CH315176A

CH315176A - Verfahren zur Aufkohlung von Gegenständen aus Eisen und seinen Legierungen in einem Salzbad

Info

Publication number: CH315176A
Authority: CH
Inventors: David Waterfall Frederick; Leslie Hewson Robert
Original assignee: Ici Ltd
Priority date: 1951-11-28
Filing date: 1952-11-28
Publication date: 1956-07-31

Description

Verfahren zur Aufkohlung von Gegenständen aus Eisen und seinen Legierungen in einem Salzbad Salzbäder der verschiedensten Zusammen setzung sind als Mittel zur Aufkohlung von Eisen und seinen Legierungen bekannt. Die einige Zeit in ein solches Bad eingetauchten Gegenstände werden durch die Einwirkung; der geschmolzenen Salze aufgekohlt, wobei die Dicke der zementierten Zone von den Arbeits- bedingungen abhängt.

Es ist allgemein be kannt, für eine derartige Behandlung eine ge- sehmolzene Mischung aus Cyanid'en und Car- bonaten der Alkalimeta.lle zu verwenden.

Auch Bäder aus einer solchen CyanidlCarbo- nat-Mischung mit Zusatz von Alkalihalogeni- den, oder in gewissen Fällen Mischungen aus Alkalicyaniden und -hal'ogeniden mit Erd- alkalichloriden und -carbonaten sind bekannt.. 11leistens ist es bei der Verwendung derartiger Salzbäder gebräuchlich, die Schmelze mit einer Graphitschieht zu überdecken.

Im Einzelfall hängt die Zusammensetzung solcher zur Behandlung von Stahlgegenstän den bestimmter Salzbäder vom gewünschten C'Trad und der Eindringtiefe der Aufkohlung ab. Wenn eine verhältnismässig dünne zemen tierte Zone gewünscht wird, also Eindring- liefen von etwa. 0,5-0,75 mm, eignen sieh Schmelzen aus Alkalicy aniden und -carbonaten oder Mischungen dieser Cyanide und Carbo- nate mit.

einem oder mehreren Erd'alkalihalo- geniden. Grössere Eindringtiefen oder höhere Attf- kohlungswerte können mit Bädern erreicht werden,,

die zur Hauptsache aus Barium- und Strontiumchlorid mit einem Zusatz von 10 bis 20% Alkalicyanid bestehen. Auch eine geringe Menge eines Alkalihalogenides kann anwesend sein..

Bäder aus A.lkalicyaniden und -carbonaten mit oder ohne Zusatz von Alkallhalogeniden besitzen nur ein beschränktes Aufkohlungsver- mög,en und kommen zur Erzeugung dickerer zementierter Schichten nicht in Frage. Dort, wo sie ausreichen, werden sie aber gerne ver wendet, weil sie wasserlöslich sind und sich deshalb die an den behandelten Gegenständen haftenden Salzreste leicht entfernen lassen.

Im Gegensatz dazu erlauben zwar Schmel zen aus Bariumchlorid oder Strontiumchlorid und 10-20%. Alkalicyanid höhere Aufkoh- lungsgrade und grössere Eindringtiefen des Kohlenstoffes, sind aber in Wasser weniger löslich. Mit ihnen behandelte Gegenstände be dürfen also nach der Behandlung einer be sonderen Reinigung zum Entfernen anhaften der Salzreste, die sehr sorgfältig erfolgen muss, weil sonst erhöhte.

Rosttendenz besteht.

Es wurde nun ein verbessertes Salzbad ge funden, dessen Hauptbestandteil ein Alkali- halogenid oder eine Mischung von Alkalihalo- geniden ist und das ausserdem noch eine ge- ringere 'i#l:enge Alkalicyanid und 0,25-5,0 Ge wichtsprozente Silizium enthält.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfah ren zur Aufkohlung von Gegenständen aus Eisen und Eisenlegierungen. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass die zu behandelnden Gegenstände in eine Salzschmelze gebracht werden, die zum grössten Teil aus mindestens einem A:lkalihalogenid besteht und die ausser dem eine Menge Alka:l'icyanid, die kleiner ist als die Alkalihalogenidmenge, sowie 0,25 bis 5,0 Gewichtsprozente Silizium enthält.

Ferner ist Gegenstand der Erfindung ein Salzbad zur Ausführung dieses Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass es zum grössten Teil aus mindestens einem Alkalihalogenid, zu einem kleineren Teil aus einem Alka.lieya.nid und zu 0,25-5,0 Gewichtsprozente aus Sili cium besteht.

Es ist von Vorteil, wenn das Bad bis zu etwa 101/o des Bad'gewichtes Natriumfluorid enthält, da, dieser Zusatz die Aufkohlungs- fähigkeit der Schmelze während längerer Zeit aufrechterhält.

