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Erschienen in: Journal of Materials Engineering and Performance 7/2013

01.07.2013

Independently Controlled Carbon and Nitrogen Potential: A New Approach to Carbonitriding Process

verfasst von: Karl-Michael Winter

Erschienen in: Journal of Materials Engineering and Performance | Ausgabe 7/2013

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Abstract

Recent research projects show that retained austenite, if stabilized by nitrogen, has a positive influence on the fatigue strength of work pieces. The combined diffusion profile of carbon and nitrogen applied in a carbonitriding process plays a major role, besides the process temperature. Yet today, only the carbon potential is somehow controlled and even this is not easy to achieve. This paper will present a new system able to measure and control both the carbon potential and the nitrogen potential independently. The knowledge of the activities of nitrogen and carbon in iron and the effect of alloying elements on such activities as well as the solubilities offers a way to apply the potentials on real steels.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat E. Meinhard, Carbonitrieren - warum und wie?, TZ für Metallbearbeitung 1982/10, p 23–32 E. Meinhard, Carbonitrieren - warum und wie?, TZ für Metallbearbeitung 1982/10, p 23–32
2.
Zurück zum Zitat F. Hoffmann, B. Clausen, and M. Steinbacher, Carbonitrieren verspricht Verbesserung der Eigenschaften von Zahnrädern, MM Das IndustrieMagazin 30/2008, p 32–36. F. Hoffmann, B. Clausen, and M. Steinbacher, Carbonitrieren verspricht Verbesserung der Eigenschaften von Zahnrädern, MM Das IndustrieMagazin 30/2008, p 32–36.
3.
Zurück zum Zitat S. Bischoff, H. Klümper-Westkamp, F. Hoffmann, and H.-W. Zoch, Development of a Sensor System for Gas Carbonitriding—Part 1, HTM J. Heat Treat. Mater., 2010, 65(3), p 141–148 S. Bischoff, H. Klümper-Westkamp, F. Hoffmann, and H.-W. Zoch, Development of a Sensor System for Gas Carbonitriding—Part 1, HTM J. Heat Treat. Mater., 2010, 65(3), p 141–148
4.
Zurück zum Zitat J. Slycke and T. Ericsson, A Study of Reactions Occurring During the Carbonitriding Process, J. Heat Treat., 1981, 2(1), p 3–19 J. Slycke and T. Ericsson, A Study of Reactions Occurring During the Carbonitriding Process, J. Heat Treat., 1981, 2(1), p 3–19
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Zurück zum Zitat R. Collin, S. Gunnarson, and D. Thulin, Ein mathematisches Modell zur Berechnung von Aufkohlungsprofilen bei der Gasaufkohlung, HTM J. Heat Treat. Mater., 1970, 25(1), p 17–21 R. Collin, S. Gunnarson, and D. Thulin, Ein mathematisches Modell zur Berechnung von Aufkohlungsprofilen bei der Gasaufkohlung, HTM J. Heat Treat. Mater., 1970, 25(1), p 17–21
6.
Zurück zum Zitat Literature Survey: Average Interaction Parameters for Carbon Activity Based on Houdremont, Gunnarson, Neumann (Found in: W. Schröter, and A. Spengler, Über den Einfluß von Legierungselementen beim Einsatzhärten, HTM J. Heat Treat. Mater. 2002, 57(5), p 342–348), AWT (Found in: AWT-FA 5 AK 4, Die Prozessregelung beim Gasaufkohlen und Einsatzhärten, Expert Verlag 1997, p 12–13) and J. Kunze, Nitrogen and Carbon in Iron and Steel Thermodynamics, Physical Research, Vol. 16, Akademie-Verlag, Berlin, 1990, Average Interaction Parameters for Nitrogen Activity Based on Zheng (Found in: X. Zheng, Nitrogen Solubility in Iron-Base Alloys and Powder Metallurgy of High Nitrogen Stainless Steels, Diss. ETH No. 9488, 1991) and J. Kunze (see above) Literature Survey: Average Interaction Parameters for Carbon Activity Based on Houdremont, Gunnarson, Neumann (Found in: W. Schröter, and A. Spengler, Über den Einfluß von Legierungselementen beim Einsatzhärten, HTM J. Heat Treat. Mater. 2002, 57(5), p 342–348), AWT (Found in: AWT-FA 5 AK 4, Die Prozessregelung beim Gasaufkohlen und Einsatzhärten, Expert Verlag 1997, p 12–13) and J. Kunze, Nitrogen and Carbon in Iron and Steel Thermodynamics, Physical Research, Vol. 16, Akademie-Verlag, Berlin, 1990, Average Interaction Parameters for Nitrogen Activity Based on Zheng (Found in: X. Zheng, Nitrogen Solubility in Iron-Base Alloys and Powder Metallurgy of High Nitrogen Stainless Steels, Diss. ETH No. 9488, 1991) and J. Kunze (see above)
