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Eisen-und Stahllegierungen.
Die Erfindung betrifft Eisen-und Stahllegierungen, welche Eisen, Silizium, Chrom und Kohlenstoff enthalten und eine ausserordentliche Oberflächenbeständigkeit besitzen, d. h. sehr widerstandsfähig gegen Veränderung oder Zerstörung sind, wie solche bei gewöhnlichem Stahl, beispielsweise durch Beiz-, Oxydations, Ätz-u. dgl. Mittel, veranlasst wird.
Der Hauptbestandteil der Legierungen ist Eisen, von welchem das Material bezüglich Stärke und Billigkeit abhängig ist. Eine der Wirkungen des Chroms bei seiner Vereinigung mit Eisen besteht, wie längst bekannt ist, darin, dass es das Material beständiger bzw. widerstandsfähiger gegen Zerstörung, z. B. Oberflächenanfressen, macht, doch besitzt Chrom, wenn es im wesentlichen oder ganz allein als Legierungsmaterial für Eisen benutzt wird, verschiedene Nachteile. Chrom und Eisen legieren sich nicht gut zusammen ; auch werden ungleiche und unregelmässige Wirkungen erzeugt. Aus einer und derselben Schmelze einer solchen Chrom-Eisen-Legierung hergestellte Gegenstände besitzen oft weit voneinander abweichende Eigenschaften.
Chrom-Eisen-Legierungen neigen oft zu Rotbrüchigkeit, woraus sich Risse, Fehler und Brüche ergeben, und schütten schlecht ab, wenn sie auf Temperaturen erhitzt werden, die zum warmen mechanischen Bearbeiten erforderlich sind. Die Kohlenstoffmenge, die in einer Chrom-EisenLegierung vorhanden sein kann, ohne einen wesentlichen Verlust an Beständigkeit oder Widerstandsfähigkeit gegen Zerstörung herbeizuführen, ist sehr begrenzt.
Bei den Eisen-Silizium-Chromlegierungen gemäss der Erfindung sind derartige Nachteile auf ein Mindestmass herabgesetzt.
Die Erfindung besteht darin, dass die Legierungen etwa 0-05 bis 1-0% Kohlenstoff, 3 bis 11-5% Chrom und 8 bis 0-8% Silizium enthalten, wobei die Menge von Chrom und Silizium zusammen weniger als 13% und mehr als das Zehnfache der Kohlenstoffmenge beträgt.
Von den bekannten Eisen-Silizium-Chromlegierungen, bei welchen die Mengen von Eisen, Chrom und Silizium z. B. im Verhältnis 15 : 5 : 1 stehen, unterscheiden sieh die Legierungen gemäss der Erfindung vor allem durch den geringeren Gehalt an Chrom, was einen wirtschaftlichen Vorteil bedeutet und der Legierung ein grösseres Anwendungsgebiet erschliesst.
Die Legierungen gemäss der Erfindung stellen im wesentlichen homogene Legierungen dar, die frei von lästigen Ungleichmässigkeiten und Unregelmässigkeiten sind, eine hohe Oberflächenbeständigkeit besitzen und gut bearbeitet werden können.
Legierungen von vorliegender Zusammensetzung sind praktisch fehlerlos und widerstandsfähig gegen Anfressen u. dgl., wenn die Grundmasse durch Wärmebehandlung sich im Zustande fester Lösung befindet, doch kann sie durch Ätzmittel oder dgl. mehr oder weniger gut angegriffen werden, wem sie sich nicht in diesem Zustande befindet. Die Grundmasse wird in feste Lösung kommen durch Erhitzen des Materiales auf eine Temperatur zwischen 900 C und 12000 C, insbesondere zwischen 1000 C und
1100 C, und darauffolgendes Abkühlen in Öl, Wasser oder einem anderen geeigneten Mittel. Das ge- wünschte Resultat liefert z. B. eine Legierung, bestehend aus 8 bis 9% Chrom, 3. 5% Silizium und 0. 05%
Kohlenstoff, erhitzt auf 10400 C und in Öl abgekühlt.
Das erprobte Material kann für elektrische Heizelemente verwendet werden, wofür Temperaturen von ungefähr 700 C nötig sind. Der spezifische Widerstand einer solchen Legierung beträgt etwa
65 Mikrohms. Er steigt viel schneller bei Erhöhung des Siliziumgehaltes als bei Erhöhung des Chrom-
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gehaltes. Bedingt die Herstellung der elektrischen Heizelemente eine Zieh-oder Biegeoperation, so muss der Kohlenstoffgehalt niedrig bemessen werden. Ein höherer Kohlenstoffgehalt kann benutzt werden, wenn die Heizelemente durch Giessen oder dgl. hergestellt werden oder ein Kaltbiegen des Materiales nicht erforderlich ist.
