<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
Bei der thermischen Behandlung von Metallen oder Legierungen, sei es zur Veränderung des Gefüges, zur Härtung oder Reinigung der Oberfläche, ist es bekanntlich schwierig, die störenden Einflüsse des Luftsauerstoffes oder der Verbrennungsgase zu verhindern. Zu diesem Zwecke werden bisher die verschiedenartigsten Massnahmen angewendet, z. B. die Hitzebehandlung in einer die Luft ausschliessenden Gasatmosphäre, die Verwendung geschmolzener Salzbäder oder das Aufbringen von Überzügen aus bei höheren Temperaturen schmelzenden oder sinternden, vorwiegend Bor Verbindungen oder Silikate enthaltenden Stoffen.
Die Nachteile dieser bekannten Methoden bestehen darin, dass die Anwendung einer Gasatmosphäre kostspielige Spezialeil1Tichtungen erfordert, während es bei der Anwendung von Schutzstoffüberzügen schwierig ist, ein einheitliches, für die verschiedenen bei der Wärmebehandlung in Betracht kommenden Temperaturen und Werkstoffe geeignetes Material zu finden, zumal die bei höheren Temperaturen sinternden oder schmelzenden Stoffe schon eine nachteilige Beeinflussung der Metalloberfläehe durch Zutritt von Luftsauerstoff oder Verbrennungsgasen zulassen, bevor die zur Sinterung der Schutzstoffe erforderliche Temperatur erreicht ist.
Bei der Verwendung von Schutzstoffen, die bei niederer Temperatur schmelzen, tritt als störende Erscheinung auf, dass mit ansteigender Temperatur die Schutzschicht von den höhergelegenen Teilen herabfliesst und daher diese von neuem den äusseren Einflüssen zugänglich werden. Das Ergebnis ist dann eine ungleichmässige Beschaffenheit der bearbeiteten Werkstücke.
Gemäss der Erfindung gelingt es, bei der thermischen Eisen-und Stahlbehandlung nicht nur eine Oxydation der Metalloberfläche zu vermeiden, sondern auch einen Übergang von Kohlenstoff in das zu behandelnde Material zu erzielen, indem die Gegenstände vorher mit einer Paste oder einem Pulver aus einer Masse überzogen werden, welche neben den bekannten kohlenstoffabgebenden Stoffen und Alkalioder Erdalkaliverbindungen von organischen Säuren, einschliesslich der Kohlensäure, noch geringe Mengen feinverteilter Metalle der Eisengruppe, wie Nickel, Kobalt oder Eisen, in metallischer Form oder in Form von Verbindungen, welche bei der Zementiertemperatur durch die übrigen Bestandteile der Masse zu Metall reduziert werden, Alkalihydroxyd und Alkalisilikat enthält.
Als geeignete Verbindungen organischer Säuren mit Alkalien oder Erdalkalien haben sieh Oxalate, Acetate, Formiate und Karbonate sowie Gemische derselben als brauchbar erwiesen.
Stahl oder Eisen wird bisher bekanntlich in der Weise gehärtet, dass nach der formgebenden Bearbeitung Erhitzung und durch Eintauchen in kalte Flüssigkeit Abschreckung erfolgt. Häufig wird Stahl oder Eisen mit geringem Kohlenstoffgehalt zunächst einer Aufkohlung, auch Zementierung genannt, unterworfen. Das geschieht bisher meistens durch die sogenannte Einsatzhärtung, indem die zu härtenden Teile in kohlenstoffabgebenden Härtepulvern in Einsatzkästen sorgfältig verpackt und dann viele Stunden oder Tage lang einer ununterbrochenen Glühbehandlung ausgesetzt werden. Nach erfolgter Abkühlung werden die dem Einsatzkasten entnommenen Gegenstände von neuem erhitzt und in geeigneten Flüssigkeiten abgeschreckt und so der Schlusshärtung unterworfen.
