DE1292464B - Diffusion-coated ferrous metal body and process for its production - Google Patents
Diffusion-coated ferrous metal body and process for its productionInfo
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Description
Der Hauptzweck von Metallüberzügen ist der Oberflächenschutz. Überzogene Metalle stellen gebräuchliche Materialien dar, deren Oberflächen gegen Korrosion, Oxydation und Abrieb geschützt sind. Viele dieser Metallüberzüge werden galvanisch, durch Heißtauchen oder unter Aufspritzen von Metall hergestellt. Diesen Überzügen ist als Klasse betrachtet gemeinsam, daß die Auflage ein von der Metallunterlage deutlich verschiedenes Nebenelement darstellt und im wesentlichen über mechanische Bindungen haftet. Gewöhnlich haben solche Überzüge den Nachteil, daß die Haftkräfte nicht ausreichen, um bei Deformationen die den Überzug und das Grundmetall vereinigende Bindung aufrechtzuerhalten. Man bringt diese Überzüge dementsprechend allgemein erst auf, nachdem das Grundmetall in die gewünschte Form gebracht worden ist.The main purpose of metal coatings is surface protection. Overdone Metals are common materials whose surfaces are resistant to corrosion, Oxidation and abrasion are protected. Many of these metal coatings are electroplated, produced by hot dipping or by spraying on metal. These coatings is considered as a class in common that the pad is one of the metal base represents a distinctly different secondary element and is essentially about mechanical Ties. Usually, such coatings have the disadvantage that the adhesive forces not sufficient to unite the coating and the base metal in the event of deformation Maintain bond. These coatings are accordingly made general only after the base metal has been brought into the desired shape.
Aus der britischen Patentschrift 411982 ist es bekannt, Eisen oder Stahl bei Temperaturen zwischen 650 und 1150° C der Einwirkung einer Mischung aus Aluminium und/oder Magnesium, einem anorganischen Carbid, wie Carborundum, einem Ammoniumsalz und einem Chlorid des Chroms zu unterwerfen. Dabei wird das Carbid in seine Komponenten gespalten, und diese kombinieren sich mit dem Eisen, so daß das Eisen gekohlt wird. Es ist aber festgestellt worden, daß eine Lenkung des Kohlenstoffs in den Überzügen wichtig ist, um ein gutes Korrosionsverhalten zu erzielen. Die Kohlenstoffkonzentration in dem Überzug soll geringer sein als in .der Unterlage.From British patent specification 411982 it is known to iron or Steel is exposed to a mixture at temperatures between 650 and 1150 ° C Aluminum and / or magnesium, an inorganic carbide such as carborundum, a To subject ammonium salt and a chloride of chromium. This is where the carbide split into its components, and these combine with the iron, so that the iron is carbonized. But it has been found that a steering of the carbon in the coatings is important in order to achieve good corrosion behavior. the The carbon concentration in the coating should be lower than in the base.
In dem älteren Patent 1241679 wird ein Verfahren zum Eindiffundieren von Metallen in eine Eisenoberfläche beschrieben, bei dem zur Herstellung einer Oberflächenlegierungsschicht aus Eisen und einem Element, wie Chrom, Nickel, Mangan oder Kobalt, die Diffusionsmetalle in eine nichtkohlende Schmelze eingebracht werden, in denen als Überträger Metalle der Gruppe II a mit einem Schmelzpunkt unterhalb 900°C enthalten sind, wobei die Diffusionsbehandlung bei einer Temperatur zwischen etwa 800°C und dem Schmelzpunkt des Gegenstandes durchgeführt wird. Nach diesem Verfahren erhält man diffusionsüberzogene Eisenoberflächen, bei denen der Kohlenstoffgehalt in dem Überzug niedriger ist als in dem überzogenen Eisenkörper.In the earlier patent 1241679 a method for diffusing in of metals in an iron surface described in which to produce a Surface alloy layer made of iron and an element such as chromium, nickel, manganese or cobalt, the diffusion metals are introduced into a non-carbonizing melt, in which as a carrier metals of group II a with a melting point below 900 ° C are included, with the diffusion treatment at a temperature between about 800 ° C and the melting point of the object. After this Process is obtained by diffusion-coated iron surfaces in which the carbon content in the coating is lower than in the coated iron body.
Gegenstand der Erfindung ist ein diffusionsüberzogener Eisenmetallkörper aus einem Grundstoff aus nichtstabilisiertem Eisenmetall mit einem Diffusionsüberzug aus einer ferritischen Eisen-Chrom-Legierung, in welcher die Kohlenstoffkonzentration geringer ist als im Grundwerkstoff. Die erfindungsgemäßen diffusionsüberzogenen Eisenmetallkörper mit einer Oberflächeniegierungsschicht aus Eisen und Chrom werden hergestellt durch Eintauchen in eine nichtkohlende Schmelze, die als Überträger Caleium, Barium, Strontium und/oder Magnesium und als Diffusionselement Chrom enthält, wobei der erhaltene diffusionsüberzogene Körper nach dem Herausnehmen aus der Schmelze abgeschreckt wird.The invention relates to a diffusion-coated ferrous metal body made from a base material made from non-stabilized ferrous metal with a diffusion coating made of a ferritic iron-chromium alloy in which the carbon concentration is lower than in the base material. The diffusion-coated according to the invention Ferrous metal bodies with a surface alloy layer of iron and chromium produced by immersion in a non-carbonizing melt, which acts as a carrier Contains caleium, barium, strontium and / or magnesium and chromium as a diffusion element, the diffusion-coated body obtained after being removed from the melt is deterred.
