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Festigkeit verlieren, wenn sie hohen Temperaturen, selbst für längere Zeit, ausgesetzt werden, Es scheint, als ob sie nach dieser mechanischen und thermischen Behandlung einer interkristallinen Korrosion nicht unterliegen.
Wenn Gegenstände aus diesen Legierungen durch Warmbearbeitung hergestellt werden, kann das erwünschte feine Korn durch Regeln der Endtemperatur erhalten werden. Die Endtemperatur für jede Bearbeitung, welche im wesentlichen Deformation hervorruft, muss oberhalb der Temperatur liegen, bei welcher die Dehnbarkeit wesentlich vermindert wird, dagegen niedrig genug sein, um das erwünschte kleine Korn zu erhalten. Kohlenstoff-Chrom-Nickel-Eisen-Legierungen ohne sonstige Zusätze werden soweit als möglich nahe bei 980 C bearbeitet, Legierungen, die Zusätze, wie Silizium oder Molybdän, enthalten, bei einer etwas niedrigeren Temperatur. Die Endtemperatur soll jedoch nie höher als 1010 C sein.
Wenn die Korngrösse durch kaltes Bearbeiten verringert wurde und die Legierung dadurch zu hart und unbearbeitbar geworden ist, so dass eine Weiehmachungsbehandlung erforderlich ist, werden die Wiedererhitzungstemperatur und Zeit, während welcher die Erhitzung aufrechterhalten wird, so geregelt, dass kein wesentliches Wachsen des Kornes eintritt. Praktisch wird die erwünschte Beschaffenheit dieser Legierungen durch schnelle oder langsame Kühlung von einer Temperatur, die etwas über der Wieder- kristallisationstemperatur liegt, erzielt, d. h. von einer Temperatur von etwa 980 C und nicht wesentlich über 1010 C.
Die Verschlechterung von austenitischen Chrom-Nickel-Eisen-Legierungen, welche von der bisher gebräuchlichen höheren Temperatur abgelöscht wurden, beim Gebrauch bei hohen Temperaturen ist, soweit bekannt, eine Folge einer Karbidausfällung in den Korngrenzen. Die Karbidausfällung entsteht in diesen Legierungen ohne Rücksicht auf eine frühere Hitzebehandlung, wenn sie genügende Zeit hindurch auf Temperaturen zwischen 480 C und 9800 C erhitzt werden. Bei etwa 980 C fängt der Kohlenstoff als Karbidteilchen an, wiederum in Lösung zu gehen. Diese Temperaturgrenzen schwanken etwas mit Änderungen in der Zusammensetzung der Legierungen. Bei höherem Kohlenstoff-oder Siliziumgehalt beispielsweise steigt die Temperaturgrenze über 980 C und kann nach unten etwas unterhalb 480 C sinken.
Wenn die Korngrösse klein und der Kohlenstoffgehalt niedrig ist, verschlechtert die Karbidausfällung weder den Korrosionswiderstand noch die Dehnbarkeit der Legierungen in erheblichem Masse ; wenn aber die Korngrösse gross ist, dann hat selbst bei relativ niedrigem Kohlenstoffgehalt die Karbidausfällung eine sehr merkliche Wirkung, indem die Dehnbarkeit und der Widerstand gegen Korrosion erniedrigt werden. Je höher der Kohlenstoffgehalt ist, umso grösser sind diese Verluste. Die vor dem
Gebrauch der Legierung angewendete Temperatur der Wärmebehandlung bestimmt die Korngrösse und setzt die physikalischen Eigenschaften und Beschränkungen in der Anwendung der Legierung bei höheren Temperaturen dauernd fest.
Diese höheren Gebrauchstemperaturen liegen zwischen etwa 480 C und etwa 730 C, innerhalb welcher Spanne der grösste Verlust an Korrosionswiderstand entweder während oder nach dem Gebrauch entsteht. Über 730 C und bis zur obersten Grenze der Kohlenstoffausfällung werden die Legierungen nicht allgemein unter Bedingungen verwendet, die eine Aufrechterhaltung der Festigkeit und Dehnbarkeit erfordern. Die Wiedererhitzung innerhalb der Spanne von etwa 480 C bis 730 C oder selbst beträchtlich über 730 C beeinflusst nicht die Korngrösse und deshalb ändert sich nicht der Einfluss der anfänglichen Wärmebehandlungstemperatur auf die physikalischen Eigenschaften.
