<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Wärmebehandlung von Stahl.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von Stahl in der Hitze und insbesondere auf die Behandlung von legierten Stählen, wie z. B. Werkzeugstählen.
Stahl und Gegenstände aus Stahl sind oft mangelhaft, weil der Kohlenstoff nicht gleichmässig durch die ganze Masse verteilt ist, sondern eine äussere Zone von entkohltem Stahl, eine innere mittlere Zone von perlitischer Natur und eine Zwischenzone von hochgekohltem Stahl sich vorfinden. Diese schichtenweise Ungleichmässigkeit der Struktur ist gewöhnlich von innerlicher Unbeständigkeit begleitet, in der bei gewalzten Stahlwaren, wie z. B. Schienen, die Ursache für die häufig auftretenden Schädigungen durch Runzelungen und übermässige Abnutzung beim Gebrauch zu suchen ist. Ein weiterer Übelstand, der häufig infolge der obenerwähnten Schichtenstruktur auftritt, ist das Verziehen des Stahlgegenstandes infolge innerer Drücke und Spannungen.
Es wurde gefunden, dass der Stahl durch die Wärmebehandlung nicht entkohlt wird und die schichtenweise, ungleichmässige Verteilung des Kohlenstoffes durch die ganze Masse hindurch sich nicht einstellt oder dass, wenn dies trotzdem vorkommen sollte, diese Erscheinung nur in viel geringerem Masse auftritt als bei der Wärmebehandlung in einer normalen Heizatmosphäre, wenn die schädliche Wirkung der Heizgase auf das Glühgut durch eine Mischung verhindert wird, die aus einem Erdalkalioxyd, wie Kalk, und einem kohlenstonhaltigen inerten. unverbrennlichen Material besteht, dessen Gehalt an freiem Kohlenstoff so gering ist, dass das Material nicht kohlend auf den Stahl einwirken kann.
Damit das kohlenstoffhaltige Material nicht kohlend auf den Stahl wirkt, darf es nur einen geringen Prozentsatz (z. B. etwa 10 % oder weniger) an freiem Kohlenstoff im Gemenge mit inerter und im wesentlichen unverbrennlicher Substanz enthalten. Für derartige Mischungen. die gute Ergebnisse liefern und nicht kostspielig sind, kommen Dampfkesselasche und Generatorasche sowie Kohlungsmischungen für Stahl in Betracht. die so lange benutzt worden sind, dass sie mehr oder weniger unbrauchbar für weitere Kohlung sind.
Es hat sich gezeigt, dass z. B. bei der Wärmebehandlung eines Stahlgussblockes in einer Wärmegrube in Anwesenheit einer Mischung der zwei obengenannten Reagentien, also einer Mischung von Ätzkalk und Kesselasche, der Gussblock nicht entkohlt wird und dass keine ungleichmässige Verteilung des Kohlenstoffes eintritt. Überdies hat sich herausgestellt, dass unter diesen Bedingungen das Gut in der Wärmegrube oder in einer andern Art von Öfen praktisch unbegrenzt lang verbleiben kann, jedenfalls viel länger als früher, ohne dass sich die ungünstige Wirkung der Überhitzung einstellt.
Es wurde gefunden, dass auch der Nachteil der Glühspanbildung in grossem Masse, wenn nicht gänzlich, vermieden wird und dass der Stahl, der unter den für die vorliegende Erfindung kennzeichnenden Bedingungen der Wärmebehandlung unterzogen wurde, im grossen und ganzen frei von Oxydation bleibt.
Es hat sich herausgestellt, dass es zur Erzielung der besten Erfolge wichtig ist, dass das Erdalkalioxyd in einem bestimmten Verhältnis zum kohlenstoffhaltigen Material steht. Die Mengenverhältnisse der zwei Bestandteile sollen solche sein, dass die Menge des verwendeten Oxyds 10-50 /o und die Menge des freien Kohlenstoffes lu-20 0/o der Gesamtmenge beider Anteile ausmacht.
<Desc/Clms Page number 2>
Es wurde auch gefunden, dass die Wirkung der Mischung erhöht werden kann, wenn man die Wärmebehandlung des Stahles in Gegenwart eines bei der herrschenden Temperatur unschmelzbaren, leicht oxydierbaren Materials, wie z. B. Abfall von Stahlplatten (Abfälle, die als Weissblech bekannt sind), Rollen von Stahldraht oder Stahlspiralen, Stahlabfälle irgendwelcher Art, wie Drebspäne, Feilspäne, mit Eisen vermischter Schleifstaub, vornimmt und diese Materialien in solcher Form verwendet, dass die oxydierbare Oberfläche im Verhältnis zur Masse des Materials verhältnismässig gross ist. Der Grad der Entkohlung und der Bildung von Glühspan scheint ungefähr proportional zur Metalloberfläche zu sein.