Die Produkte gemäß der Erfindung lassen sich zwar mit sehr verschiedenen Chromkonzentrationen herstellen, aber, vorzugsweise wird die Chromkonzentration an der überzugsoberfläche auf mindestens 12 Gewichtsprozent bemessen, um der Oberfläche die Eigenschaft eines rostfreien Stahls zu geben. In besonders bevorzugter Weise beträgt die Chromkonzentration der Produkte gemäß der Erfindung an der Oberfläche des Diffusionsüberzuges mehr als 28 Gewichtsprozent. Es hat sich gezeigt, daß die Produkte gemäß der Erfindung, deren Chromkonzentration an der Oberfläche des Diffusionsüberzuges 28 Gewichtsprozent überschreitet, gegen eine bekannte, tückische i Art von Korrosion, nämlich die Korrosion unter Kraterbildung bemerkenswert beständig sind.The products according to the invention can be used with very different Establish chromium concentrations, but, preferably, the chromium concentration will be measured on the coating surface to at least 12 percent by weight to the surface to give the property of a stainless steel. In a particularly preferred way is the chromium concentration of the products according to the invention on the surface of the diffusion coating more than 28 percent by weight. It has been shown that the Products according to the invention, their chromium concentration on the surface of the diffusion coating Exceeds 28 percent by weight, against a known, insidious i type of corrosion, namely the corrosion with crater formation are remarkably resistant.
Die Eisenmetallkörper können beispielsweise aus Gußeisen, Flußstahl oder rostfreiem Stahl bestehen. Über das Einduffundieren eines oder mehrerer Diffusionselemente in einen Eisenkörper hinaus kann das Verfahren auch Anwendung finden, um Chrom, das in einem schon behandelten Eisenkörper vorliegt, aus dem Körper wieder zu entfernen oder diesen an ihm zu verarmen, und auf diese Weise die Oberflächenlegierungszusammensetzung des Körpers zu verändern.The ferrous metal body can, for example, be made of cast iron, mild steel or stainless steel. By inducing one or more diffusion elements in addition to an iron body, the process can also be used to convert chromium, that is present in an iron body that has already been treated, to be removed from the body or to deplete it of it, and in this way the surface alloy composition of the body to change.
Als Übertrager für das Verfahren geeigneteMetalle sind Calcium, Barium, Strontium und/oder Magnesium. Die Übertrager werden vorzugsweise in Mengen von mindestens 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schmelze, gewöhnlich jeweils allein für sich eingesetzt, arbeiten aber auch in Kombination miteinander zufriedenstellend. Das Calcium wird bevorzugt; es hat sich gezeigt, daß sein verhältnismäßig niedriger Dampfdruck bei den Arbeitstemperaturen die Metalldiffusion in die der Behandlung unterworfenen Eisen-Festkörper begünstigt. Die Übertrager können zum Teil mit verschiedenen Verdünnungsmitteln ersetzt werden, um die benötigte Übertragermenge zu senken und die übertragungseigenschaften der Diffusionselemente zu modifizieren. Beispiele für solche Verdünnungsmittel sind Kupfer, Blei, Zinn und Calciumnitrid.Metals suitable as transmitters for the process are calcium, barium, Strontium and / or magnesium. The transmitters are preferably used in amounts of at least 10 percent by weight, based on the total weight of the melt, usually each Used alone, but also work satisfactorily in combination with one another. Calcium is preferred; it has been shown to be relatively lower Vapor pressure at the working temperatures, the metal diffusion into that of the treatment subject to iron solids favored. The transformers can be partly with different Diluents can be replaced in order to reduce the amount of carrier required and to modify the transmission properties of the diffusion elements. Examples such diluents are copper, lead, tin and calcium nitride.
Die stärkste thermodynamische Neigung zum Flüssig-Fest-Übergang ergibt sich dann, wenn der Übertrager in der Badschmelze mit Chrom gesättigt ist.The strongest thermodynamic tendency to liquid-solid transition results when the transformer is saturated with chromium in the bath melt.
Die Flüssig-Fest-Übertragung führt zur Einverleibung des Chroms an der Oberfläche der Unterlage. Das Eindiffundieren des Elementes weiter nach innen bei den hohen Temperaturen, bei denen das Zusammenbringen von Behandlungsgut und Bad erfolgt, führt dann zum Waschen des Überzuges.The liquid-solid transfer leads to the incorporation of chromium the surface of the pad. The diffusion of the element further inwards at the high temperatures at which the material to be treated and Bath takes place, then leads to washing of the coating.
Das Metallübertragungsbad enthält den oder die Metaflübertrager, Chrom und gegebenenfalls Verdünnungsmittel. Da Chrom in dem Übertrager begrenzt löslich ist, kann das feste Diffusionselement durch Einverleibung im Überschuß sowohl als Festwie auch in Flüssigphase vorliegen. Das Medium zur Bewegung der Diffusionselemente in den Eisenkörper wird von dem in der Flüssigphase des Bades befindlichen Überträger gebildet. Bei zu hohem Gehalt des Übertragungsbades an Festphase tritt die unerwünschte Erscheinung auf, daß in der Überzugsoberfläche Teilchen eingebettet sind. Der Badanteil, der bei einer gegebenen Badzusammensetzung zur Vermeidung des vorstehenden Problems als Flüssigphase vorliegen soll, läßt sich jeweils für jede Badzusammensetzung leicht festlegen. Gewöhnlich wird mehr als die halbe Gewichtsmenge des Bades von der Flüssigphase gebildet.The metal transfer bath contains the metal transfer agent (s), chromium and optionally diluents. Since chromium has limited solubility in the transformer is, the solid diffusion element can be incorporated in excess of both Solid as well as liquid phase. The medium for moving the diffusion elements into the iron body is from the carrier located in the liquid phase of the bath educated. If the solid phase content of the transfer bath is too high, the undesired one occurs Appearance that particles are embedded in the coating surface. The bathroom part, that for a given bath composition to avoid the above problem is to be present as a liquid phase, can easily be used for each bath composition determine. Usually more than half the amount by weight of the bath becomes the liquid phase educated.
