Neuere Entwicklungstendenzen beim Gas-Nitrocarburieren durch Verwendung von Kohlenwasserstoffen*

D. Joritz; B. Edenhofer; W. Lerche

doi:10.3139/105.100463

Artikel

Neuere Entwicklungstendenzen beim Gas-Nitrocarburieren durch Verwendung von Kohlenwasserstoffen*

D. Joritz
D. Joritz :Wie gesagt,ich hatte ja auch in meiner Einleitung erwähnt,dass es schon Untersuchungen bezüglich der Anwendung von Kohlenwasserstoffen in früheren Zeiten gegeben hat.Meines Wissens nach ist es zu keiner industriellen Anwendung gekommen.
, B. Edenhofer
B. Edenhofer : Herr Kell, ich muss Ihnen Recht geben. Das Deganit-Verfahren erzielt ähnliche Ergebnisse wie das hier vorgestellte Verfahren. Und es wurde auch und wird wahrscheinlich auch heute noch industriell eingesetzt.Einer Ihrer Mit-Entwickler,Herr Römpler, sitzt auch heute hier im Publikum. Es handelt sich beim Deganit-Verfahren ebenfalls um einen zweistufigen Prozess unter dem Einsatz von Exogas in der ersten Stufe und Endogas in der zweiten Stufe oder CO₂ in der ersten Stufe und Endogas in der zweiten Stufe. Uns ging es in der Zielsetzung darum, ähnlich Ergebnisse zu erzielen wie auch das Deganit-Verfahren, aber andere Einsatzstoffe zu verwenden.
und W. Lerche

Veröffentlicht/Copyright: 1. April 2013

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Aus der Zeitschrift HTM Journal of Heat Treatment and Materials Band 63 Heft 4

Kurzfassung

Industrielle Gas-Nitrocarburieranlagen benutzen in der Regel zusätzlich zum Ammoniak (NH₃) entweder Kohlendioxid (CO₂) oder Endogas als Kohlenstoff spendendes Medium.Beide Prozesse (sowohl das Gas-Nitrocarburieren mit Kohlendioxid als auch das Verfahren mit Endogas) weisen spezielle Eigenschaften auf und erzeugen dadurch leicht unterschiedliche Verbindungsschicht-Strukturen.

Der Nitrocarburierprozess unter Verwendung von Kohlendioxid (CO₂) bewirkt ein schnelleres Wachstum der Verbindungsschicht und somit eine dickere, porenreichere Struktur. Im Gegensatz dazu erzeugt der Gas-Nitrocarburier-Prozess unter Einsatz von Endogas eine Verbindungsschicht, die reicher an Kohlenstoff ist und dadurch einen höheren Anteil an ε-Nitriden (Fe_2-3N) aufweist.

Eine neuere Variante des Gas-Nitrocarburierens benutzt Kohlenwasserstoffe (hier besonders Propan (C₃H₈) oder Erdgas/Methan (CH₄)) als Kohlenstoffspender, die das Kohlendioxid entweder komplett ersetzen oder diesem hinzugefügt werden. Diese neue Verfahrensvariante, die sowohl in ein- als auch in zweistufigen Prozessen durchgeführt werden kann, verbindet die Vorteile der beschleunigten Stickstoffübertragungsrate des Kohlendioxid-Prozesses mit der höheren Kohlenstoffübertragungsrate des Endogas-Prozesses. Das Ergebnis ist ein schnelleres Verbindungsschichtwachstum bei gleichzeitig höherem Kohlenstoff- und somit größerem ε-Nitrid-Anteil. Die so erzeugten Schichten zeichnen sich durch einen deutlich verbesserten Verschleißwiderstand der behandelten Bauteile aus. Zusätzlich wird durch diese neue Verfahrensvariante die Produktivität der Ofenanlage erhöht.

Abstract

Industrial gaseous ferritic nitrocarburizing processes, or shortly named “fnc”, use mainly carbon dioxide or endothermic gas as the carbon providing gas in addition to ammonia gas. Both processes have positive and negative aspects and produce somewhat different layer structures. The carbon dioxide fnc process depicts a faster layer growth yielding a thicker and more porous nitride layer, whereas the endothermic fnc process produces a nitride layer with higher carbon content and a larger proportion of the ε-nitride phase.

