145394. lajstromszámú szabadalom • Eljárás acélok, ötvözött acélok nitridálására ammónia, nitrogén gázkeverékkel

C' Megjelent: 1959. október 15. ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS 145.394. SZÁM 18. c. 3-4. OSZTÁLY — TO—396. ALAPSZÁM Eljárás acélok, ötvözött acélok nitridálására ammónia, nitrogén gázkeverékkel Tömöry Tiborné sz. Rónay Mária műegyetemi tanársegéd, oki. vegyészmérnök, budapesti lakos A bejelentés napja: 1956. április 14. Fry 1923-i bejelentése óta (Stahl u. Eisen. H. 40. 1923.) az acélok nitridálása a következőképpen történik. Nitridképző ötvözőket tartalmazó acélokat 450—600 Cc hőmérsékleten ammónia gáz áramban tartanak 20—100 óra hosszat. Ez alatt az idő alatt az ammónia gáz bomlásából származó nitrogén egyesül az acélban levő króm, alumínium, molibdén sitb. ötvözőkkel, velük igen stabil nitrideket képez, mely nitridek keménnyé, kopásállóvá teszik az acél felületét. Ugyanekkor vasnitridek is keletkeznek, ezek azonban jelentős keménységnövekedést az acél felületén nem okoznak. A nitridálás mint felületkeményítő eljárás igen előnyös abból a szempontból, hogy a darabok kérgesítés előtt teljesen készre munkáihatók, tehát elmarad a költséges köszörülés; a kezelés hőmérséklete viszonylag alacsony, és a kezelést nem követi, gyors hűtés, mely a felületi edzéssel szemben a darabok elhúzódása és káros feszültségek keletkezése szempontjából igen előnyös. A nitridálással keletkezett kéregkeménység és kopásállóság szempontjából is előnyösebb, mint a felületi edzéssel előállított kéreg. Hátránya azonban a nitridálás technológiájának az, hogy a kezelések igen hosszú ideig tartanak (20—10Ö óra). Ezen eljárásom célja a nitridálás idejének lerövidítése és a nitridáláshoz használt ammóniagáz egy részének megtakarítása. Az eljárás leírása Ha az acélok nitridálását tiszta ammónia gáz helyett ammónia és nitrogén gázkeverékkel végezzük, legelőnyösebben úgy, hogy a kemencéből kilépő gáz ammóniatartalma csupán 10—20% legyen, akkor azonos hőmérsékleten, azonos idő ' alatt vastagabb nitridált kéreg keletkezik az acél felületén, mintha a nitridáláshoz tiszta ammónia gázt alkalmazunk. Megállapítható továbbá, hogy minél magasabb u gázkeverék nitrogéntartalma — egy bizonyos határig —, annál vastagabb a keletkezett kéreg. Példa: 1,1% Ti és 0,08% C tartalmú titánacélt nitridálva 600 C° hőmérsékleten 5 óra hosszat, az alábbi eredményt kaptam: 100% NH3

60% NH

8

40% NH

3

20% NH, 40% N2

6Ö%N

2

80% N,,: kéregvas. ^ tagság mm 0,4 0,5 0,7 0,9 '!£ Az eljárás különösen titánötvözésű acélok nitrfe dálására alkalmas. ;

\'-'0.í Az eljárás gyakorlati kivitele .nos;; íniiT*. A nitridáláshoz a most bejelentett eljárást alkalmazva, az ammónia és a nitrogén gázokat palackból használjuk, a keverési arányt a nyomáscsökkentő szelepek szabályozásával állítva be. A gázösszetétel mérése a nitridálásnál amúgy is használatos disszoeiométerrel történik. Elméleti magyarázat Lehrer szerint a nitrogénnek vasban való diffúziója feltehetően ún. reakciós diffúzióval megy végbe, mivel a nitrogénnel telített kéreg nitrogéntartalma magasabb, mint az oldhatóság. Ezen reakciós diffúzió a feltételezés szerint a következőképpen történik. Az ammónia gáz bomlik a vas felületén nitrogénre és hidrogénre. A bomlásból felszabaduló nitrogén in statu nascendi egyesül a vasatomokkal, velük nitrideket alkot (a hidrogén atomok semleges molekulákká egyesülnek és a folyamatban nem vesznek részt). A vasnitridek azonban a nitridálás hőfokán igen bomlékonyak és újra vasra és nitrogénre bomlanak az alábbi egyenletek szerint: 4Fe + 2NH,,' 2Fe2

N + 3H, 2Fe2

N 4Fe + N2 Ilyenformán állandóan keletkezik a vasnitrid és bomlik, melynek eredményeként az ammónia gáz jelentős részét elbontja nitrogénre és hidrogénre. A vasnitrid bomlásából származó nitrogén > egy része azonban nem vissza a gáztérbe, hanem! a fém belseje felé diffundál, ott egyesül további vas atomokkal, illetőleg ötvöző atomokkal. A felületi vasnitrid tehát állandóan bomlik, a bomlásból keletkező nitrogén egy része visszakerül a gáztérbe, ott semleges molekulákat alkot, más