Das Metallübertragungsbad kann auf einer Reihe von Wegen hergestellt werden. Man kann den übertrager und ein oder mehrere Diffusionselement(e) zusammen auf die Arbeitstemperatur erhitzen. Man kann auch ein oder mehrere Übertragungselement(e) in festgelegten Konzentrationen herstellen und dem geschmolzenen Übertrager zusetzen, wobei das Gemisch dann auf die Arbeitstemperatur erhitzt wird. Man kann Chrom zur Auffrischung des Bades in Abständen zusetzen oder kontinuierlich in dosierten Mengen zuführen, um eine ausgedehnte Überzugsarbeit zu erleichtern. Der Zusatz von Chrom kann in praktisch jeder Form erfolgen, der Zusatz in Form eines feinen Pulvers wird bevorzugt. Der Zusatz kann auch in nicht elementarer Form erfolgen, wie mit einer Chrom-Nickel- oder Eisen-Chrom-Legierung als Chromquelle. Ferner kann man Verbindungen des Diffusionselementes verwenden, die von dem Übertrager zum Metall reduziert werden; Cr03 oder Cr2O3 z. B. lassen sich leicht zum Chrom reduzieren.The metal transfer bath can be made in a number of ways will. One can put the transmitter and one or more diffusion element (s) together heat to working temperature. You can also use one or more transmission element (s) Manufacture in specified concentrations and add to the molten transmitter, being the mixture then heated to working temperature. You can add chrome to refresh the bath at intervals or continuously Use in dosed quantities to facilitate extensive coating work. The addition of chromium can take place in practically any form, the addition in the form of a fine powder is preferred. The addition can also be made in a non-elementary form, such as with a chromium-nickel or iron-chromium alloy as the source of chromium. Furthermore can one use connections of the diffusion element that go from the transmitter to the metal be reduced; Cr03 or Cr2O3 e.g. B. can easily be reduced to chrome.
Die Arbeitstemperatur des Bades wird so gewählt, daß die Diffusionsgeschwindigkeit der Elemente günstig beeinflußt und der Übertrager (oder die übertragerkombination) im geschmolzenen Zustand gehalten wird. Bei Temperaturen unter 800°C ist die Diffusionsgeschwindigkeit im allgemeinen zu gering. Eine Arbeitstemperatur von etwa 1000 bis 1200'C wird, insbesondere bei Verwendung von Calcium als Übertrager, bevorzugt. Als Höchsttemperatur wird man in der Praxis den Normalsiedepunkt des Übertragers ansehen können, aber in jedem Fall muß die Arbeitstemperatur unter dem Normalschmelzpunkt des zu behandelnden Eisen-Festkörpers liegen.The working temperature of the bath is chosen so that the diffusion rate of the elements is favorably influenced and the transmitter (or the transmitter combination) is kept in the molten state. At temperatures below 800 ° C, the diffusion rate is generally too slow. A working temperature of about 1000 to 1200 ° C. is preferred, especially when calcium is used as a transmitter. In practice, the maximum temperature can be seen as the normal boiling point of the transformer, but in any case the working temperature must be below the normal melting point of the iron solid to be treated.
Die Dicke des beim Eindiffundieren eines gegebenen Diffusionselementes erhaltenen Überzuges wird von der Aufenthaltsdauer des Eisenkörpers in dem Übertragungsbad beeinflußt und kann sehr verschieden gewählt werden. Zum Beispiel kann man mit einem chromgesättigten, bei 1100°C betriebenen Calciumbad in einer Minute einen Überzug von 0,0076 mm erhalten.The thickness of the diffusion of a given diffusion element The coating obtained depends on the length of time the iron body remains in the transfer bath influences and can be chosen very differently. For example, you can use a chromium-saturated calcium bath operated at 1100 ° C a coating in one minute of 0.0076 mm.
Eine besondere Vorbehandlung der Eisenmetallkörper vor dem Eintauchen in das Metallübertragungsbad ist nicht notwendig. Gute Überzüge sind mit dem Verfahren gemäß der Erfindung sogar bei Vorliegen von Zunder oder dünnen C)lfilmen auf der Oberfläche des Unterlagemetalls erhalten worden. Es ist andererseits naturgemäß zweckmäßig, mit sauberen Oberflächen des Eisenmetalls zu arbeiten, und zur Erzielung optimaler Ergebnisse werden die Metallkörper vorzugsweise herkömmlichen Entfettungen unterworfen. Es ist zur Erzielung optimaler Ergebnisse auch erwünscht, alle Nähte oder scharfen Unregelmäßigkeiten der Oberfläche des Unterlagemetalls zu entfernen, da sonst eine Einwirkung mechanischer Kräfte später zu ihrer Entfernung führen kann, wodurch das nicht überzogene Unterlagemetall vor korrosiven Umgebungen ungeschützt wäre. Ferner können in einspringenden Winkeln bei Kratzern oder Nähten flüssige Korrosionsstoffe festgehalten werden, die zu einem ungewöhnlich scharfen Angriff führen können. Das Unterlagemetall wird aus diesen Gründen vorzugsweise durch Polieren vorbehandelt, um tiefe Kratzer oder rauhe Kanten zu entfernen. überraschenderweise sind mit Eisenunterlagemetallen, die unter Anwendung der bekannten basischen Sauerstoffraffination hergestellt sind, etwas bessere Ergebnisse als mit Unterlagemetallen erhältlich, die nach der älteren Technik des Herdfrischverfahrens raffiniert werden.A special pre-treatment of the ferrous metal body before immersion in the metal transfer bath is not necessary. Good coatings are with the process according to the invention even in the presence of scale or thin C) oil films on the Surface of the backing metal has been obtained. On the other hand, it is natural expedient to work with clean surfaces of the ferrous metal, and to achieve For optimal results, the metal bodies are preferably used for conventional degreasing subject. It is also desirable to have all seams for best results or to remove sharp irregularities from the surface of the backing metal, otherwise the action of mechanical forces can later lead to their removal, leaving the uncoated backing metal unprotected from corrosive environments were. Furthermore, liquid can be used in re-entrant angles in the event of scratches or seams Corrosive substances are retained, leading to an unusually sharp attack being able to lead. The backing metal is preferably polished by polishing for these reasons pre-treated to remove deep scratches or rough edges. surprisingly are with iron backing metals, which are made using the well-known basic oxygen refining slightly better results than available with backing metals, which are refined according to the older technology of the stove-freshening process.