Bei dieser Arbeitsweise verursachen das Verpacken der Werkstücke im Einsatzpulver und das erforderliche sorgfältige Verschmieren der Einsatzkästen hohe Kosten, zumal das Kastenmaterial schnell abgenutzt und verbraucht wird. Hiezu kommt noch der Aufwand für Härtepulver, Heizstoffe, Arbeitszeit und Arbeitslöhne. Die Wärmebehandlung erfolgt dabei bisher unter den denkbar ungünstigsten Bedingungen, weil einerseits das das Härtegut umgebende Härtepulver einen nahezu idealen Wärmeisolator darstellt, anderseits die dem Kastenrand oder den Kastenwänden näherliegenden Teile schon längst die erforderliche Temperatur und daher eine
<Desc/Clms Page number 2>
erhebliche Aufkohlung erfahren haben, bevor die im Inneren bzw. im Zentrum der Kästen liegenden Teile die Zementiertemperatur erreicht haben.
Die ungleichmässige Erwärmung verursacht erfahrungsgemäss ein starkes Verziehen der Werkstücke. Eine sorgfältige Temperaturkontrolle im Innern der einzelnen Kästen ist praktisch gleichfalls schwer durchführbar.
Um diesen Schwierigkeiten aus dem Weg zu gehen, hat man in neuerer Zeit vielfach das Zementieren in geschmolzenen, vorwiegend Cyanide enthaltenden Salzbädern ausgeführt. Auch diese aber erfordern, abgesehen von der hohen Giftigkeit der zur Verwendung gelangenden Salze, kostspielige Sondereinrichtungen und auch noch eine ausgedehnte Wärmebehandlung.
Bei Anwendung der vorliegenden Erfindung gelingt es, Stahl und Eisen in einem Bruchteil der bisher benötigten Zeit zu zementieren, u. zw. ohne dass Einsatzpulver oder Einsatzkästen benötigt werden.
Man braucht die zu härtenden Werkstoffe nur in die Paste bzw. in das Pulver einzutauchen und so mit einer entsprechenden Schichte behaftet der Wärmebehandlung auszusetzen, dann in glühendem Zustand
EMI2.1
abzuschrecken.
Die Masse kann mit einer geeigneten Flüssigkeit zu einer Paste angeteigt werden, von welcher ein Überzug auf die zu härtenden Werkstücke durch Eintauchen oder durch Aufstreichen aufgebracht wird.
Die Masse kann aber auch in Form eines trockenen Pulvers zur Anwendung gelangen, indem die Werkstücke in glühendem Zustande in diesem Pulver gewälzt werden.
Die Werkstücke aus Stahl oder Eisen werden mit diesem Überzug der Paste oder mit dem anhaftenden Pulver in geeigneten Glühvorrichtungen bis über den oberen Umwandlungspunkt des betreffenden Werkstoffes erhitzt. Sie werden je nach der gewünschten Stärke der Härteschichte entsprechende Zeit auf dieser Temperatur gehalten und aus dieser Temperatur direkt einem Tauchbad von gewöhnlicher Temperatur zugeführt. Als besonders geeignetes Tauchbad haben sich Auflösungen oder Suspensionen von Harzen oder Harzseifen, neben kohlenstoffhaltigen und stickstoffhaltigen Verbindungen in Gegenwart von Metallverbindungen, in vegetabilischen oder Mineralölen oder Gemischen beider erwiesen.
Im nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele für die Herstellung einer Paste oder eines Überzuges zur thermischen Behandlung von Metallwerkstüeken bzw. zur Anwendung der Erfindung gegeben, u. zw. als erstes Beispiel :
100 Gewichtsteile Koks, 20 Gewichtsteile Niekelhydroxyd, 15 Gewichtsteile Bariumoxalat, 15 Gewichtsteile Bariumformiat, 10 Gewichtsteile Strontiumkarbonat und 10 Gewichtsteile Kaliumhydroxyd werden innig gemischt und mit 150 Gewichtsteilen Wasser, welches 5% Leimstoffe gelöst enthält, zu einer Paste verrührt.
Zum Härten von Stahl und Eisen haben sich die nachfolgende Zusammensetzung der Paste und folgender Arbeitsvorgang als vorteilhaft erwiesen :
Die zu härtenden Werkstücke werden z. B. in eine Suspension von 100 Gewichtsteilen Koks, 12 Gewichtsteilen Kaliumoxalat, 12 Gewichtsteilen Bariumformiat, 3 Gewichtsteilen Kobaltoxalat, 2 Gewichtsteilen Nickelformiat, 10 Gewichtsteilen Natriumhydroxyd und 4 Gewichtsteilen Alkalisilikat in etwa 150 i ! Wasser getaucht, in einem Glühofen auf etwa 900-970 C erhitzt, auf dieser Temperatur 10-60 Minuten gehalten und hierauf in ein Tauchbad zur Abkühlung unter 7000 C gegeben, welches 100 leg vegetabilisches und 25 leg Mineralöl, 25 leg Perubalsam, 12 leg Alophansäureamid, 5 leg Oxamid,
2 kg Kobaltoxalat und 2 leg Nickeloxalat gelöst bzw. suspendiert enthält. Die dem Tauchbad entnommenen Werkstücke werden auf die übliche Härtetemperatur gebracht und aus dieser in Wasser oder Öl abgeschreckt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Paste oder Pulver zur Schnellzementierung von Stahlgegenständen, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse neben den bekannten kohlenstoffabgebenden Stoffen und Alkali-oder Erdalkaliverbindungen von organischen Säuren, einschliesslich der Kohlensäure, noch geringe Mengen feinverteilter Metalle der Eisengruppe, wie Nickel, Kobalt, oder Eisen, in metallischer Form oder in Form von Verbindungen, welche bei der Zementiertemperatur durch die übrigen Bestandteile der Masse zu Metall reduziert werden, Alkalihydroxyd und Alkalisilikat enthält.
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
In the thermal treatment of metals or alloys, be it for changing the structure, for hardening or cleaning the surface, it is known to be difficult to prevent the disruptive influences of atmospheric oxygen or combustion gases. A wide variety of measures have been used for this purpose, e.g. B. the heat treatment in a gas atmosphere excluding the air, the use of molten salt baths or the application of coatings from substances that melt or sinter at higher temperatures and contain predominantly boron compounds or silicates.
The disadvantages of these known methods are that the use of a gas atmosphere requires expensive special seals, while with the use of protective material coatings it is difficult to find a uniform material suitable for the various temperatures and materials to be considered for the heat treatment, especially those with Higher temperatures sintering or melting substances already allow a disadvantageous influence on the metal surface by the ingress of atmospheric oxygen or combustion gases before the temperature required for sintering the protective substances is reached.
When using protective substances that melt at a lower temperature, the annoying phenomenon is that, as the temperature rises, the protective layer flows down from the higher-lying parts and therefore these become accessible again to external influences. The result is an uneven texture of the machined workpieces.
According to the invention, it is possible not only to avoid oxidation of the metal surface during the thermal iron and steel treatment, but also to achieve a transition of carbon into the material to be treated by previously coating the objects with a paste or a powder from a mass which, in addition to the known carbon-releasing substances and alkali or alkaline earth compounds of organic acids, including carbonic acid, still small amounts of finely divided metals of the iron group, such as nickel, cobalt or iron, in metallic form or in the form of compounds, which at the cementing temperature by the others Components of the mass are reduced to metal, contains alkali hydroxide and alkali silicate.
Oxalates, acetates, formates and carbonates and mixtures thereof have proven useful as suitable compounds of organic acids with alkalis or alkaline earths.
It is known that steel or iron has hitherto been hardened in such a way that, after the shaping processing, it is heated and is quenched by immersion in a cold liquid. Often, steel or iron with a low carbon content is first subjected to carburization, also known as cementation. So far, this has mostly been done by so-called case hardening, in which the parts to be hardened are carefully packed in carbon-emitting hardening powders in plastic boxes and then subjected to an uninterrupted annealing treatment for many hours or days. After cooling, the objects removed from the insert box are heated again and quenched in suitable liquids and thus subjected to the final hardening.
In this way of working, the packaging of the workpieces in the insert powder and the necessary careful smearing of the insert boxes cause high costs, especially since the box material is quickly worn and consumed. Added to this are the costs for hardening powder, heating materials, working hours and wages. The heat treatment has hitherto been carried out under the most unfavorable conditions imaginable, because on the one hand the hardening powder surrounding the material to be hardened represents an almost ideal heat insulator, and on the other hand the parts closer to the box edge or the box walls have long since reached the required temperature and therefore a
<Desc / Clms Page number 2>
have experienced significant carburization before the parts lying inside or in the center of the boxes have reached the cementing temperature.
Experience has shown that the uneven heating causes severe distortion of the workpieces. Careful temperature control inside the individual boxes is also difficult to carry out in practice.
In order to avoid these difficulties, cementing has recently been carried out in molten salt baths, mainly containing cyanides. However, apart from the high toxicity of the salts used, these also require expensive special equipment and extensive heat treatment.
Using the present invention it is possible to cement steel and iron in a fraction of the time previously required, u. betw. without insert powder or insert boxes being required.
The materials to be hardened only need to be immersed in the paste or in the powder and thus exposed to the heat treatment with a corresponding layer, then in a glowing state
EMI2.1
to deter.
The mass can be made into a paste with a suitable liquid, from which a coating is applied to the workpieces to be hardened by dipping or brushing.
The mass can also be used in the form of a dry powder by rolling the workpieces in this powder while they are still glowing.
The workpieces made of steel or iron are heated with this coating of the paste or with the adhering powder in suitable annealing devices to above the upper transformation point of the material in question. Depending on the desired thickness of the hardness layer, they are kept at this temperature for a corresponding time and from this temperature they are fed directly to an immersion bath at an ordinary temperature. Dissolutions or suspensions of resins or resin soaps, in addition to carbon-containing and nitrogen-containing compounds in the presence of metal compounds, in vegetable or mineral oils or mixtures of both, have proven to be particularly suitable immersion baths.
In the following, exemplary embodiments for the production of a paste or a coating for the thermal treatment of metal workpieces or for the application of the invention are given, u. as a first example:
100 parts by weight of coke, 20 parts by weight of Niekelhydroxyd, 15 parts by weight of barium oxalate, 15 parts by weight of barium formate, 10 parts by weight of strontium carbonate and 10 parts by weight of potassium hydroxide are intimately mixed and mixed with 150 parts by weight of water, which contains 5% adhesives dissolved, to form a paste.
For hardening steel and iron, the following composition of the paste and the following process have proven to be advantageous:
The workpieces to be hardened are z. B. in a suspension of 100 parts by weight of coke, 12 parts by weight of potassium oxalate, 12 parts by weight of barium formate, 3 parts by weight of cobalt oxalate, 2 parts by weight of nickel formate, 10 parts by weight of sodium hydroxide and 4 parts by weight of alkali metal silicate in about 150 i! Immersed in water, heated in an annealing furnace to about 900-970 C, held at this temperature for 10-60 minutes and then placed in an immersion bath to cool down below 7000 C, which contains 100 legs of vegetable and 25 legs of mineral oil, 25 legs of Peruvian balsam, 12 legs of alophanic acid amide , 5 leg oxamide,
Contains 2 kg of cobalt oxalate and 2 legs of nickel oxalate dissolved or suspended. The workpieces removed from the immersion bath are brought to the usual hardening temperature and quenched from this in water or oil.
PATENT CLAIMS:
1. Paste or powder for rapid cementation of steel objects, characterized in that the mass, in addition to the known carbon-releasing substances and alkali or alkaline earth compounds of organic acids, including carbonic acid, also small amounts of finely divided metals of the iron group, such as nickel, cobalt or iron, in metallic form or in the form of compounds which are reduced to metal at the cementing temperature by the other constituents of the mass, containing alkali hydroxide and alkali silicate.