Der Cyanidgehalt soll kleiner sein als das Gewicht aller anwesenden Alkalihalogenide zu sammen. Er soll vorzugsweise nicht mehr als 1519/9 und am besten zwischen 1 und 10 Ge- wichtsprozent dies Ganzen betragen.

Die Badtemperatur kann beliebig über dem Schmelzpunkt der Mischung gewählt werden, wobei die Zementierung mit steigender Tem peratur kräftiger wird. Es ist aber vorteil haft, bei einer zwischen 800 und 950 C liegen den Temperatur zu arbeiten.

Das Bad kann bereitet werden, indem man zuerst eine Alkalichloridschmelze herstellt, z. B. eine geschmolzene Mischung aus. Kalium- und Natriumchlorid oder aus Kalium- und Natriumehlorid und Natriumfluorf, und diese auf einer zwischen 750 und 950 C liegenden Temperatur hält.

Dann wird etwa 1 o/a Sili- eium, am besten in Pulverform, und 1 bis 10% Natriumcyanid,- zugesetzt. Es ist emp- fehlenswert, den bei der Stahlbehandlung sich bildenden Bodensatz in regelmässigen Abstän- den, vorzugsweise jeden Tag, durch Ausschöp fen mit einem Sieb zu entfernen.

Gleichzeitig wird dann das ursprüngliche Badniveau durch Zusatz von Natrium/Kaliumchloridmischung oder Chlorid/Fluoridmischung wieder herge stellt und das verbrauchte Natriumeyanid ersetzt. Auch ein neuer Zusatz von Silicium pulver kann nötig werden, wobei das Ausmass dieses Zusatzes stark von den Arbeitsbedin gungen abhängt.

Führt, die Benützung des Bades zum Beispiel zu einer starken Durch lüftung, so ist zur Beseitigung von sauerstoff haltigen Badbestandteilen ein vermehrter Sili- ciumzusatz nötig. Nach dem Silieiumzusatz ist auch der geeignete Zeitpunkt gekommen, um auf die Badoberfläche eine Schicht von Gra- phitpulv er aufzubringen. Ein, wenn gewünscht, mit einer Graphitschieht überdecktes Salzbad stellt eine spezielle Ausführungsform der Er findung dar.

Den bisher gebräuchlichen Salzbädern ,gegenüber weisen die erfindungsgemässen Bä der verschiedene Vorteile auf. Sie besitzen alle erwünschten Eigenschaften der Cyanidl'Car- bonat-Bäder, besonders die leichte Entfern- barkeit von Salzrückständen am behandelten Stück durch blosses Abwaschen mit Wasser und das weite Temperaturgebiet, innerhalb dessen sie befriedigend arbeiten.

Ausserdem kann mit den erfindungsgemässen Bädern ein Zementierungseffekt erreicht werden, der ent weder demjenigen von CyanidfCarbonat-Bä- dern oder von Cyanid'iErdalkalihaloaenid- Bädern entspricht, ohne dass wasserun:lösliehe Salzkrusten auftreten.

Nach dem Aufkohlen in Cyanidbädern oder Cya.nid/Erdalkalihalogenid-Bädern und Ab schrecken in Öl weisen gewisse hochlegierte Stahlsorten oft eine weiche Oberfläehenschieht auf. Das isst auf den infolge ihres hohen St.iek- stoffgehaltes in der Oberfläehensehieht 7tzrüek- bleibenden Au:stenit. zurückzuführen.

Zum Erreichen einer grossen Oberflächenhärte ist es in solchen Fällen deshalb nötig, das Mate rial einer Unternullbeha.ndlung zu unterwer fen. Beim Behandeln hochlegierter Stähle nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird durch die üblichen Absehreckverfahren dagegen eine bessere Oberflächenhärtung erreicht, so dass eine Unternullbehand:lung nicht notwendig ist.

Die Erfindung wird in den folgenden Bei spielen näher erläutert.

Beispiel 1 Eine Salzschmelze der folgenden Zusam mensetzung wurde hergestellt: 12,5 kg Natriumchlorid, 12,5 kg Kaliumchlorid, 1,5 kg Natriumcyanid, 0,25 kg Siliciumpulver.

Das Bad wurde auf einer Temperatur von 950 C gehalten, die Oberfläche war mit einer Schicht aus Graphitkohle bedeckt. Die Eisen gegenstände wurden zwei Stunden im Bad belassen.

Nach der Behandlung wurden die Gegen stände langsam erkalten gelassen und dann untersucht. Die Ergebnisse waren die folgen den:
EMI0003.0012

Gesamtstärke <SEP> der <SEP> aufgekohl'ten <SEP> Zone <SEP> 0,8 <SEP> mm
<tb> 0,6 <SEP> o/a <SEP> C <SEP> in <SEP> einer <SEP> Tiefe <SEP> von <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,4 <SEP> mm
<tb> Eutektische <SEP> Zusammensetzung <SEP> bei <SEP> .