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Zurück zum Zitat E. Fromm and E. Gebhardt, Gase und Kohlenstoff in Metallen, Springer-Verlag, 1976, p 581–608 E. Fromm and E. Gebhardt, Gase und Kohlenstoff in Metallen, Springer-Verlag, 1976, p 581–608
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Zurück zum Zitat E.J. Mittemeijer and J.T. Slycke, Chemical Potentials and Activities of Nitrogen and Carbon Imposed by Gaseous Nitriding and Carburizing Atmospheres, Surf. Eng., 1996, 12(2), p 152–162 E.J. Mittemeijer and J.T. Slycke, Chemical Potentials and Activities of Nitrogen and Carbon Imposed by Gaseous Nitriding and Carburizing Atmospheres, Surf. Eng., 1996, 12(2), p 152–162
10.
Zurück zum Zitat J. Wünning, C-Pegel und C-Strommesseung mit dem rechnergesteuerten Widerstandssensor, HTM J. Heat Treat. Mater., 1988, 43(5), p 266–270 J. Wünning, C-Pegel und C-Strommesseung mit dem rechnergesteuerten Widerstandssensor, HTM J. Heat Treat. Mater., 1988, 43(5), p 266–270
11.
Zurück zum Zitat R. Chatterjee-Fischer and O. Schaaber, Einge Betrachtungen zum Karbonitrieren im Gas, HTM J. Heat Treat. Mater., 1969, 26(2), p 108–110 R. Chatterjee-Fischer and O. Schaaber, Einge Betrachtungen zum Karbonitrieren im Gas, HTM J. Heat Treat. Mater., 1969, 26(2), p 108–110
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Zurück zum Zitat H.J. Grabke, Reaktionen von NH3, N2, H2 an der Oberfläche von Fe, I. Zur Kinetik der Nitrierung von Eisen mit NH3/H2-Gemischen und der Denitrierung. II. Zur Kinetik der Nitrierung von Fe mit N2 und der Desorption von N2, Berichte Bunsenges, Phys. Chem., 1968, 72(4), p 533–548 H.J. Grabke, Reaktionen von NH3, N2, H2 an der Oberfläche von Fe, I. Zur Kinetik der Nitrierung von Eisen mit NH3/H2-Gemischen und der Denitrierung. II. Zur Kinetik der Nitrierung von Fe mit N2 und der Desorption von N2, Berichte Bunsenges, Phys. Chem., 1968, 72(4), p 533–548
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Zurück zum Zitat G. Leyens, G. Woelk, and J. Wünning, Berechnung der Aufkohlung nach dem Sättigungs-Ausgleich-Verfahren, Archiv f.d. Eisenhüttenwesen, 1976, 47(6), p 385–390 G. Leyens, G. Woelk, and J. Wünning, Berechnung der Aufkohlung nach dem Sättigungs-Ausgleich-Verfahren, Archiv f.d. Eisenhüttenwesen, 1976, 47(6), p 385–390
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Zurück zum Zitat J. Slycke and T. Ericsson, A Study of Reactions Occurring During the Carbonitriding Process Part II, J. Heat Treat., 1981, 2(2), p 97–112 J. Slycke and T. Ericsson, A Study of Reactions Occurring During the Carbonitriding Process Part II, J. Heat Treat., 1981, 2(2), p 97–112
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Zurück zum Zitat A. Vital, Zur Darstellung von Blausäure aus Methan und Ammoniak; Diss. ETH, 1957 A. Vital, Zur Darstellung von Blausäure aus Methan und Ammoniak; Diss. ETH, 1957
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Zurück zum Zitat M.P. Elsner, C. Dittrich, and D.W. Agara, Adsorptive Reactors for Enhancing Equilibrium Gas-Phase Reactions—Two Case Studies, Chem. Eng. Sci., 2002, 57, p 1607–1619 M.P. Elsner, C. Dittrich, and D.W. Agara, Adsorptive Reactors for Enhancing Equilibrium Gas-Phase Reactions—Two Case Studies, Chem. Eng. Sci., 2002, 57, p 1607–1619
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Zurück zum Zitat U.-D. Hünicke and S. Möller, Auswertung der statischen Magnetisierungskurve zur Kontrolle von Gefüge- und Behandlungszuständen bei Stählen, Proc. DGZfP-Jahrestagung, U.-D. Hünicke and S. Möller, Eds, Berichtsband, 2003, p 83 U.-D. Hünicke and S. Möller, Auswertung der statischen Magnetisierungskurve zur Kontrolle von Gefüge- und Behandlungszuständen bei Stählen, Proc. DGZfP-Jahrestagung, U.-D. Hünicke and S. Möller, Eds, Berichtsband, 2003, p 83
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Zurück zum Zitat E. Fromm and E. Gebhardt, Gase und Kohlenstoff in Metallen, Springer-Verlag, 1976, p 581–608 E. Fromm and E. Gebhardt, Gase und Kohlenstoff in Metallen, Springer-Verlag, 1976, p 581–608
Metadaten
Titel
Independently Controlled Carbon and Nitrogen Potential: A New Approach to Carbonitriding Process
verfasst von
Karl-Michael Winter
Publikationsdatum
01.07.2013
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Engineering and Performance / Ausgabe 7/2013
Print ISSN: 1059-9495
Elektronische ISSN: 1544-1024
DOI
https://doi.org/10.1007/s11665-013-0556-5

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