DE3048607C2

DE3048607C2 - Cyanidfreies Verfahren zum Aufkohlen von Stahl und Zugabesalz zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE3048607C2
Application number: DE3048607A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl.-Ing.(FH) 6901 Bammental Michel; Alexander 6800 Mannheim Pralea
Original assignee: Goerig & Co & Co Kg 6800 Mannheim De GmbH
Current assignee: Goerig & Co & Co Kg 6800 Mannheim De GmbH
Priority date: 1980-12-23
Filing date: 1980-12-23
Publication date: 1983-07-07
Also published as: DE3048607A1; CH647002A5; DE3170212D1; EP0054962B1; EP0054962A1; ATE12951T1

Description

a) Zugabesalz hinzugegeben wird, das aus einem Gemisch von Erdalkalihalogenid, Alkalicyanoferrat (II) und Alkalicyanat besteht, wobei das Erdalkalihalogenid des Zugabesalzes mit dem Erdalkalihalogenid des Ansatzsalzes übereinstimmt;

b) die Verfahrensbehälterfüllung auf die Anwendungstemperatur erhitzt wird;

c) danach das Aufkohlungsverfahren betrieben wird.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des geringen Cyansdgehaltes des Bades durch Einbringen des Zugabesalzes durchgeführt wird.

3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüehe, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verfahrensstufe a) 20% Zugabesalz, das aus Erdalkalihalogenid, Kalium- oder Natriumcyanoferrat (II) sowie aus Kalium- oder Natriumcyanat besteht, hinzugegeben werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da? das Bad auf eine Anwendungstemperatur von 880 bis 1000⁰C erhitzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verfahrensstufe c) das aus dem J5 Bad entnommene Werkstück in Wasser, öl oder im Abschrecksalzbad abgeschreckt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Stahltiege) durchgeführt wird. «ο

7. Zugabesalz für ein cyanidfreies Verfahren zum Aufkohlen von Stahl nach den Ansprüchen 1 —6, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Gemisch von Erdalkalihalogenid, Alkalicyanoferrat (H) und Alkalicyanat besteht.

Die Erfindung betrifft ein cyanidfreies Verfahren zum Aufkohlen von Stahl bei dem ein Ansatzsalz, das aus einem Gemisch von Alkalihalogenid und Erdalkalihalogenid besteht, zum Schmelzen gebracht wird.

Aufkohlungsverfahren von Stahl im Salzbad stehen dem Stand der Technik in verschiedenen Varianten zur Verfügung, jedoch sind die Verfahren des Standes der Technik generell mit dem Nachteil behaftet, im Salzbad einen hohen Cyanidgehalt aufzuweisen. Dieser hohe Cyanidgehah der Bäder ist aus Umweltschutzgründen bedenklich. Es ist ferner bei solchen Bädern mit hohem Cyanidgehalt nur bedingt möglich, die aus den Bädern kommenden Werkstücke direkt in einem Abschrecksalzbad abzuschrecken, da der hohe Cyanidgehalt sehr heftig explosionsartige Reaktionen zwischen flüssigem Nitrit-Nitrat einerseits und dem Cyanid andererseits auslösen kann.

Die DE-AS 17 71 727 beschreibt ein Verfahren zur Aufkohlung von Stählen, bei dem das Ansatzsalz Aikali- und Erdalkalicarbonate, Siliciumcarbid, elementaren Kohlenstoff und elementares Silicium enthält.

Die GB-PS 1053 243 betrifft Cyanat-Bäder zum Härten von Stahl. Das verwendete Ansatzsalz enthält stets ein Alkalicyanat, Bei diesem Verfahren wird das Werkstück mit einer Lage aus Carbiden und Nitriden versehen unter gleichzeitiger Bildung einer darunter liegenden Zone aus Martensit,

Die US-PS 19 52 090 beschreibt ein Verfahren unter Verwendung eines Zusatzsalzes, das Natriuincyanid enthält Dieses Cyanid wird ständig verbraucht und muß daher zugeführt werden.

Die Verfahren des Standes der Technik weisen also die Nachteile eines hohen Cyanid-Gehaltes und einer aufwendigen Zusammensetzung auf.

