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      Niederdruck-Carbonitrieren mit Aminen* Translated title: Low Pressure Carbonitriding with Amines

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          Kurzfassung

          Das Niederdruck-Carbonitrieren ist ein modernes Verfahren zum Einsatzhärten von niedriglegierten Einsatzstählen. Bei ihm werden Kohlenstoff und Stickstoff bei Gesamtdrücken von kleiner 50 mbar und bei Temperaturen über 800 °C in der Randschicht der zu behandelnden Werkstücke angereichert. In der Literatur wird fast ausschließlich Ammoniak als Stickstoffdonator, in Verbindung mit einem Kohlenstoffdonator, meist Ethin oder Propan, als Prozessgas diskutiert [1–3]. Der Einsatz anderer Gase bzw. Gasmischungen als Donatoren für Kohlenstoff und Stickstoff sowie deren Wirksamkeit bei der Anreicherung der Randschicht mit den genannten Elementen wird so gut wie nicht behandelt. Am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie wurden daher potenzielle Prozessgase für das Niederdruck-Carbonitrieren identifiziert. Deren Wirksamkeit beim Anreichern einer Bauteils-Randschicht mit Kohlenstoff und Stickstoff wurde in einer Thermowaage experimentell untersucht. Mit Methylamin (CH 3NH 2) und Dimethylamin ((CH 3) 2NH) konnten zwei Prozessgase gefunden werden, die im Vergleich zu Ammoniak in Verbindung mit einem Kohlenstoffdonator (z. B. Ethin, Propan) zu einer guten Anreicherung der Randschicht mit Kohlenstoff und Stickstoff führen. Auf Basis einer vorangegangenen Potenzialanalyse werden in der vorliegenden Veröffentlichung ausschließlich Untersuchungsergebnisse zum Niederdruck-Carbonitrieren mit Methylamin vorgestellt.

          Abstract

          Low pressure carbonitriding is a case hardening process under development. At temperatures between 800 °C and 1050 °C and at total pressures below 50 mbar the carbon and the nitrogen concentrations in the outer layer of steel parts are increased and the parts are subsequently hardened by quenching. As state of the art, ammonia is used as nitrogen donor, in combination with a carbon donor gas, mainly acetylene or propane [1–3]. Other possible carbonitriding gases are not mentioned in recent literature. At the Engler-Bunte-Institut of the Karlsruhe Institute of Technology, potential carbonitriding gases were identified and their carbonitriding behavior was studied experimentally using a thermobalance. With methylamine and dimethylamine, two process gases were found yielding increased carbon and nitrogen concentrations in the outer layer of the steel in comparison to the known low pressure carbonitriding gases (ammonia in combination with a carbon donor (e. g. acetylene, propane). In this paper, only results obtained with methylamine as the carbonitriding gas are presented.

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          A Study of Reactions Occurring During the Carbonitriding Process

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            Experimentelle Untersuchung und Modellierung des Niederdruck-Carbonitrierens*

             L. Hagymási (corresponding) ,  T. Waldenmaier,  J Schwarzer (2011)
            Kurzfassung Das Gas-Carbonitrieren ist ein seit Jahrzehnten etabliertes Wärmebehandlungsverfahren. Im Vergleich zum reinen Aufkohlen, ermöglicht die zusätzliche Zugabe von Stickstoff eine höhere Härtbarkeit sowie eine bessere Anlass- und Verschleißbeständigkeit. Beim klassischen Verfahren besteht die Gefahr der Randoxidation der Bauteiloberflächen. In Abhängigkeit von der Bauteilbeanspruchung muss die Oxidschicht durch eine kostenintensive Nachbearbeitung entfernt werden. Bei komplexen Bauteilgeometrien, wie beispielsweise Tieflochbohrungen, ist eine Nachbearbeitung meist nicht möglich. Die Randoxidation kann durch das Niederdruck-Carbonitrieren vermieden werden. Ohne ein grundlegendes Verständnis über die Wechselwirkungen der Kohlenstoff- und Stickstoffdonatoren bei den Oberflächenvorgängen und des Kohlenstoffs und Stickstoffs beim Stofftransport in der Eisenmatrix ist jedoch eine Prozessauslegung bei diesem neuartigen Verfahren nur mit hohem zeitlichem und experimentellem Aufwand möglich. Daher soll der Stofftransport modelliert werden, um eine schnelle, simulationsgestützte Auslegung zu ermöglichen. In diesem Beitrag wird ein Modell zur vollständigen Beschreibung der Stofftransportvorgänge beim Niederdruck-Carbonitrieren vorgestellt. Ein Vergleich der mathematischen Ansätze mit den experimentellen Ergebnissen erfolgt nur bei der Beschreibung der Diffusion. Es werden die Ergebnisse zur Löslichkeit und zur Diffusion des Stickstoffs in den Einsatzstählen 20MnCr5 und 18CrNi8 präsentiert. Die Wärmebehandlung erfolgte in einem industriellen Vakuumofen. Im ersten Schritt wurde die Stickstofflöslichkeit in Abhängigkeit der Legierungszusammensetzung, des Drucks und der Temperatur untersucht. Im zweiten Schritt folgte die Modellierung der Diffusionsvorgänge. In erster Näherung zeigen die berechneten Verläufe der Kohlenstoff- und der Stickstoffkonzentrationen im Stahl eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen.
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              Untersuchungen zur Propanpyrolyse unter den Bedingungen der Vakuum-/Gasaufkohlung von Stahl

               S. Bajohr (2002)
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                Author and article information

                Journal
                htme
                HTM Journal of Heat Treatment and Materials
                Carl Hanser Verlag
                1867-2493
                2194-1831
                12 August 2015
                : 70
                : 4
                : 171-182
                Affiliations
                1 Engler-Bunte-Institut, Karlsruher Institut für Technologie, Engler-Bunte-Ring 1, 76131 Karlsruhe
                2 Robert Bosch GmbH, Stuttgart
                3 Engler-Bunte-Institut, Karlsruher Institut für Technologie, Karlsruhe
                Author notes
                [*]

                Vortrag von David Koch auf dem HK 2014, dem 70. HärtereiKongress, vom 22.-24. Oktober 2014 in Köln.

                4 david.koch@ 123456kit.edu (Kontakt/Corresponding author)
                Article
                HT110263
                10.3139/105.110263
                © 2015, Carl Hanser Verlag, München
                Page count
                References: 13, Pages: 12
                Product
                Self URI (journal page): http://www.hanser-elibrary.com/loi/htme
                Categories
                Fachbeiträge/Technical Contributions

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