est responsable, mais qu'il s'agit plutôt de la quantité totale de carbone en présence dans la pièce à chromer ou dans sa section. Sur des surfaces polies nobreuses, on a pu faire la constation surprenante qu'aved la pénétration du chrome dans la surface des objets à chromer, il se produit une émigration du carbone de l'intérieur vers la surface à chromer, émigration d'autant plus forte que la teneur en carbone du fer ou de licier à chromer est élevée et que la section à chromer est grande.
Même avec des alliages du fer relativement pauvres en carbone, on ne pouvait obtenir que des couches superficielles peu avantageuses aux points de vue phy- sique et chimique, lorsque la section de l'objet à traiter dépassait une certaine grandeur.
La présente invention est basée sur cette notion et sur la constatation que pour le chromage d'objets en acier et
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en fer, la loi suivante est importante; dans cette 101, H repré- sente une valeur maximum à ne pas dépasser avec le chromage en
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usage jusqu'ici, C la teneur en carbone du fer ou de l'acier à chromer, en pourcents, et d l'épaisseur des objets à chromer, en millimètres.
Cette loi s'exprime par l'équation : H = C x d.
En de longues séries d'observations on a ensuite trouvé que dans le chromage d'aciers carbonés ordinaires dans les conditions usuelles, c'est-à-dire à une température de dif- fusion de 900 à 1100 C et pendant un temps de diffusion de 5 à 6 heures, H ne doit pas dépasser la valeur de 0,12, si l'on veut réussir à produire des couches chromées présentant des qualités physiques et chimiques utiles.
Partant du fait que la valeur H, à savoir la valeur au-dessus de laquelle la production de couches chromées satis- faisantes ne réussit plus, détermine l'étendue de l'émigration de carbbne encore admissible du noyau de la section à chromer vers la surface à chromer, on propose selon l'invention, en vue de la production de couches chromées sous tous les rapports physiquement et chimiquement irréprochables sur des alliages de fer et d'acier avec des valeurs H plus élevées, d'ajouter à ces alliages des'éléments dont l'affinité avec le carbone est plus rande que celle du chrome,
Ces sortes d'éléments - et cela résulte de nouveau d'une série d'observations et d'es- sais-arrêtent l'émigration du carbone lors du chromage et empêchent la formation de couches superficielles riches en carbone, aussi bien dans les aciers d'une teneur en carbone relativement faible, mats à grandes sections, que dans ceux à teneur en carbone relativement plus forte et à faibles sec- tions, permettant ainsi la production de surfaces chromées qui, physiquement et chimiquement, satisfont aux plus hautes exigen- ces.
Comme éléments d'alliage pour fers ou aciers à chromer dont la valeur H dépasse 0,12, on a trouvé particulièrement utiles le titane, le vanadium, le tantale, le niobium, le zir-
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conium et autres éléments constituants de carbures, dont l'ac- tion paraît être d'autant plus forte que leur affinité avec le carbone. est grande et que la tendance de leurs carbures à entrer en dissolution solide dans les conditions de chromage connues est faible.
Selon l'invention il est proposé d'additionner les alliages de fer et d'acier qui doivent avoir une haute teneur en carbone ou qui doivent être chromés avec une section plus forte,de 0,1 à 1% de titane ou d'éléments constituant des car- bures d'action semblable 3n quantités telles que l'émigration de cartone dans la section des objets à chromer n'ait pas lieu.
L'addition de titane doit. commencer avec une valeur H de 0,12 comme ci-dessus indiqué, et elle doit augmenter à peu près uni- formément avec une valeur croissante de H, dans les limites de 0,1 à 1 %.
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Karl DAEVES, Gottfried BECKER and Fritz STEINBERG
The present invention relates to a process for chroming iron and steel objects by diffusion. In order to enrich the surface of iron objects with chromium by diffusion, the parts have already been packed in containers which contained chromium compounds or alloys, for example ferro-chromium and materials which, at temperatures of 900 to 1100 C approximately, entered into gas combination with chromium, for example barium chloride. It has also already been proposed, and this process has given excellent results, to conduct a current of a gas combination of chromium and chlorine, for example chromium chloride at temperatures of 900 to 1100 C, on the objects at treat.
By these means, it is possible to apply irreproachable chromium layers only on the surface of objects which
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consist of lightly carburized iron or steel alloys with a carbon content below 0.1%, and which moreover have only a relatively small cross section. When the carbon content of the alloys from which the parts to be chromed are made exceeds 0.1%, only chromium layers of a shallow depth of penetration are obtained by known means, and extensive experiments have shown that only the usual processing temperatures and with the diffusion times in use, it was no longer possible to chromium satisfactorily even iron alloys with a carbon content below
0.1%, when the parts made from it have a relatively thick section.
It has now been found that for the production of surface layers of mixed crystals of iron and. of chromium strong enough and actually usable physically and chemically, it is not only the carbon content of the iron or the steel to be chromed that is responsible, but rather the total amount of carbon present in the part to be chromed or in its section. On nobrous polished surfaces, we have been able to make the surprising observation that after the penetration of chromium into the surface of the objects to be chromed, there is an emigration of carbon from the interior to the surface to be chromed, emigration all the more strong that the carbon content of the iron or the iron to be chromed is high and that the section to be chromed is large.
Even with relatively low carbon iron alloys, it was only possible to obtain superficial layers which were not very advantageous from the physical and chemical points of view, when the section of the object to be treated exceeded a certain size.
The present invention is based on this concept and on the observation that for the chrome plating of steel objects and
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in iron, the following law is important; in this 101, H represents a maximum value not to be exceeded with chrome plating in
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hitherto used, C the carbon content of the iron or steel to be chromed, in percent, and d the thickness of the objects to be chromed, in millimeters.
This law is expressed by the equation: H = C x d.
In long series of observations it was then found that in the chromium plating of ordinary carbon steels under the usual conditions, that is to say at a diffusion temperature of 900 to 1100 C and for a diffusion time from 5 to 6 hours, H should not exceed the value of 0.12, if one wants to succeed in producing chromed layers having useful physical and chemical qualities.
Proceeding from the fact that the value H, namely the value above which the production of satisfactory chromium layers no longer succeeds, determines the extent of the carbon emigration still admissible from the core of the section to be chromed towards the surface to be chromed, it is proposed according to the invention, with a view to the production of chromed layers in all respects physically and chemically irreproachable on alloys of iron and steel with higher H values, to add to these alloys 'elements whose affinity with carbon is greater than that of chromium,
These kinds of elements - and this again results from a series of observations and tests - stop carbon emigration during chrome plating and prevent the formation of carbon-rich surface layers, both in steels. of relatively low carbon content, mat with large cross-sections, than in those with relatively higher carbon content and low cross-sections, thus enabling the production of chrome surfaces which, physically and chemically, meet the highest demands. these.
As alloying elements for irons or chromium steels whose H value exceeds 0.12, titanium, vanadium, tantalum, niobium, zir-
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conium and other constituent elements of carbides, the action of which appears to be all the stronger as their affinity with carbon. is great and that the tendency of their carbides to go into solid dissolution under known chromium plating conditions is low.
According to the invention it is proposed to add the alloys of iron and steel which must have a high carbon content or which must be chromed with a larger section, from 0.1 to 1% of titanium or of elements constituting carbides of similar action in such quantities that emigration of cardboard in the section of the articles to be chromed does not take place.
The addition of titanium must. start with an H value of 0.12 as above indicated, and it should increase roughly evenly with increasing value of H, within the limits of 0.1 to 1%.
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