Ein hervorragendes Merkmal des Verfahrens gemäß der Erfindung ist die kräftige Reinigungswirkung des Übertragers, insbesondere bei Verwendung von Calcium, auf die Überzüge, die sich gleichzeitig mit der überzugsbiidung auf Eisenmetall ergibt und die Konzentrationen von Kohlenstoff und Stickstoff in den Überzügen in wirksamer Weise auf Höchstmengen begrenzt, die unter den bisher erzielbaren Werten liegen. Auch die Konzentration anderer interstitielier Verunreinigungen, wie Sauerstoff, Schwefel, Phosphor usw., wird herabgesetzt.An excellent feature of the method according to the invention is the powerful cleaning action of the transferring agent, especially when calcium is used, on the coatings, which results simultaneously with the coating formation on ferrous metal and which effectively limits the concentrations of carbon and nitrogen in the coatings to maximum levels that are below the values achievable so far. The concentration of other interstitial impurities, such as oxygen, sulfur, phosphorus, etc., is also reduced.
Das Diffusionsverfahren läßt sich in vorteilhafter Weise zur Erzielung verwickelt geformter Körper einsetzen, indem man geformte oder spanend bearbeitete Eisenteile genügend lang der Diffusionsüberzugsbehandlung unterwirft, um auf ihnen einen Überzug der gewünschten Dicke (gewöhnlich 0,08 bis 0,25 mm) zu erhalten. Man kann den Überzug durchstechen und die Eisenunterlage durch Auflösen entfernen. Auf diesem Wege lassen sich verwickelte Teile von geringem Gewicht herstellen. Die im wesentlichen unbegrenzte Abscheidkraft der Metallübertragungsbäder (d. h. die Fähigkeit, kleine Ausnehmungen oder Hohlräume innen zu überziehen) erlaubt das gleichmäßige überziehen verwickelter Formen.The diffusion process can be used in an advantageous manner to achieve Insert intricately shaped bodies by shaping or machining Iron parts subjected to the diffusion coating treatment long enough to be on them to obtain a coating of the desired thickness (usually 0.08 to 0.25 mm). Man can pierce the coating and remove the iron backing by dissolving it. on in this way, entangled parts of light weight can be made. The in substantially unlimited deposition power of the metal transfer baths (i.e. the ability to Covering small recesses or cavities on the inside) allows the uniform cover intricate shapes.
Erfindungsgemäß sind weiter neue Produkte mit einer Eisenmetallgrundlage erhältlich, die einen Diffusionsüberzug einer Legierung aus ferritischem Eisen und Chrom aufweisen und physikalische und metallurgische Eigenschaften besitzen, die man seit langem zu erreichen getrachtet hat und die zu bedeutsamen Verbesserungen der Korrosionsbeständigkeit, des Aussehens und der Verformbarkeit gegenüber bisher bekannten, durch Chromdiffusion erhaltenen Produkten führen.According to the invention are also new products with a ferrous metal base available that have a diffusion coating of an alloy of ferritic iron and Have chromium and have physical and metallurgical properties that one has long sought to achieve and the too significant improvements the corrosion resistance, the appearance and the deformability compared to before known products obtained by chromium diffusion.
Wie erwähnt, hat die Lenkung der Kohlenstoffkonzentration des Chromdiffusionsüberzuges auf einer Eisenunterlage bisher auf Grund der starken Neigung des Kohlenstoffs in dem Unterlagemetail, bei den zur Bildung eines Diffusionsüberzuges notwendigen Temperaturen in den chromreichen Überzug zu wandern und sich in diesem in Form von Carbiden des Eisens und Chroms zu konzentrieren, ein besonderes Problem dargestellt. Auf Grund dieser Schwierigkeit hat man in den in bisher bekannter Weise auf einem nicht stabilisierten Eisengrundkörper erzeugten Chromdiffusionsüberzügen eine höhere Kohlenstoffkonzentration als in der Metallunterlage erhalten. Bei solchen Produkten ist selbst dann, wenn die Kohlenstoffkonzentration der Unterlage gering ist, die Erzielung einer maximalen Korrosionsbeständigkeit eines chromreichen Legierungsüberzuges illusorisch, und bei Produkten, bei denen die Kohlenstoffkonzentration der Unterlage einen Wert, wie von über 0,01 Gewichtsprozent, hat, der im Hinblick auf Festigkeit und Wirtschaftlichkeit praxisgerecht und erwünscht ist, findet diese Konzentrationsbeziehung, nach welcher die Kohlenstoffkonzentration im Überzug diejenige der Unterlage überschreitet, ihren Niederschlag im Entstehen von Eigenschaften, durch welche solche Produkte von vielen wichtigen Verwendungszwecken ausgeschlossen sind. Zum Beispiel haben nach dem Stand der Technik durch Chromdiffusionsüberziehen von Flußstahl der üblichen Handelssorten hergestellte Gegenstände keinen wirklichen Eingang auf dem Gebiete dekorativer, Glanz aufweisender Artikel finden können, da sie an der überzugsoberfläche Eisen-Chrom-Carbide aufweisen oder an den Korngrenzen Carbide ausbilden, welche die Korrosionsbeständigkeit und den Grad, in welchem solche Produkte eine wesentliche Deformation ohne Reißen des Chromdiffusionsüberzuges vertragen, stark herabsetzen.As mentioned, the control has the carbon concentration of the chromium diffusion coating on an iron base due to the strong tendency of the carbon in the underlay detail, at the temperatures necessary for the formation of a diffusion coating to migrate into the chromium-rich coating and in this in the form of carbides des Concentrating iron and chromium presented a particular problem. Because of this difficulty is encountered in the previously known manner on a non-stabilized Iron base bodies produced chromium diffusion coatings with a higher carbon concentration than received in the metal backing. With such products, even if the carbon concentration of the substrate is low, achieving a maximum Corrosion resistance of a chromium-rich alloy coating illusory, and for products in which the carbon concentration of the substrate has a value such as greater than 0.01 percent by weight, in terms of strength and economy is practical and desirable, this concentration relationship finds which one the carbon concentration in the coating exceeds that of the base, theirs Reflected in the emergence of properties by which such products are known by many important uses are excluded. For example, according to the stand the technique by chromium diffusion coating of mild steel of the usual commercial grades manufactured objects no real entrance in the field of decorative, You can find glossy articles because they have iron-chromium-carbides on the coating surface have or form carbides at the grain boundaries, which increase the corrosion resistance and the degree to which such products undergo substantial deformation without Tolerate cracking of the chrome diffusion coating, greatly reduce it.