Deshalb vermindert eine scheinbare Vergrösserung der Oberfläche, wie sie durch ein Material der obengenannten Art hervorgebracht wird, den Grad der möglichen Oxydation des Stahles je Flächeneinheit und entsprechend auch die Höhe der Entkohlung.
Es ist anzunehmen, dass das vorliegende Verfahren auf gewissen chemischen Wirkungen zwischen den Ofengasen und den Bestandteilen des behandelten Stahles beruht. Es unterscheidet sich deshalb vom einfachen Ausglühen, Normalisieren, Veredeln u. dgl., welche Verfahren in der Regel nur auf Veränderungen physikalischer Natur beruhen. Dies wird aus folgendem klar werden.
Eine erhitzte Stahlmasse verhält sich mehr oder weniger wie ein durchlässiger Schwamm, und die Ofengase, durch welche der Stahl erhitzt wird, trachten in das Innere der Masse einzudringen und entweder dem Stahl einen Teil seines Kohlenstoffes zu entziehen, indem sie die Eisenkarbidverbindungen angreifen, oder Kohlenstoff abzugeben, der sich mit dem im Stahl enthaltenen Ferrit verbindet.
Es hat sich gezeigt, dass der Grad und die Intensität der Wirkung der Gase auf den Stahl zum grossen Teil von der Gegenwart gewisser Kohlenwasserstoffverbindungen der Gase bedingt werden, u. zw. hat sich ergeben, dass diese Kohlenwasserstoffe als Beschleuniger oder Katalysatoren in bezug auf die den Stahl angreifenden Bestandteile der Ofengase wirken. Es
EMI2.1
der Kohlenwasserstoffe der Gase als auch die Wirkung der den Stahl angreifenden Bestandteile verhindert oder jedenfalls vermindert werden kann, so dass Schienen oder andere Stahlwaren erhalten werden können, die frei sind von der Oxydation. Entkohlung und den andern obengenannten Nachteilen.
Die Menge der zur Verwendung gelangenden Stoffe- schwankt je nach der Art des zu behandelnden Stahles, insbesondere im Verhältnis zu seiner Oxydierbarkeit, dem Gewicht des Stahles in jedem einzelnen Ofen, der Oberfläche des Stahles, die den Gasen ausgesetzt ist. im Verhältnis zum Volumen der Gase, die in den Ofen eintreten, dem Bau des Ofens und schliesslich der chemischen Zusammensetzung der Ofengase selbst.
Da. alle diese Grössen veränderlich und in jedem einzelnen Falle von verschiedenem Einfluss sind, ist es praktisch unmöglich, eine Regel für die Menge der zu verwendeten Materialien anzugeben. In der Praxis fällt es dem das Verfahren überwachenden Arbeiter nicht schwer, durch Schätzung oder Versuch und Anpassung die richtigen Mengen zu bestimmen.
Überdies treten bei der Arbeit einzelne Kennzeichen auf, wie z. B. das Aussehen der Flamme an der Oberfläche und das Aussehen der Oberfläche überhaupt, die den Arbeiter darüber belehren, ob die Reagentien in hinlänglicher Menge vorhanden sind. Die Folge der Anwendung der genannten Reagentien ist eine reduzierende Atmosphäre im Ofen und deshalb wird im allgemeinen der Ofenraum erkennen lassen, ob, die Menge der verwendeten Reagentien ausreichend ist.
Als erschöpfte Kohlungsmischung eignet sich ein Kohlungsmittel. das ursprünglich aus 3 Teilen gepulverter Buchenholzkohle, 2 Teilen gepulverter Hornkohle und 2 Teilen gepulverter Tierkohle bestand und so ausgenutzt worden ist, dass es für weiteren Gebrauch als Kohlungs- mittel nicht mehr geeignet ist.
Im folgenden wird als Beispiel die Anwendung des Verfahrens auf Ingots für verschie- dene Zwecke angegeben.
Bisher ist es üblich, die Kokillen abzustreifen und die Ingots vor dem Walzen in Wärmegruben zu erhitzen. Die Zeit der Erhitzung in den Gruben schwankt von 6 bis 10 Stunden. je nach Bedarf. Hierauf geht der Ingot durch die Vorstreck-und Walzwerke, bis er den
EMI2.2
Boden und an der Spitze die rauhen Enden abgeschnitten werden, und schliesslich auf das Lager. Bei Anwendung des Verfahrens gemäss vorliegender Erfindung wurde eine Mischung von 1 Teil Kalk und 8 Teilen Kesselasche hergestellt, die ungefähr 10 % verbrennbaren Kohlenstoff enthielt. Diese Mischung wurde vor Verwendung durch zwei Tage trocknen gelassen und
EMI2.3
Boden des Wärll1eofens gestreut, bevor der letztere beheizt wurde. Auf die Oberfläche des so hergestellten Bettes wurden Drehspäne bis zur Höhe von weiteren 5 ein gestreut.