A newer variant of a fnc process uses hydrocarbons, and preferably propane or natural gas, as carbon providing gas replacing partly or totally carbon dioxide gas. This newer process uses different single or double step cycles combining the advantages of the enhanced nitrogen transfer as created by the carbon dioxide variant with the increased carbon transfer rate of the endothermic gas. This results in faster layer growth producing nitride layers with higher carbon content and a larger proportion of the ε-phase. This is advantageous with respect to wear resistance of the nitrocarburized components. In addition, it improves furnace productivity.

Schlüsselwörter: Gas-Nitrocarburieren; Propan (C3H8); Verbindungsschichtstruktur; ε/γ′-Verhältnis der Verbindungsschicht; Mehrstufen-Prozesse; Verschleißwiderstand; Elementtiefenverläufe

* Vortrag gehalten von D. Joritz auf dem HK 2007, 63. Kolloquium für Wärmebehandlung, Werkstofftechnik, Fertigungs- und Verfahrenstechnik, 10.-12. Oktober 2007 in Wiesbaden.

G. Kell : Sie sprechen hier von einem neuen zweistufigen Verfahren zum Gas-Nitrocarburieren. Das Wort „neu“ will ich jetzt ein bisschen relativieren. Es gibt seit den 1970er Jahren ein zweistufiges Gas-Nitrocarburier-Verfahren, das eigentlich alle Eigenschaften dieser Zusammenfassung mit erfüllt, mit einem erhöhten Randkohlenstoffgehalt, mit dickeren Verbindungsschichten, die eigentlich auch durch dieses Verfahren voll realisiert worden sind – auch in praktische Beispielen, z. B. an Kurbelwellen bereits mehrfach auch nachgewiesen. Das war oder das ist das Deganit-Verfahren.

H.-J. Spies : Ich habe nur zwei Fragen. Propan ist ja bei diesen Temperaturen sehr träge. Haben Sie das vorher über den Spalter geschickt oder direkt in den Ofen?

D. Joritz : Das haben wir direkt in den Ofen gegeben.

H.-J. Spies : Die zweite Frage: Gab es Probleme mit der Rußbildung?

D. Joritz : Nein.

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D. Joritz

D. Joritz :Wie gesagt,ich hatte ja auch in meiner Einleitung erwähnt,dass es schon Untersuchungen bezüglich der Anwendung von Kohlenwasserstoffen in früheren Zeiten gegeben hat.Meines Wissens nach ist es zu keiner industriellen Anwendung gekommen.

Dr.mont. B. Edenhofer

B. Edenhofer : Herr Kell, ich muss Ihnen Recht geben. Das Deganit-Verfahren erzielt ähnliche Ergebnisse wie das hier vorgestellte Verfahren. Und es wurde auch und wird wahrscheinlich auch heute noch industriell eingesetzt.Einer Ihrer Mit-Entwickler,Herr Römpler, sitzt auch heute hier im Publikum. Es handelt sich beim Deganit-Verfahren ebenfalls um einen zweistufigen Prozess unter dem Einsatz von Exogas in der ersten Stufe und Endogas in der zweiten Stufe oder CO₂ in der ersten Stufe und Endogas in der zweiten Stufe. Uns ging es in der Zielsetzung darum, ähnlich Ergebnisse zu erzielen wie auch das Deganit-Verfahren, aber andere Einsatzstoffe zu verwenden.

Diskussionsteilnehmer:

Dipl.-Ing. G. Kell, PIV Drives GmbH, Bad Homburg

Dr.mont. B. Edenhofer, Ipsen International GmbH,Kleve

Prof.Dr.-Ing. H.-J. Spies, Freiberg

D. Joritz , Ipsen International GmbH,Kleve

Literatur

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Published Online: 2013-04-01

Published in Print: 2008-01-01

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https://doi.org/10.3139/105.100463