<SEP> 0,2 <SEP> mm Nachdem das Bad einige Zeit im Betrieb gewesen war, wurde sein Natriumcyanidgehalt auf 81/o erhöht und dann durch dauernde Be nützung während mehrerer Tage allmählich bis auf 1% sinken gelassen. Während dieser Zeit wurde der Bodensatz täglich entfernt und an jedem der 8-9stündigen Arbeitstage wurden 226 g Siliciumpulver zum Aufrecht erhalten des <RTI

ID="0003.0027"> Aufkohlungsvermögens zugesetzt. Täglich wurden Weicheisenprobestücke im Bad behandelt, langsam gekühlt und die Dicke der zementierten Schicht gemessen. Dabei zeigte es sieh, dass auch bei einem Cyanidgehalt von 1 /o noch erhebliche Aufkohlung erreicht wurde. Durch zweistündiges Behandeln im Bad von 950 C und anschliessendes langsames Abkühlen wurden folgende Resultate erhalten:

EMI0003.0036

8% <SEP> NaCN <SEP> 3% <SEP> NaCN <SEP> i% <SEP> NaCN
<tb> Gesamtstärke <SEP> der <SEP> zementierten
<tb> Schicht. <SEP> 0,75 <SEP> mm <SEP> 0,7 <SEP> mm <SEP> 0,67 <SEP> mm
<tb> 0,604 <SEP> C <SEP> in <SEP> 0,47 <SEP> mm <SEP> 0,42 <SEP> mm <SEP> 0,27 <SEP> mm <SEP> Tiefe
<tb> Eutektisehe <SEP> Zusammensetzung <SEP> in <SEP> 0,17 <SEP> mm <SEP> 0,15 <SEP> mm <SEP> 0,05 <SEP> mm <SEP> Tiefe Beispiel Eine Sal'zsehmelze der folgenden Zusam mensetzung wurde hergestellt: 11 kg Natriumchlorid, 11 kg Kaliumehl'orid 1,25 kg Natriumfluorid 1,5 kg Natriumcyanid 0,25 kg Siliciümpulver.

Das Bad war fünf Tage bei 950 C im Be trieb. Täglich wurde genügend Natriumcyanid zugesetzt, um den Cyanidgehalt des Bades auf etwa 51/o zu erhalten.

Weieheisenversuchsatücke wurden im Bad je zwei Stunden behandelt und zeigten nach .Abkühlung die folgenden Ergebnisse:
EMI0003.0051

Während dieser fünf Tage wurden dein Bad nur einmal 226 g Silicium zugesetzt, trotzdem die Gesamtmasse des Bades von der Grössenordnung 25 kg war. Aus der Tabelle ist klar ersichtlich, da.ss die Aufkohlungs- fähigkeitwährend der ganzen Gebrauchsdauer erhalten blieb.

Claims

PATENTANSPRUCH I Verfahren zur Aufkohlung von Gegenstän den aus Eisen und seinen Legierungen in einem Salzbad, dadurch gekennzeichnet, dass die zu behandelnden Gegenstände in eine Salz schmelze gebracht werden, die zum grössten Teil aus mindestens einem Alkalihalogenid besteht- und die ausserdem eine Menge Alkali- ey anid, die kleiner ist. als die Alka.l'ihalogenid- menge, sowie 0,25-5,0 Gewichtsprozente Sili cium enthält. UNTERANSPRÜCHE 1.

Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Siliciumgehalt des Bades zwischen 0,25 und1,504 liegt. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die verwendete Salzschmelze ausser einem andern Alkaliha.lo- genid ein Alkalifluorid enthält. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, da.ss die Schmelze pulve risiertes Silicium enthält. 4.

Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Alkalicyanid- gehalt des Bades höchstens 15 % beträgt. 5. Verfahren nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeiehnet, da.ss die Schmelze zwi schen 1 und 10 % Alkalieyanid enthält. 6. Verfahren nach Patentansprueh I, da durch gekennzeichnet, dass bei einer zwischen 800 und 950 C liegenden Temperatur gearbei tet wird. 7. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der gebildete Bodensatz von Zeit zu Zeit entfernt und das Bad durch Zusatz seiner Komponenten er gänzt wird.

PATENTANSPRUCH II Salzbad zur Ausführung des Verfahrens nach Patentansprueh I, dadurch gekennzeich net, dass es zum grössten Teil aus mindestens einem Alkalihalogenid, zu einem kleineren Teil aus einem Alkalicyanid und zu 0,25-5,0 Ge wichtsprozent aus Silieium besteht. UNTERANSPRÜCHE B.

Salzbad nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, da.ss sein Alkalicyanid- gehalt höchstens 15 IM beträgt.. 9. Salzbad nach Patentanspruch 1I, da durch gekennzeichnet, dass es ausser einem andern Alkalihalogenid ein Alkalifluorid ent hält. 10. Salzbad' nach Unteransprueh 8, da durch gekennzeichnet., dass sein Alkalieyanid- gehalt zwischen 1 und 10 /o- liegt.