Sorgfältig ausgeführte Versuche zeigten, dass bei Legierungen dieser Klasse, wenn sie von einer Temperatur, die genügend hoch war, um den Kohlenstoff vollständig zu lösen, abgelöscht wurden und dadurch eine grobe Kornstruktur besitzen und dem korrodierenden Angriff bei einer Gebrauchstemperatur von annähernd etwa 480 C bis 730 C ausgesetzt werden, eine interkristalline Korrosion stattfindet, welche äusserst schädlich ist, indem sie mehr oder weniger tief in die Legierung je nach den Bedingungen eindringt und eine Sprödigkeit derselben und eine Zerstörung ihres Charakters und ihrer Verwendbarkeit verursacht. Im Gegensatz zu grobkörnigen Legierungen verliert kleinkörniges Material, wenn es auch einen geringen Korrosionsverlust unter den gleichen Bedingungen nach Gebrauch bei erhöhten Temperaturen aufweist, die Zusammenhaftbarkeit nicht.
Seine Korrosion ist relativ gering und auf die Oberfläche der Legierung beschränkt ; auch ihre charakteristischen Eigenschaften bleiben im wesentlichen unbeein- flusst. Ähnliche Resultate wurden beim praktischen Gebrauch dieser Legierungen beobachtet.
Ausgedehnte Versuche, die mit verschiedenen austenitischen Chrom-Nickel-Eisen-Legierungen der angegebenen Klasse gemacht wurden, und eigene Beobachtungen an diesen unter verschiedenen Bedingungen gebrauchten Legierungen zeigen klar, dass der Wert der Legierungen für den Gebrauch bei Temperaturen innerhalb der Karbidfällung, besonders wenn sie einem korrodierenden Angriff ausgesetzt sind, mit der Grösse des Korns und mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt vermindert wird. Um nun grosses Korn in den Legierungen zu vermeiden, darf eine Wärmebehandlung bei den hohen Temperaturen, wie sie für Legierungen, die für niedrige Gebrauchstemperaturen bestimmt sind, am besten geeignet sind, nicht angewendet werden. Die Grösse des Korns wächst stark an, wenn die Legierungen oberhalb 1035 C erhitzt werden.
Untersuchungen in Verbindung mit dieser Erfindung wurden zumeist mit Eisenlegierungen gemacht, die annähernd 0'06%Kohlenstoff, 18% Chrom und 9% Nickel, sowie etwa 0-35% Mangan und Silizium
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enthielten ; ähnliche Resultate wurden aber auch mit andern Legierungen der angegebenen Klasse und mit Chrom-Nickel-Eisen-Legierungen, die höhere Prozentgehalte an Chrom und Nickel enthielten, sowie mit andern korrosionswiderstandsfähigen Chrom-Eisen-Legierungen erzielt.
Die Erklärung für diesen verbesserten Korrosionswiderstand und die Beibehaltung der physikalischen Eigenschaften von feinkörnigen Legierungen bei höheren, insbesonders zwischen 480 C und 730 C gelegenen Gebrauchstemperaturen ist wahrscheinlich die folgende :
Bei einem bestimmten Kohlenstoffgehalt in der Legierung wird eine gewisse Menge von Karbidteilchen ausgefällt, wenn die beim Gebrauch vorherrschenden Temperaturen genügend hoch sind. Die Karbidteilchen sind meistens Chromkarbid, durch deren Ausfällung eine solche Menge Chrom aus der festen Lösung nahe der Korngrenzen entfernt wird, dass die benachbarten Teile nicht mehr korrosionswiderstandsfähig sind.
Bei grobkörnigem Material ist das Verhältnis des Ausmasses der Korngrenze gegenüber den Körnern relativ gering und selbst bei einem sehr niedrigen Kohlenstoffgehalt umgibt die Karbidbildung in den Korngrenzen praktisch vollständig die Körner ; die Entfernung des Chroms aus der festen Lösung macht aber die die Körner vollständig umgebenden Flächen nicht mehr korrosionwiderstandsfähig. Die Legierung unterliegt alsdann nicht nur einer Oberflächenkorrosion, sondern auch einer interkristallinen Korrosion, welche bis zu einem solchen Grade weitergehen kann, dass die Legierung vollständig unbrauchbar wird.