Demgegenüber liegt vorliegender Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufkohlen von Stahl zu liefern, das ohne Cyanidzusatz arbeitet und das es weiterhin gestattet, den niedrigen Cyanidgehalt des Bades zu regeln. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein umweltfreundliches Aufkohlungsverfahren von. Stahl im Salzbad und Überwindung der Nachteile des Standes der Technik zu liefern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß

a) Zugabesalz hhrxugegeben wird, das aus einem Gemisch von Erdalkalihalogenid, Alkalicyanoferrat (H) und Alkalicyanat besteht, wobei das Erdalkalihalogenid des Zugabesalzes mit dem Erdalkalihalogenid des Ansatzsalzes übereinstimmt;

b) die Verfahrensbehälterfüllung auf die Anwendungstemperatur erhitzt wird;

c) danach das Aufkohlungsverfahren betrieben wird.

Eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des geringen Cyanidgehaltes des Bades durch Einbringen des Zugabesalzes durchgeführt wird.

Eine weitere besondere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Verfahrensstufe a) 20% Zugabesalz, das aus Erdalkalihalogenid, Kalium- oder Natriumcyanoferrat (H) sowie aus Kalium- oder Natriumcyanat besteht, hinzugegeben werden.

Weitere besondere Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, daß das Bad auf eine Anwendungstemperatur von 880 bis 1000⁰C erhitzt wird, daß in der Verfahrensstufe c) das aus dem Bad entnommene Werkstück in Wasser, Öl oder im Abschrecksalzbad abgeschreckt wird, und daß das Verfahren in einem Stahltiegel durchgeführt wird.

Beansprucht wird weiterhin ein Zugabesalz für ein cyanidfreies Verfahren zum Aufkohlen von Stahl gemäß obigen Ansprüchen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es aus einem Gemisch von Erdalkalihalogenid, Alkalicyanoferrat (II) und Alkalicyanat besteht.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine umweltfreundliche Aufkohlungsmöglichkeit von Stahl im Salzbad geschaffen. Ein weiterer großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß sämtliche verwendeten Salzmischungen aikalicyanidfrei sind.

Ferner ist es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, die aus dem Bad kommenden Werkstücke unmittelbar anschließend in Nitrit-Nitrat-haltigen Salzbädern abzuschrecken ohne daß unerwünschte Nebenreaktionen wie beispielsweise explosionsartige Oxida-

tionsreaktionen stattfinden,

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufkohlen von Stahl ist durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet;

a) der Verfahrensbehälter wird mit einem Ansatzsalz gefüllt, das aus einem Gemisch aus Alkalihalogenid und Erdalkalihalogenid besteht;

b) das Ansatzsalz wird zum Schmelzen gebracht;

c) es wird Zup*ibesa!z hinzugegeben, das aus einem ι ο Gemisch von Erdalkalihalogenid, Alkalicyanoferrat (II) und Alkalicyanat besteht, wobei das Erdalkalihalogenid des Zugabesalzes chemisch mit dem Erdalkalihalogenid des Ansatzsalzes übereinstimmt;

d) die Verfahrensbehälterfüllung wird auf die Anwendungstemperatur erhitzt;

e) das zu behandelnde Werkstück wird in das Aufkohlungsbad getaucht und dort bis zur Erreichung der gewünschten Aufkohlungstiefe belassen;

f) das Werkstück wird aus dem Aufkohlungsbad entnommen und je nach Werkstoffart im entsprechenden Abschreckmedium abgeschreckt

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels weiterhin erläutert

Ausführungsbeispiel

Ein Stahltiegel eines Fassungsvermögens von 801 wird mit 50 kg Ansatzsalz gefüllt das zu 60% aus m Bariumchtorid, zu 20% aus Natriumchlorid und zu 20% aus Kaliumchlorid besteht

Diese Füllung wird mittels einer mit Erdgas betriebenen Heizung auf eine Temperatur von 800⁰C gebracht wobei eine völlig homogene Schmelze entsteht

Sodann werden 10 kg Zugabesalz hinzugefügt, das zu 60% aus Bariumchlorid, zu 20% aus Kaliumcyanoferrat (11) und zu 20% aus Kaliumcyanat besteht

Die Stahltiegelfüllung wird nun auf 900⁰C aufgeheizt und sodann die Werkstücke, nämlich Zahnräder (bestehend aus Einsatzstahl 20 MnCr 5) mit einem Stückgewicht von 1 kg, an einem Stahldraht hängend in die vorgenannte Schmelze eingebracht und innerhalb von 4 Stunden aufgekohlt werden.

