Wärmebehandlung von Eisenwerkstoffen II

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1 Wärmebehandlung von Eisenwerkstoffen II Nitrieren und Nitrocarburieren Dr.-Ing. Dieter Liedtke Dr. Ulrich Baudis Dr. Joachim Boßlet Dr.-Ing. Uwe Huchel Dr.-Ing. Heinrich Klümper-Westkamp Dr.-Ing. Wolfgang Lerche Prof. Dr.-Ing. Heinz Joachim Spies 5. Auflage Mit 241 Bildern und 28 Tabellen TAE Kontakt & Studium Band 686 Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Wilfried J. Bartz Dipl.-Ing. Hans-Joachim Mesenholl Dipl.-Ing. Elmar Wippler ехрегщ]] vertag

2 Inhaltsverzeichnis Einleitung 1 1 Entstehung, Aufbau und Gefüge 9 von Nitrierschichten, H.-J. Spies 1.1 Begriffsbestimmungen () Zweck des Nitrierens und Nitrocarburierens () Die Wechselwirkung zwischen Eisen und Stickstoff bzw. Eisen, 11 Stickstoff und Kohlenstoff () 1.4 Das Gefüge der Nitrier-/Nitrocarburierschicht () Allgemeines Die Verbindungsschicht Die Porosität der Verbindungsschicht Die Diffusionsschicht Literatur Kapitel 1.1 bis Bildung und Wachstum von Nitrierschichten - Grundlagen 37 (H.-J. Spies) 2 Eigenschaften 51 H.-J. Spies, 2.1 Allgemeines (H.-J. Spies) Härte und Härteprofil () Allgemeines Oberflächenhärte Härte der Verbindungsschicht Härte der Nitrier-/Nitrocarburierschicht Nitrierhärtetiefe Literatur zu Kapitel Werkstückgeometrie () Maße und Formen Oberlächenrauheit Eigenspannungen (H.-J. Spies) Verschleißverhalten () Allgemeines Das Verhalten der Verbindungsschicht Verschleißverhalten der Diffusionsschicht Festigkeitsverhalten Zugfestigkeit () Formänderungsvermögen-Zähigkeit () Schwingfestigkeit (H.-J. Spies) Korrosionsverhalten (H.-J. Spies) 109

3 3 Vorbehandeln und Vorbereiten der Werkstücke Allgemeines Reinigen Waschen Strahlen Beizen Vorbehandeln Entgraten Voroxidieren Spannungsarmglühen Normalglühen Vergüten Vorbereiten für ein örtlich begrenztes Nitrieren/Nitrocarburieren Literatur Kapitel 3 Gasnitrieren und Gasnitrocarburieren Grundlagen der Verfahrenstechnik Die Ammoniakzerfallsreaktion als Grundlage für die Bereitstellung von diffusionsfähigem Stickstoff Reaktionen für das zusätzliche Bereitstellen von diffusionsfähigem Kohlenstoff Durchführung des Nitrierens und Nitrocarburierens Behandlungsmittel Nitriertemperatur Nitrierdauer Atmosphärenzusammensetzung Nitrieren Nitrocarburieren Anlagentechnik Bereitstellung der Behandlungsgase Ammoniak Zusatzgase Anlagen zum Nitrieren/Nitrocarburieren Retortenöfen Ausgekleidete Öfen Anlagensicherheit Die Prozessgestaltung Die Zeit-Temperatur-Folge Die Atmosphärenführung Anwendungsbeispiele Prozessüberwachung und -regelung Allgemeines Auswahl der Messverfahren Prozessregelung