Wenn die Korngrösse aber gering ist, ist das Verhältnis der Grenze zu dem Korn selbst relativ gross, so dass, wenn die Menge des Kohlenstoffes in der Legierung genügend niedrig ist, die Karbidausfällung bei der Gebrauchstemperatur Körner ergibt, die vollständig von Karbidteilchen umgeben sind, die aber meist getrennt und weit voneinander entfernt sind, so dass der Korrosionswiderstand nur örtlich erniedrigt wird und eine interkristalline Korrosion überhaupt nicht stattfindet.
Ist die Korngrösse klein, so wird der Korrosionswiderstand, wie angegeben, durch die Karbidausfällung wohl etwas erniedrigt, aber die Verminderung der Korrosion ist verhältnismässig gering und im wesentlichen auf die Oberfläche des Materiales beschränkt ; das Material selbst leidet nicht durch interkristalline Korrosion, noch wird seine Dehnbarkeit ernstlich beeinflusst. Wenn die Körner jedoch gross sind, so wird bei einem ähnlichen Kohlenstoffgehalt die Dehnbarkeit wesentlich, sogar ohne dass ein Korrosionverlust stattgefunden hat, verringert.
Wenn der Kohlenstoffgehalt der Legierung zunimmt, so vermindert sich die gewünschte Korngrösse, d. h. das Verhältnis des Grenzausmasses zu der Menge der Karbidteilchen muss aufrechterhalten bleiben, sonst behalten selbst sehr feinkörnige Legierungen nicht ihre Eigenschaften bei erhöhten Gebrauchstemperaturen und Korrosionsbeanspruchungen. Der Kohlenstoffgehalt darf deshalb nicht so hoch sein, dass bei der kleinen Korngrösse, welche in der Praxis durch Behandlung der Legierung, wie oben beschrieben, erhalten werden kann, die Korngrenzen derart mit Karbidteilchen gefüllt werden, dass der Korrosionwiderstand der Legierung beim Gebrauch bei erhöhten Temperaturen zerstört wird. Im allgemeinen soll der Kohlenstoffgehalt nicht 0'15% übersteigen. In manchen Fällen jedoch ist es erwünscht, über diese Menge etwas hinauszugehen.
Wenn die Legierungen wesentliche Mengen beispielsweise von Silizium enthalten, so neigt das Silizium dazu, Deltaeisen zu bilden, was einen beträchtlichen Verlust an Korrosionwiderstand zur Folge hat ; dann kann ein Kohlenstoffgehalt, der etwas höher als 0'15% ist, erwünscht sein, um die austenitisch Phase beizubehalten.
Die Korngrösse der Legierungen kann durch Zusatz von Elementen, wie Vanadium, Molybdän oder Titan, geregelt werden. Es ist bekannt, dass diese Elemente, wenn sie austenitischen Chrom-NickelEisen-Legierungen in genügenden Mengen zugesetzt werden, ein Wachsen des Kornes in solchen Legierungen, die erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind, verhindern.
Die gebrauchten Ausdrücke Kleinkorn"und Feinkorn"beziehen sich auf austenitisch Legierungen, deren Korn unter allen entsprechenden Bedingungen grösser ist als das Korn von gewöhnlichem Kohlenstoffstahl und viel grösser als das Korn von Werkzeugstahl. Eine Legierung, die ein Korn von 0-0025 cm Durchmesser hat, ist als feinkörnig zu bezeichnen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Behandlung von niedriggekohlten austenitischen Chrom-Eisen-Legierungen oder Chrom-Nickel-Eisen-Legierungen zwecks Aufrechterhaltung des Korrosionswiderstandes und der Dehnbarkeit bei erhöhten Gebrauchstemperaturen von 480 C bis 7300 C, dadurch gekennzeichnet, dass man durch Warm-oder Kaltbearbeitung eine kleinkörnige Struktur in den Legierungen hervorruft und darauf die Legierungen von einer Temperatur zwischen 900 C und 10400 C schnell oder langsam abkühlt.