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, auf nicht stabilisiertem Eisenmetall einen Chromdiffusionsüberzug zu erzielen, mit dem die obigen Probleme beseitigt werden. Speziell kann man Körper aus einer nicht stabilisierten Eisenunterlage mit einem Diffusionsüberzug aus einer Eisen-Chrom-Legierung erhalten, bei dem die Kohlenstoffkonzentration des .Überzuges geringer als in der Unterlage ist. Ferner sind Körper erzielbar, die eine nicht stabilisierte Eisenunterlage mit einem festigkeitsmäßig der Praxis gerecht werdenden Kohlenstoffgehalt, vorzugsweise von über 0,01 Gewichtsprozent, und einen Diffusionsüberzug einer Eisen-Chrom-Legierung mit einem Chromgehalt an der überzugsoberfiäche von mindestens 12 Gewichtsprozent aufweisen, wobei die Oberfläche des Überzuges von Eisen-Chrom-Carbiden frei ist. Wenn das Verfahren gemäß der Erfindung mit einer sich anschließenden, raschen Abschreckung bei entsprechend gelenkten Bedingungen durchgeführt wird, sind Körper der oben beschriebenen Art erzielbar, bei denen der Eisen-Chrom-Legierungsüberzug sich dadurch auszeichnet, von Korngrenzenausscheidungen von Eisen-Chrom-Carbiden im wesentlichen frei zu sein, so daß die maximalen Vorteile eines korrosionsbeständigen Überzuges einer Legierung aus ferritischem Eisen und Chrom erreichbar sind.According to the present invention, it is possible on unstabilized Ferrous metal to achieve a chromium diffusion coating with the above problems be eliminated. Specifically, a body can be made from a non-stabilized iron base obtained with a diffusion coating made of an iron-chromium alloy, in which the The carbon concentration of the coating is lower than that of the base. Further bodies can be achieved that have a non-stabilized iron base with a strength-wise carbon content that meets the practical requirements, preferably of more than 0.01 percent by weight, and a diffusion coating of an iron-chromium alloy with a chromium content of the coating surface of at least 12 percent by weight, the surface the coating is free of iron-chromium carbides. When the method according to the invention with a subsequent, rapid deterrent under appropriately controlled conditions is carried out, bodies of the type described above can be achieved in which the Iron-chromium alloy coating is characterized by grain boundary precipitates to be essentially free of iron-chromium carbides, so that the maximum benefits a corrosion-resistant coating of an alloy of ferritic iron and Chromium are achievable.
Der Begriff der »nicht stabilisierten Eisenmetallunterlage« umfaßt Eisenmetallunterlagen, die nicht mehr als etwa 0,2 Gewichtsprozent Titan, Niob, Tantal, Zirkonium oder Vanadin oder Kombinationen derselben und nicht mehr als etwa 2 Gewichtsprozent Chrom, Mangan, Molybdän oder Wolfram oder Kombinationen derselben enthalten.The term "non-stabilized ferrous metal base" includes Ferrous metal substrates that contain no more than about 0.2 percent by weight titanium, niobium, Tantalum, zirconium or vanadium or combinations thereof and no more than about 2 percent by weight chromium, manganese, molybdenum or tungsten or combinations thereof contain.
In den Beispielen wird jeweils der Kohlenstoffgehalt des Überzuges und die Kohlenstoffkonzentration des gesamten Körpers analytisch bestimmt und hieraus der Kohlenstoffgehalt der Unterlage errechnet. Die Kohlenstoffkonzentration des gesamten Körpers wird erhalten, indem man den bei dem Verfahren erhaltenen, aus dem Überzug und aus der Unterlage bestehenden Körper analysiert. Zur Bestimmung der Kohlenstoffkonzentration des Überzuges wird der Überzug von dem erhaltenen Körper abgetrennt und das so isolierte überzugsmaterial analysiert. Zur Abtrennung wird längs einer Kante des bei dem Verfahren erhaltenen Körpers ein Schnitt geführt, um das Grundmaterial freizulegen, und dann der Körper 1 bis 4 Stunden in siedende, 30Aloige Salpetersäure getaucht. Die Säure löst die Unterlage auf, wobei der Chromdiffusionsüberzug zurückbleibt, den man auf Kohlenstoff bestimmt. Man mißt die Dicke des Körpers in der bei dem Verfahren gemäß der Erfindung erhaltenen Form (Ta) und nach Entfernen des Substrates die Dicke des Überzuges (TJ, worauf aus diesen Werten und den Werten für die Kohlenstoffkonzentration des Überzuges (C,) und die Kohlenstoffkonzentration des gesamten Körpers (Cb); die in der obigen Weise erhalten werden, die Kohlenstoffkonzentration der Unterlage (C,) in allen Fällen nach der folgenden Formel errechnet wird: In den Beispielen 2 bis 5 ist die Herstellung neuer Produkte gemäß der Erfindung aus einer nicht stabilisierten Eisenunterlage und einem Diffusionsüberzug aus einer Eisen-Chrom-Legierung erläutert, wobei die Kohlenstoffkonzentration des Überzuges diejenige der Unterlage unterschreitet.In the examples, the carbon content of the coating and the carbon concentration of the entire body are determined analytically and from this the carbon content of the base is calculated. The whole body carbon concentration is obtained by analyzing the body consisting of the coating and the base obtained in the process. To determine the carbon concentration of the coating, the coating is separated from the body obtained and the coating material isolated in this way is analyzed. For separation, an incision is made along one edge of the body obtained in the process to expose the base material, and then the body is immersed in boiling alloous nitric acid for 1 to 4 hours. The acid dissolves the substrate, leaving behind the chromium diffusion coating, which is determined on carbon. The thickness of the body is measured in the form (Ta) obtained in the process according to the invention and, after the substrate has been removed, the thickness of the coating (TJ, whereupon these values and the values for the carbon concentration of the coating (C i) and the carbon concentration are measured of the whole body (Cb); obtained in the above manner, the carbon concentration of the substrate (C,) is calculated in all cases according to the following formula: Examples 2 to 5 illustrate the manufacture of new products according to the invention from an unstabilized iron base and a diffusion coating made from an iron-chromium alloy, the carbon concentration of the coating being below that of the base.