4 4.6 Vor-und Nachteile des Gasnitrierens/-nitrocarburierens Vorteile Nachteile Literatur Kapitel Plasmanitrieren und -nitrocarburieren 171 U. Huchel 5.1 Reaktionsmedium Plasma Prozessparameter beim Plasmanitrieren und -nitrocarburieren 173 und deren Wirkungsweise 5.3 Typischer Prozessablauf Anlagen zum Nitrieren und Nitrocarburieren im Plasma Kenndaten für die Charakterisierung einer Plasmaanlage Spezifische Vor- und Nachteile der Behandlung im Plasma Literatur Kapitel Salzbadnitrocarburieren 191 U. Baudis, J.Boßlet 6.1 Einleitung Allgemeines Entwicklungsgeschichte des Salzbadnitrocarburierens Physikalische und chemische Grundlagen des Salzbad- 192 nitrocarburierens Ionische Flüssigkeiten Anforderungen an die Salzschmelze Isomerie des Cyanations Cyanatsynthese Chemische Reaktionen beim Salzbadnitrocarburieren Aktivierung der Salzschmelzen Prinzip des Regenerierens Prozessablauf Chargieren Vorreinigen Vorwärmen Nitrocarburieren Salzschmelzen zum Nitrocarburieren Prozess-Parameter Verfahrensvarianten Abkühlen/Oxidieren Reinigen Prozesssteuerung und-kontrolle Die analytische Kontrolle der Nitrocarburierschmelzen Die analytische Kontrolle der oxidierenden Salzschmelzen Prozesssteuerung Anlagentechnik Aufbau einer Salzbadnitrocarburieranlage Filtertechnik Vollautomatische Salzbadnitrocarburieranlagen 220

5 6.6 Sicherheit und Umweltschutz beim Salzbadnitrocarburieren Arbeitsschutz Umweltschutz Ökobilanz des Salzbadnitrocarburierens Vor- und Nachteile des Salzbadnitrocarburierens Literatur Kapitel Sonderverfahren zum Nitrieren/Nitrocarburieren Pulvernitrocarburieren Nitrieren in wässriger Ammoniaklösung Nitrieren und Nitrocarburieren in Wirbelbettanlagen Literatur Kapitel Nachbehandlung Einleitung Reinigen Auslagern Nachoxidieren Diffusionsbehandeln Spanendes Bearbeiten Richten oder Kalibrieren Korrosionsschutz Literatur Kapitel Hinweise zur Werkstoff- und Verfahrensauswahl 241 U. Baudis, J. Boßlet, U. Huchel, H. Klümper-Westkamp, W. Lerche,, H.-J. Spies, 9.1 Hinweise zur Auswahl und Erzeugung beanspruchungsgerechter 241 Nitrierschichten (H.-J. Spies) 9.2 Nitrierbarkeit von Eisenwerkstoffen (H.-J. Spies) Hinweise zum Vermeiden möglicher Beanstandungen an nitrier- 259 ten und nitrocarburierten Teilen () Allgemeines Häufige Beanstandungen an nitrierten und nitrocarburierten 259 Werkstücken 9.4 Anwendungsbeispiele (, U. Baudis, J. Boßlet, 265 U. Huchel, H. Klümper-Westkamp, W. Lerche, H.-J. Spies) Bauteile Antriebs-und Fördertechnik Fahrzeug-und Motorenbau Hydraulikindustrie Maschinenelemente Sonstige Bauteile Werkzeuge Kaltarbeitswerkzeuge 276

6 Warmarbeitswerkzeuge Werkzeuge aus Schnellarbeitsstählen Nitrierte und nitrocarburierte Werkstücke Darstellung und Angaben in Zeichnungen und anderen Fertigungsunterlagen Zweck der Angaben Woraus bestehen die Angaben? Zeichnungsangaben Angabe des Werkstoffzustands Angabe der Härte Angabe der Nitrierhärtetiefe Angabe der Verbindungsschichtdicke Angabe der Mess-oder Prüfstelle Örtlich begrenztes Nitrieren/Nitrocarburieren Wärmebehandlungsbild Ausführungsbeispiele Angaben in Fertigungsunterlagen Literatur Kapitel Prüfen nitrierter/nitrocarburierter Werkstücke 289 H. Klümper-Westkamp 11.1 Einleitung Visuelle Kontrolle Sichtkontrolle Tüpfelprobe Härtemessung Oberflächenhärte Nitrierhärtetiefe Härte der Verbindungsschicht Metallographische Prüfmethoden Lichtmikroskopie - der Schliff Rasterelektronenmikroskopie (REM) Transmissionselektronenmikroskop Physikalisch-chemische Prüfmethoden Glimmentladungsspektrometrie - GDOS Elektronenspektroskopie zur chemischen Analyse (ESCA) Röntgenfeinstrukturanalyse (XRD) Eigenspannungsmessungen mit Röntgenstrahlung Weitere Untersuchungsmethoden Technologische Prüfungen Verschleißprüfung Korrosionsprüfung Festigkeitsprüfung Zähigkeitsprüfung 322

7 Zerstörungsfreie Prüfungen Literatur Kapitel Sachregister 329 Dissertationen 1975 bis