Bei der Herstellung der vorliegenden Legierungen kann grosser Vorteil aus der Tatsache gezogen werden, dass Silizium zusammen mit Chrom in der Legierung vorhanden ist. Die Herstellung von Legierungen, die Chrom, aber nur wenig oder gar kein Silizium enthalten, erfordert Ferro-Chrom von grosser Reinheit, dessen Erzeugung sehr kostspielig ist. Es wurde gefunden, dass Silizium als gutes und billiges Reduktionsmittel bei der Herstellung des Ferro-Chroms für die vorliegenden Legierungen benutzt werden kann. Wird Silizium als Reduktionsmittel angewendet, so tritt es als Legierungskomponente in das geschmolzene Metall ein, so dass auf diesem Wege eine Ferro-Chrom-Silizium-Legierung billig hergestellt werden kann.
Die vorliegenden Legierungen besitzen ganz bestimmte Kühl- und Heizkurven, die zwei markierte
Umwandlungspunkte oder Stufen zeigen, von denen die obere bei der Erhöhung des Silizium-und Chromgehaltes oder bei der Erhöhung des Siliziumgehaltes allein ansteigt.
Eine wichtige Eigenschaft der vorliegenden Legierungen ist ihre hohe Widerstandsfähigkeit gegen schnelles Erhitzen oder Abkühlen. Werden sie z. B. zusammen mit einem Stück gewöhnlichen Kohlen- stoffstahles von gleichen Abmessungen in einen Ofen gelegt, so bleiben sie noch einige Zeit schwarz, nach- dem der gewöhnliche Stahl bereits auf Gelbglut erhitzt worden ist. Werden sie zur Herstellung von Geschützfutter u. dgl. benutzt, wobei die Oberfläche der Einwirkung von salpetrigen Dämpfen bei ausserordentlich hoherTemperaturfürkurzeZeitspannen unterworfen wird, was auf das Material sehr zerstörend wirkt, so gibt das vorliegende Material ausserordentlich gute Resultate, u. zw. ist es äusserst widerstandsfähig gegen Anfressen.
Infolge dieser charakteristischen Eigenschaft sind die vorliegenden Legierungen für eine Anzahl wichtiger Verwendungszwecke sehr geeignet, z. B. für Glührohr, Glühkästen und Gegenstände, die während langer Zeitspannen verschiedenen Temperaturen unterworfen werden. Infolge der wertvollen Eigenschaft des langsamen Erhitzens kann der Inhalt der Glühkästen u. dgl. viel gleichmässiger erhitzt werden als bei Verwendung von Legierungen oder Metallen, die bisher zu diesen Zwecken Verwendung fanden.
Die vorliegenden Legierungen besitzen auch die wertvolle Eigenschaft, dass sie für Gase von hoher Temperatur nicht leicht durchdringbar sind, so dass sie sich sehr gut für Apparate, wie Behälter für hocherhitzte Gase, eignen, die chemischen Reaktionen unterworfen sind, sowie für Rohre zum Schutze der thermoelektrischen Elemente von Pyrometern u. dgl., wobei es von grosser Wichtigkeit ist, hocherhitzte metallisches Material gegen Anfressen durch angreifende Gase zu schützen. Die vorliegenden Le- gierungen werden nach der Warmbehandlunginmerkbarem Masse von Salpetersäure, Essigsäure oder anderen organischen Säuren, sowie von Fruchtsäften u. dgl. nicht angegriffen.
In gewissem Masse werden sie aber angegriffen von Salzsäure, Schwefelsäure und Fluorwasserstoffsäure, besonders wenn diese Säuren verdünnt sind.
Barren und Klötze, die aus diesen Legierungen hergestellt sind, können bearbeitet werden, ohne dass praktisch irgend welcher Walzsinter gebildet wird. Die vorliegenden Legierungen sind so ausserordentlich widerstandsfähig gegen Oxydation, dass es sich bei der Kohlenstoffanalyse, wobei man Sauerstoff bei hoher Hitze darüber streichen lässt, als unmöglich herausgestellt hat, den Kohlenstoff durch Verbrennung herauszuholen ohne Zusatz eines Oxydes, z. B. Bleioxyd, so dass also eine chemische Einwirkung auf den Kohlenstoff erforderlich ist, während bei einer Legierung mit demselben Gehalt an Chrom, aber mit wenig oder gar keinem Silizium die genaue Bestimmung des Kohlenstoffes durch Sauerstoff vorgenommen werden kann, ohne dass man fremde Oxyde oder dgl. zu Hilfe zu nehmen braucht.
Die vorliegenden Legierungen eignen sich vorzüglich für eine ganze Reihe anderer Zwecke, z. B. für Ventile für Verbrennungskraftmaschinen, für flache Eisenplatten und Fundamente, Waschmaschinen, Propeller, Wasserrohre und Pumpen für frisches Wasser und Salzwasser, Kühlerrohre und Kühlerausrüstungen und ganz allgemein für Apparate, Apparaturen usw., die der Hitze, Feuchtigkeit, Dampf oder
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ausgesetzt sind.
Die vorliegenden Legierungen enthalten natürlich nebenbei kleine Prozentsätze von Metalloiden, wie Schwefel und Phosphor.