Die Produkte gemäß der Erfindung, bei denen die Mikrostruktur der Chromdiffusionsschicht so gelenkt wird, daß eine Korngrenzenausscheidung von Carbiden vermieden wird, sind erfindungsgemäß erhältlich,.. wenn man das Verfahren in Verbindung mit einer anschließenden, raschen Abschreckung durchführt und dabei den Zeitraum zwischen der Entnahme des Körpers aus der Badschmelze und dem Abschrecken sorgfältig begrenzt. Wenn die aus dem Bad entnommenen Körper wesentliche Zeit auf den stark erhöhten Temperaturen belassen werden, die sie durch die Behandlung in der Badschmelze erhalten, kann eine Rückverteilung des Kohlenstoffes in dem Körper eintreten, die zu Korngrenzenausscheidungen von Carbiden in dem Überzug wie auch einem Ansteigen der Kohlenstoffkonzentration in dem Überzug über die Kohlenstoffkonzentration des darunter befindlichen Substrats führen kann.The products according to the invention, in which the microstructure of the Chromium diffusion layer is directed so that a grain boundary precipitation of carbides Avoided are obtainable according to the invention .. if you put the process in conjunction with a subsequent, rapid deterrent and thereby the period carefully between removing the body from the bath melt and quenching limited. When the body removed from the bath takes significant time to the heavily elevated temperatures are left which they melt through the treatment in the bath received, a redistribution of the carbon in the body can occur to grain boundary precipitates of carbides in the coating as well as an increase the carbon concentration in the coating over the carbon concentration of the substrate underneath.
Im allgemeinen soll der überzogene Körper innerhalb etwa 3 bis 40 Sekunden nach dem Entnehmen aus dem überzugsbad in das Abschreckmedium eingebracht werden, aber der Fachmann auf dem Gebiete der Wärmebehandlung hat es in der Hand: die optimalen Bedingungen unter Anwendung der hier beschriebenen Mikrostrukturkennzeichnung und Kohlenstoffanalyse zu bestimmen. Die Abkühlgrenz-Bedingungen, bei denen eine Korngrenzenausscheidung vermieden und sichergestellt wird, daß die Kohlenstoffkonzentration des Überzuges unter derjenigen der darunter befindlichen Unterlage gehalten wird, wird in jedem gegebenen Fall von der Dicke des zu behandelnden Körpers wie auch der effektiven Wärmeleitfähigkeit der Umgebung, in welcher die Überführung aus dem Bad in das Medium erfolgt, und dem Abschreckmedium bestimmt.In general, the coated body should be within about 3 to 40 Introduced into the quenching medium seconds after removal from the coating bath but the expert in the field of heat treatment has it at hand: the optimal conditions using the microstructure marking described here and determine carbon analysis. The cooling limit conditions at which a Grain boundary precipitation is avoided and it is ensured that the carbon concentration the cover is held under that of the underlying surface, will in any given case depend on the thickness of the body being treated as well the effective thermal conductivity of the environment in which the transfer from the Bath is done in the medium, and the quenching medium is determined.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung an Hand bevorzugter Arbeitsweisen. Die in den Beispielen genannten Mengen der verschiedenen Bestandteile sind, wenn nicht anders angegeben, als Gewichtsprozentsatz ausgedrückt. Die genannten Dicken der auf den Eisenkörpern gebildeten Überzüge sind metallographisch oder durch Messung der Dicke des nach dem Weglösen der Unterlage erhaltenen Films bestimmt. Die Zusammensetzungen der Oberfläche des Überzuges sind nach der Röntgenfluoreszenztechnik bestimmt. In der folgenden, ersten Beispielsgruppe ist die Herstellung von Eisenlegierungsüberzügen unter Einsatz eines einzelnen Diffusionselementes in dem Diffusionsbad erläutert. Beispiel 1 Das Diffusionsverfahren gestattet es in vorteilhafter Weise, durch Veränderung der Oberflächeneigenschaften von austenitischem, rostfreiem Stahl eine Spannungsrißkorrosion zu verhüten. Eine Spannungsrißkorrosion ergibt sich im allgemeinen unter Restspannung oder bei Einwirken von Spannung, und das Reißen von austenitischem, rostfreiem Stahl kann beobachtet werden, wenn man den Stahl unter Spannung setzt und auf seine Oberfläche chloridhaltige Lösungen einwirken läßt. Man kann zwar frühere Restspannungen durch Wärmebehandlung aufheben, aber ein Reißen bei korrosiven Bedingungen kann sich aus weiteren Spannungen ergeben, die beim Abschrecken nach der Wärmebehandlung eingeführt werden.The following examples serve to further illustrate the invention on the basis of preferred working methods. The amounts of the various Unless otherwise specified, ingredients are expressed as percentages by weight. The thicknesses mentioned of the coatings formed on the iron bodies are metallographic or by measuring the thickness of the film obtained after removing the support certainly. The compositions of the surface of the coating are according to the X-ray fluorescence technique certainly. The following first group of examples includes the manufacture of iron alloy coatings explained using a single diffusion element in the diffusion bath. Example 1 The diffusion process advantageously allows, by alteration of the surface properties of austenitic stainless steel is stress corrosion cracking to prevent. Stress corrosion cracking generally occurs under residual stress or when stress is applied and austenitic stainless steel cracks can be observed when the steel is put under tension and on its surface Allowing chloride-containing solutions to act. You can get through previous residual stresses Cancel heat treatment, but cracking in corrosive conditions can result from other stresses that occur during quenching after heat treatment to be introduced.