Sodann entnimmt man diese Werkstücke aus der Schmelze ir.id gibt sie unmittelbar danach in ein Warmbad ein, das zu 50% aus Kaliumnitrat und zu 50% aus Natriumnitrit besteht; die Abschrecktemperatur beträgt 200°C. -κι

Ergebnisse

Es wurde oin Rand-Kohlenstoffgehalt von 0,955% C erreicht Die Einsatzhärtungstiefe beträgt 0,83 mm.

Der Kohlenstoffverlauf und der Härteverlauf dieser r> Werkstücke (Zahnräder) sind in der F i g. 1 und der F i g. 2 angegeben.

Die Tabelle 1 und die F i g. 1 zeigen den C-Cehalt des Werkstückes in Abhängigkeit vom Randabstand; der C-Gehalt ist in Gew.-% angegeben; die Aufkohlungstie- t>o fe des C ist in mm gemessen.

Die Tabelle 2 und die F i g. 2 zeigen den Härteverlauf des Werkstückes in Abhängigkeit vom Randabstand. Die Härte ist in Härte HV] und der Randabstand in mm angegeben.

Tabelle 1 Randabstand

Q-GeMl

0.050 mm
0.150 mm
0.300 mm
0.500 mm
0.700 mm

Tabelle 2

0,955% 0.915% 0.760% 0.555% 0.380%

Abstand vom Rand

Härte (HVI)

0.045 mm
0.090 mm
0,180 mm
0!270 mm
0.360 mm
0.450 mm
0.540 mm
0.720 mm
0.900 mm
1.080 mn
1.260 mm
1.900 mm

836 HVl 829 HVl 847 HVl 843 HVl i',3 HVi 850 Λνΐ 785 HVl 613 HVl 512 HVl 461 HVl 421 HVl 403 HVl

Die EHT beträgt 0,832 mm.

Im kontinuierlichen Betrieb erfolgte die Kontrolle des Cyanidgehaltes durch Probenahmen und Titration mit Nickelsulfat und Murexid als Indikator.

Alle 3 Stunden wurden 0,5 kg Zugabesalz zugegeben, wobei sich ein Cyanidgehalt von etwa 1,5% einstellt

Innerhalb einer Zeitdauer von 3 Monaten wurden 30 Probebolzen der Stahlqualität 20 MnCr 5, ferner 30 Probebolzen aus der Legierung C 15 und schließlich 18 Probebolzen aus der Legierung C 15 und schließlich 18 Probebolzen aus der Legierung 18 Cr Ni8 getestet, und zwar jeweils 4 Stunden bei Temperaturen von 900⁰C.

Dabei ergaben sich Rand-Kohlenstoffwerte zwischen 0,9 und 0,98 Gew.-% C.

Damit ist die ständige Reproduzierbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens sichergestellt

Aufgrund des ständigen Badgebrauches ist eine ständige Kontrolle des geringen Cyanidgehaltes möglich und vorteilhafterweise auch angebracht Die Regulierung des Cyanidgehaltes, d. h., die Sicherstellung des gleichbleibend geringen Cyanidgehaltes wird fortschritüicherweise nicht etwa durch Zugabe an Cyanid erreicht bzw. geregelt, sondern lediglich durch Einbringen des Zugabesalzes gemäß den Angaben im Merkmal c)des Hauptanspruchs 1.

Gegebenenfalls kann man ferner beispielsweise nach Entstehen der kompletten Schmelze, also nach Beendigung der Verfahrensstufe c) des Hauptpatentanspruchs 1 zur Erreichung einer sogenannten künstlichen Alterung des Bades geringe Mengen an Soda, beispielsweise 1 Gew.-% bezogen auf die Bädmenge hinzugeben.

Alle %-Angaben der vorliegenden Offenbarung sind Gew.-%.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Cyanidfreies Verfahren zum Aufkohlen von Stahl, bei dem ein Ansatzsalz, das aus einem s Gemisch von Alkalihalogenid und Erdalkalihalogenid besteht, zum Schmelzen gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß