Hightech bei Gerster: SolNit-A. SolNit-M.
Hightech bei Gerster: Die neuen Verfahren gegen Korrosion und Verschleiss. Schon seit langer Zeit besteht das Bedürfnis, korrosionsbeständige Stähle zu härten, um die Lebensdauer von Bauteilen, die hohen Belastungen wie auch Verschleissbeanspruchungen unterworfen sind, zu verlängern. Bei den meisten Anwendungsfällen geht es nicht nur darum, durch den Wärmebehandlungsprozess eine höhere Härte zu erzielen, sondern auch die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Mit den neu entwickelten Verfahren SolNit-A und SolNit-M werden nun diese Anforderungen in verschiedenen Bereichen erfüllt. Die Vorteile. e Die Korrosions- und Verschleissbeständigkeit nichtrostender Stähle wird durch SolNit weiter verbessert. e Dank milder Gasabschreckung günstiges Verzugsverhalten. e Die Randschicht steht unter Druckeigenspannungen. e Die Aufsticktiefe ist, je nach Anwendungsfall, zwischen 0,1 und 3 mm steuerbar. e Eine Randoxidation tritt nicht auf (N 2 -Atmosphäre). e Dünne Bohrungen und enge Bereiche werden gleichmässig tief hart. e Das Verfahren ist weder toxisch noch explosiv. Die Behandlungsanlagen. e Mehrere Vakuumöfen e Stickstoffdruck zwischen 100 und 3000 mbar (abs) regelbar e Überdruckgasabschreckung bis 10 bar Stickstoff e Nutzdimensionen: Länge 900 mm, Breite 900 mm, Höhe 750 mm
SolNit-Behandlungsanlage. 3
Hightech bei Gerster: Was ist SolNit? Bei SolNit-A und SolNit-M handelt es sich um thermochemische Wärmebehandlungsverfahren. Dabei werden korrosionsbeständige Stähle randaufgestickt. Diese Verfahren ermöglichen neue Eigenschaftskombinationen. Je nach Legierungsgehalt des Stahles und der Höhe des eingebrachten Stickstoffgehaltes liegen nach dem Abkühlen vor: e eine einsatzgehärtete Randschicht aus hartem Martensit, nach der SolNit-M-Behandlung oder e eine hochfeste, austenitische Randschicht hoher Zähigkeit, nach der SolNit-A-Behandlung. Das SolNit-A. Bei diesem Verfahren werden austenitische Stähle wie 1.4301, ferrit-austenitische Duplexstähle wie 1.4462 oder weich martensitische Stähle wie 1.4418 behandelt. Durch die Behandlung wird eine hochstickstoffhaltige, zähe und hochfeste austenitische Randschicht mit hoher Korrosionsbeständigkeit erzeugt. Diese Eigenschaftskombination ist neu und führt zu einem hohen Widerstand gegen Erosion in aggressiver Umgebung. Das SolNit-M. Beim Ausgangsmaterial handelt es sich um martensitisch oder ferritischmartensitische Cr- bzw. CrMo-Stähle wie zum Beispiel 1.4021. Durch die Behandlung wird eine harte Randschicht mit zähem Kern unter Beibehaltung oder sogar Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit erreicht. Es kann auch von einem Einsatzhärten mit Stickstoff gesprochen werden. Die erreichbaren Härtewerte liegen bei 660 bis 700 HV (58 bis 60 HRC). Ein solches Verfahren stand bisher nicht zur Verfügung. Die Abgrenzung zum Nitrieren. Korrosionsbeständige Stähle können plasmanitriert oder badnitriert werden. Dabei kommt es jedoch zu einer Ausscheidung von Nitriden aus dem Ferrit resp. Austenit. Diese verbrauchen Chrom und beeinträchtigen die Korrosionsbeständigkeit. Im Gegensatz dazu wird bei den SolNit-A- und SolNit-M-Verfahren in der Randschicht korrosionsbeständiger Stähle bei Temperaturen von 1050 C bis 1150 C Stickstoff im Mischkristall gelöst. Danach wird so rasch abgekühlt, dass ein Ausscheiden von Nitriden unterbleibt.
Drehteile aus W.Nr. 1.4104 SolNit-M-behandelt. Flansch aus W.Nr. 1.4435 SolNit-A-behandelt. 5
Hightech bei Gerster: Die praktischen Anwendungen. Das SolNit-A. Mit austenitischen Stählen wie zum Beispiel 1.4301, 1.4435 und weiteren wurden bisher Behandlungen in den folgenden Anwendungsbereichen durchgeführt: e Medizintechnik e Zahnchirurgie e Implantate, beispielsweise Platten und Schrauben e Metallische Dichtungen in Chemieanlagen e Chemische Industrie e Papiererzeugung e Textilindustrie e Pumpen- und Verdichterbau e Fleischverarbeitende Industrie e Teile für Haushalt und Architektur e Fahrzeugbau e usw. Regelkegel. Regelkegel aus austenitischem Stahl 1.4435 werden in verschiedensten Ventilen für Anlagen im Bereich der Lebensmittelverarbeitung eingesetzt. Mit anderen Verfahren veredelte Ausführungen führen zu einem vorzeitigen Ausfall. Mit der SolNit-A- Behandlung konnte die Einsatzdauer der Regelkegel entscheidend verlängert werden. Das SolNit-M. Bei SolNit-M stehen bisher die Stähle 1.4021, 1.4024, 1.4104, 1.4000 und 1.4016 in folgenden Anwendungsbereichen im Vordergrund: e Automatenstahl für korrosionsbeanspruchte Teile im Maschinenund Apparatebau e Getriebe e Massenteile wie Schrauben, Bolzen, Muttern e Maschinen-, Turbinen-, Schiffsmaschinenbau e Medizintechnik e Schneidende und nicht schneidende chirurgische Instrumente e Pumpen- und Verdichterbau e Dampf-/Wasserarmaturen e Küchengeräte, Sportgeräte e Wasser- und Dampfturbinenbau e Papier-, Textil- und Molkereimaschinen e Ketten Zahnräder. Zahnräder, Ø 130 mm, Modul 2.5, aus dem Material 1.4021 weisen nach der SolNit-M-Behandlung Oberflächenhärtewerte von 59 HRC, bei Kernhärtewerten von 45 HRC auf. Die Aufsticktiefe liegt bei 0,6 mm. Zusätzlich zur Verbesserung des Korrosionswiderstandes führt die um 230 HV (14 HRC) höhere Randhärte gegenüber der Kernhärte zu Eigenspannungsverteilungen, welche sich vorteilhaft auf die Dauerfestigkeit der Zahnräder auswirken. Härteverlauf Regelkegel 6
Härteverlauf Zahnräder 7
Hightech bei Gerster: Die praktischen Anwendungen. Zustandsdiagramm berechnet nach Thermo-Calc, Material X20Cr13 (Uni Bochum). Die Verfahrensparameter. SolNit-Behandlungen werden in speziell ausgerüsteten Vakuumöfen durchgeführt. Voraussetzung ist, dass eine Konvektionserwärmung bis 1200 C möglich ist. Der Stickstoffdruck muss variabel zwischen 100 und 3000 mbar (abs) innerhalb von ±10 mbar regelbar sein. Bei Aufsticktemperaturen wird eine Temperaturgleichmässigkeit von ±10 C unter N 2 -Gas gefordert. Für das Abschrecken werden Drücke zwischen 6 und 10 bar benötigt. Die Behandlungstemperaturen liegen zwischen 1050 und 1150 C, um die hohe Löslichkeit des Stickstoffs auszunützen. Dünne Bohrungen, Nuten. An Teilen mit Sacklochbohrungen oder dünnen und langen Bohrungen wurde festgestellt, dass über die ganze Länge der Bohrung praktisch identische Aufsticktiefen gemessen werden. In Rohren mit Bohrungsdurchmesser 2,5 mm und einer Länge von 42 mm werden sowohl an beiden Enden wie auch in der Mitte der Rohre einheitliche Aufsticktiefen gemessen. Dieses Verhalten ermöglicht im Zusammenhang mit der Aufstickgleichmässigkeit auch eine dichtere Chargierart. Flansche. Flansche, Ø 240 mm, aus dem Material 1.4104, X14CrMoS17 weisen nach der SolNit-M-Behandlung Oberflächenhärtewerte von 58 HRC auf, bei einer Kernhärte von 35 HRC und einer Aufsticktiefe von 1,5 mm. Härteverlauf Flansche 8
Härteverläufe Dünne Bohrungen, Nuten 9
Hightech bei Gerster: Die praktischen Anwendungen. Die Korrosionstests. Von zahlreichen SolNit-behandelten Teilen liegen positive Rückmeldungen seitens der Anwender im Zusammenhang mit dem Verschleiss- und Korrosionsverhalten vor. Im Interesse von neutralen Untersuchungsergebnissen wurde bei Sulzer Innotec ein umfangreiches Testprogramm in Auftrag gegeben. Erste Ergebnisse liegen vor: Die Ergebnisse zeigen auf, dass der Korrosionswiderstand bei der SolNit-behandelten Probe gegenüber den lösungsgeglühten bzw. gehärteten und angelassenen Proben erheblich gesteigert wird. SolNit-A. Material: W. Nr. 1.4435 Testmethode: Eintauchversuch nach DIN 50905, Dauer 7 Tage, in Schwefelsäure. Die Grafik zeigt einen um 96% geringeren Gewichtsverlust bei der SolNit-Abehandelten Probe. SolNit-M. Material: W. Nr. 1.4021 Analoger Test in Kochsalzlösung, Schwefelsäure und Meerwasser. Die Gewichtsverluste bei den mit SolNit-M-behandelten Proben liegen, je nach eingesetztem Medium, um 44 bis 78% tiefer. 10
Schneidmesser aus W.Nr. 1.4021 SolNit-M-behandelt. Flansch aus W.Nr. 1.4305 SolNit-A-behandelt. 11
Härterei Gerster AG Güterstrasse 3 Postfach CH-4622 Egerkingen Telefon +41 (0)62 388 70 00 Fax +41 (0)62 398 31 12 gersterag@gerster.ch www.gerster.ch Qualitätsmanagementsystem ISO 9001:2000 Umweltmanagementsystem ISO 14001:2004 Hightech by Gerster. Randschichthärten Induktionshärten Zweifrequenzhärten Impulshärten Flammhärten Zerstörungsfreie Prüfung der Einhärtetiefe Lasertechnologie Laserhärten Durchgreifend wirkende Verfahren Härten unter Schutzgas Vakuumhärten mit Druckgasabschreckung Vergüten Schutzgasglühen Anlassen Tiefkühlen bis 180 C Ausscheidungshärten von Aluminiumlegierungen Hartlöten Unter Vakuum Unter Schutzgas Induktiv Mit Flamme Thermochemische Diffusionsverfahren Aufkohlen Carbonitrieren Einsatzhärten Gasnitrieren Oxinitrieren Gasnitrocarburieren Pronox Micropuls-Plasmanitrieren Plasox Borieren Behandlung von rostfreien Stählen SolNit-A, SolNit-M, Hard-inox Beratung und Labor-Dienstleistungen 11.2006 1500 12