Da die Spannungsrißkorrosion bekanntlich an der Oberfläche eines austenitischen
Stahls einsetzt, besteht ein praktischer Weg zur Lösung dieses Problems darin, die
Oberflächenkonzentration an Nickel und Chrom unter Anwendung des Diffusionsüberzugsverfahrens
zu verändern, ohne die darunter befindliche i Hauptmasse des Stahls zu verändern.
In einer Reihe von Versuchen werden Abschnitte aus rostfreiem Stahl des Typs 304
unter Verwendung von Calcium-Chrom-Bädern bei 1050 bis 1100°C behandelt und nach
dem Entnehmen aus dem Bad abgeschreckt. Die Abschnitte werden nach der Behandlung
U-förmig gebogen und in siedende, 42o/oige wäßrige Magnesiumchloridlösungen getaucht;
diese Prüfung stellt die schärfste, übliche Kurzzeitprüfung auf Spannungsrißkorrosion
dar. Die Ergebnisse (Tabelle I) zeigen deutlich, daß schon nach 10 Minuten Behandlung
in den verschiedenen Bädern die Beständigkeit der Abschnitte gegen diese Art von
Rißbildung deutlich erhöht ist.
Beispiel 2 Ein Eisenbehälter mit einem Bad aus 1800 g Calcium und 72 g gepulvertem Chrom (- 325 Maschen) wird auf 1140° C erhitzt. In dem Bad wird ein Abschnitt aus Al-beruhigtem Stahl (Typ 1008) 9 Minuten behandelt und der überzogene Abschnitt dann entnommen und, ausgehend von einer Temperatur von ungefähr 1000° C, rasch abgeschreckt. Auf der Stahlunterlage wird ein Überzug von 0,025 mm erhalten, der an der Oberfläche analytisch 38% Cr ergibt. Die Analyse ergibt eine Kohlenstoffkonzentration des Überzuges bzw. des gesamten Körpers von 93 bzw. 401 ppm, und die Kohlenstoff-Konzentration der Unterlage errechnet sich zu 407 ppm.Example 2 An iron container with a bath of 1800 g calcium and 72 g of powdered chrome (- 325 mesh) is heated to 1140 ° C. In the bathroom will a section of Al-killed steel (type 1008) treated for 9 minutes and the coated one Section then removed and, starting from a temperature of approximately 1000 ° C, quickly put off. A coating of 0.025 mm is obtained on the steel base, which analytically results in 38% Cr on the surface. The analysis gives a carbon concentration of the coating or the whole body of 93 and 401 ppm, and the carbon concentration of the base is calculated to be 407 ppm.
Beispiel 3 Ein Eisenbehälter mit einem Bad aus 2300 g Calcium und 115 g gepulvertem Chrom (- 325 Maschen) wird auf 1140°C erhitzt. In das Bad, das mit einem mechanischen Rührer bewegt wird, wird ein Abschnitt aus Stahl des SAE-Typs 1070 von 0,51 mm Dicke 5 Minuten eingegeben, der überzogene Abschnitt dann aus dem Bad entnommen und, ausgehend von ungefähr 1000°C, rasch abgeschreckt. Auf der Stahlunterlage wird ein Überzug von 0,017 mm erhalten. Die Analyse auf Kohlenstoff ergibt für den Überzug 240 ppm und für den gesamten Körper 1860 ppm. Die Kohlenstoffkonzentration der Unterlage errechnet sich zu 1973 ppm.Example 3 An iron container with a bath of 2300 g calcium and 115 g of powdered chrome (- 325 mesh) is heated to 1140 ° C. In the bathroom that is moved with a mechanical stirrer, a section is made of steel of the SAE type 1070 of 0.51 mm thickness entered for 5 minutes, then the coated section from the Removed bath and, starting from approx. 1000 ° C, quickly quenched. On the steel base a coating of 0.017 mm is obtained. The analysis for carbon shows for the Coating 240 ppm and for the whole body 1860 ppm. The carbon concentration of the document is calculated to be 1973 ppm.
Beispiel 4 Ein Eisenbehälter mit einem Bad aus 2000 g Calcium und 100 g gepulvertem Chrom (-100 Maschen) wird auf 1100°C erhitzt. In das Bad, das von einem mechanischen Rührer bewegt wird, wird 45 Minuten ein Abschnitt aus Randstahl des Typs SAE 1008 von 1,52 mm Dicke eingegeben, der überzogene Abschnitt dann entnommen und, ausgehend von einer Temperatur von ungefähr 1000°C, rasch abgekühlt. Man erhält auf dem Grundmetall einen Überzug von 0,043 mm, der analytisch an der Oberfläche 4311/o Chrom ergibt. Die Analyse auf Kohlenstoff ergibt 110 ppm für den Überzug und 336 ppm für den gesamten Körper. Die Kohlenstoffkonzentration der Grundlage errechnet sich zu 350 ppm.Example 4 An iron container with a bath of 2000 g calcium and 100 g of powdered chromium (-100 mesh) is heated to 1100 ° C. In the bathroom that agitated by a mechanical stirrer, a section of edge steel becomes 45 minutes of type SAE 1008 with a thickness of 1.52 mm, the coated section is then removed and, starting from a temperature of approximately 1000 ° C, rapidly cooled. You get a coating of 0.043 mm on the base metal, the analytical on the surface 4311 / o chromium yields. Analysis for carbon gives 110 ppm for the coating and 336 ppm for the whole body. The carbon concentration of the base calculated at 350 ppm.