Beim Ein-
<Desc/Clms Page number 3>
führen jedes Ingots wurden vier Schaufeln voll der Mischung auf den Gusskörper gegeben, zugleich mit zwei Schaufeln von Drehspänen. Überdies wurde von der Mischung auch an den Rand der Gaszuführungen geworfen, so dass die eintretenden Gase durch diesen kleinen Haufen des Materials durchtreten mussten. Nach Beheizung unter diesen Bedingungen wurde der Ingot auf gewöhnliche Art weiter behandelt, nämlich durch die Vorstreck-und Walzwerke geschickt, an beiden Enden beschnitten und auf das Lager gelegt.
Der ungefähre Verlust an Gewicht zwischen dem Gussstück vor dem Einbringen in die Wärmegrnbe und dem fertigen Barren, einschliesslich der Abfälle, betrug vor Benutzung des vorliegenden Verfahrens ungefähr 4 %. Im folgenden werden beispielsweise zahlenmässige Angaben für Gusskörper gebracht, deren Behandlung gemäss vorliegender Erfindung erfolgt war.
Mittlerer Kohlenstoffstahl.
EMI3.1
<tb>
<tb>
Zustand <SEP> des <SEP> Zeit <SEP> in <SEP> den <SEP> Gewicht <SEP> beim <SEP> Gewicht <SEP> nach <SEP> dem <SEP> Walzen <SEP> Verluste
<tb> Gusskörpers <SEP> Wärmegraben <SEP> Bemerbeim <SEP> nach <SEP> Einlegen <SEP> kungen
<tb> Einlegen <SEP> Stunden <SEP> in <SEP> kg <SEP> Barren <SEP> Abfälle <SEP> Summe <SEP> in <SEP> kg <SEP> in <SEP> %
<tb> Kalt <SEP> 6#30 <SEP> 1821 <SEP> 1615 <SEP> 195 <SEP> 1810 <SEP> 11 <SEP> 0#59
<tb> Heiss <SEP> 10#20 <SEP> 1417 <SEP> 1312 <SEP> 97 <SEP> 1409 <SEP> 8 <SEP> 0#565 <SEP> Barren
<tb> Heiss <SEP> 10#- <SEP> 1400 <SEP> 1310 <SEP> 90 <SEP> 1400 <SEP> 0#0 <SEP> 0#0 <SEP> 150 <SEP> mm
<tb>
Überdies zeigte der so behandelte Stahl weniger Ingotfehler und war im ganzen von besserer Qualität.
Bei einem zweiten Versuche waren die der Wärmebehandlung unterworfenen Gegenstände Stahlfeilen. wobei der Zweck der Behandlung war, die Feilen zu härten.
Zuerst wurde eine Partie Feilen durch die gewöhnliche Behandlung in einem gasbeheizten Muffelofen gehärtet. Nach Beendigung der Behandlung zeigten die Feilen viel Glühspan und überdies örtliche Zonen von Entkohlung. Eine zweite Partie Feilen wurde dann in demselben gasbeheizten Ofen unter genau denselben Bedingungen, aber in Gegenwart einer Mischung von 2 Teilen Kalk und 3 Teilen ausgebrauchter Kohlungsmischung warm behandelt. die ungefähr 15 % freien Kohlenstoff bei Einführung in den Ofen enthielt und die in dem Ofen in Form eines etwa 15 CIl/. dicken Bodenbelages ausgebreitet war. worauf die Feilen auf dieses Bett gelegt wurden. Nach Beendigung des Härteverfahrens wurden die Feilen entfernt und erwiesen sich als richtig gehärtet, frei von Glühspan und von weichen Punkten, nämlich von entkohlten Stellen.
Die Erfindung erwies sich als besonders vorteilhaft bei der Wärmebehandlung von Panzerplatten. z. B. um sie zu härten und dichter zu machen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Stahl, wobei der Stahl in unmittelbarer Berührung mit Ofengasen erhitzt wird. dadurch gekennzeichnet, dass die schädliche Wirkung der Heizgase auf das Glühgut durch eine Mischung verhindert wird, die aus einem Erdalkalioxyd, wie Kalk. und einem kohlenstoffhaltigen inerten, unverbrennliehen Material besteht, dessen Gehalt an freiem Kohlenstoff so gering ist, dass das Material nicht kohlend auf den Stahl einwirken kann.