Beispiel 5 Man überzieht in ähnlicher Weise wie im Beispiel 4 eine
Vielfalt anderer Proben und bestimmt dann analytisch die Kohlenstoffkonzentration
des Chromdiffusionsüberzuges und des Chromdiffusionsüberzugs zuzüglich der Unterlage,
worauf aus den Analysewerten die Kohlenstoffkonzentration der Grundlage errechnet
wird. Die Ergebnisse (Tabelle II) zeigen, daß bei verschiedensten Kohlenstoffkonzentrationen
der Unterlage die Kohlenstoffkonzentration des Überzuges stets unter derjenigen
der Unterlage liegt.
Zur Erläuterung der Produkte gemäß der Erfindung, die eine nicht stabilisierte Eisenunterlage mit einem Kohlenstoffgehalt von über 0,01 Gewichtsprozent und einen an der Oberfläche von Eisen-Chrom-Carbiden freien Diffusionsüberzug aus einer Legierung aus ferritischem Eisen und Chrom aufweisen, sind zur Prüfung auf das Vorliegen von Eisen-Chrom-Carbiden an der überzugsoberfläche Röntgendiagramme der im Beispiel 2 bis 5 erhaltenen Proben angefertigt und die Ergebnisse mit denjenigen verglichen worden, die bei einer entsprechenden Untersuchung von Chromdiffusionsüberzügen erhalten werden, welche nach Chromdiffundiertechniker des Standes der Technik auf ähnlichen, nicht stabilisierten Stählen hergestellt worden sind.To explain the products according to the invention, which is a non-stabilized Iron pad with a carbon content of over 0.01 percent by weight and one Diffusion coating made of an alloy, free of iron-chromium carbides, on the surface made of ferritic iron and chromium are to be checked for the presence of Iron-chromium carbides on the coating surface X-ray diagrams in the example 2 to 5 samples obtained and the results compared with those obtained in a corresponding investigation of chromium diffusion coatings which, according to prior art chrome diffusion technicians on similar, non-stabilized steels have been manufactured.
Eine Untersuchung der im Beispiel 2 bis 5 erhalte= nen Proben auf röntgenographischem Wege hat Peaks ergeben, die alle dem kubischraumzentrierten Ferritträger zugeordnet werden konnten. Einem Eisen-Chrom-Carbid entsprechende Peaks waren nicht festzustellen.An examination of the samples obtained in Examples 2 to 5 is based on The radiographic route has shown peaks, all of which are space-centered cubic Ferrite carriers could be assigned. Peaks corresponding to an iron-chromium carbide could not be determined.
Eine Untersuchung der entsprechenden Proben des Standes der Technik ergab in jedem Falle dem Eisen-Chrom-Carbid zuzuordnende Peaks. Proben, die durch überziehen von Stählen mit niedrigerem Kohlenstoff-Anfangsgehalt hergestellt wurden, zeigten dabei relativ schwächere Diagramme der Eisen-Chrom-Carbide, aber in allen Fällen und bei allen anderen Untersuchungen von Produkten des Standes der Technik, deren Kohlenstoffgehalt in der nicht stabilisierten Unterlage 0,01 Gewichtsprozent überschreitet, war an der überzugsoberfläche eindeutig ein Eisen-Chrom-Carbid zu identifizieren.An examination of the corresponding prior art samples resulted in peaks to be assigned to iron-chromium-carbide in each case. Samples that by coatings were made of steels with a lower initial carbon content, showed relatively weaker diagrams of the iron-chromium carbides, but in all Cases and in all other investigations of state-of-the-art products, their carbon content in the unstabilized base is 0.01 percent by weight exceeded, there was clearly an iron-chromium carbide on the coating surface identify.
Der ursprüngliche, ferritische Eisen-Legierung-Diffusionsüberzug kann in Form eines sehr dünnen, selbsttragenden Films erhalten werden, der als solcher ausgesprochen einzigartige Eigenschaften besitzt, indem man von den erfindungsgemäßen Produkten in der oben beschriebenen Weise die Metallunterlage weglöst. Man erhält auf diese Weise Filme aus der ferritischen Eisen-Chrom-Legierung mit einem Chromgehalt von mindestens 12 %, deren Dicke die Größenordnung von etwa 0,0126 bis 0,076 mm oder, wenn gewünscht, darüber hat und die quer zum Film ein Chromkonzentrationsgefälle besitzen. Solche Filme zeichnen sich gegenüber den Filmen, die von nach dem Stand der Technik durch Chromdiffusion überzogenen Eisenkörpern erhalten werden können, durch die Eigenart aus, daß der Film an der Oberfläche mit der höchsten Chromkonzentration von Eisen-Chrom-Carbiden frei ist. Ferner sind solche Filme, die von den besonders bevorzugten Produkten gemäß der Erfindung erhalten werden, welche bezüglich der Korrosionsbeständigkeit von besonderer Bedeutung sind, von Korngrenzenausscheidungen von Eisen-Chrom-Carbiden frei.The original ferritic iron alloy diffusion coating can in the form of a very thin self-supporting film, which as such possesses distinctly unique properties by taking advantage of the inventive Products in the manner described above removes the metal base. You get in this way films made from the ferritic iron-chromium alloy with a chromium content of at least 12%, the thickness of which is of the order of about 0.0126 to 0.076 mm or, if desired, above and across the film has a chromium concentration gradient own. Such films stand out over the films made by after the stand iron bodies coated by chromium diffusion can be obtained using technology, characterized by the fact that the film on the surface with the highest chromium concentration is free of iron-chromium carbides. Furthermore, such films are those of the special preferred products according to the invention are obtained, which with respect to the Corrosion resistance is of particular concern of grain boundary precipitates free of iron-chromium carbides.
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