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erfahren zur thermischen Behandlung und Reinigung von Stählen oder sonstigen Metallen
Durch Warmbehandlung überziehen sich metallische Werkstoffe auf ihrer Oberfläche mit Oxydschichten. Diese Oxydschichtenbildungen werden von den verschiedenen Faktoren, welche bei der Warmbehandlung vorliegen, beeinflusst.
Die verschiedenen reagierenden Stoffe verursachen die mannigfaltigsten Zusammensetzungen und Beschaffenheiten der Schichten.
Ausser mechanische Wirkungen spielen bei der Entstehung der Oxydschichten bzw. Deckschichten der Metalle, welche als Filme verschiedenster Art an der Metalloberfläche betrachtet werden können, iluc unmittelbaren Umgebungen bei der Warmbehandlung eine wichtige Rolle. Sei es durch Glühen von Metallen in Schutzgas oder an der Luft, durch Glühen und anschliessendes Abschrecken in Wasser zwecks Härtung oder Ablöschens, z. B, austenitischer Stähle, oder in Öl, oder durch eine sonstige thermische Behandlung, immer treten an der Oberfläche Deckschichten in quantitativ oder qualitativ verschiedenster Zusammensetzung auf.
In Spezialfällen sind die Metalloberflächen nicht nur durch Oxydhäute verunreinigt, sondern auch mit Schlackenüberzügen behaftet. Letztere können durch verschiedene spezielle Verfahren auf die Metalloberfläche gelangen (z. B. durch
Auftragschweissen, herrührend von der Elek- trodenummantelung usw.).
Es ist daher bei der Ablösung von Deck- schichten sehr schwierig, mit wässerigen oder sonstigen gewöhnlichen Lösungsmethoden vor- zugehen, da das eine oder andere Lösungsmittel nur auf ein bestimmtes Oxyd oder einen be- stimmten Stoff der Deckschicht lösend wirkt bzw. damit in Reaktion tritt. Es verbleiben zumeist Rückstände, welche man infolge ihrer
Unlöslichkeit oder Reaktionsträgheit zuletzt doch durch Wasserston-bzw. Sauerstonabsprengung oder auf mechanischem Wege entfernen muss.
Als mechanische Mittel stehen Schleifen,
Bürsten, Kratzen, Sandstrahlen, Hohem usw. zur Verfügung. Es sind dies meist sehr kost- spielige Verfahren, welche äusserst komplizierte
Einrichtungen und viel Zeit beanspruchen.
In der Eisenhüttenindustrie versuchte man z. B. durch Schutzgasglühung ein nachträgliches
Verzundern zu verhindern, musste aber immer wieder Deckschichten, wenn auch in geringerem Ausmasse, feststellen, welche zumeist als das
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weise erfolgen. Unter einer teilweisen Lösung wird ein gitter-bzw. strukturzerstörendes Lösen der Deckschicht verstanden, derart, dass der Rückstand des Gitters bzw. der Gitterschuchten nur mehr locker haftet und leicht abgelöst werden kann. Ausserdem soll erfindungsgemäss die Umwandlung bzw. die Ablösung der Deckschicht bei Temperaturen erfolgen, bei welchen die Gitterarten sich in labilem Zustande befinden, d. h. wenn sich ihre Gitterkonstanten ändern (z.
B. von raumzentrischem Gittertyp auf Sachen- zentrischen Gittertyp umschlagen). In diesem Zustande ist die Deckschicht leicht angreifbar. Die Entfernung der restlichen lockeren Deckschicht kann mechanisch (z. B. durch kurzes Sandstrahlen) oder elektrolytisch durch kathodisches oder anodisches Schalten, d. h. durch Wasserstoff- oder Sauerstoffabsprengung in an sich bekannter Weise erfolgen.'
Bei Körpern, die tiefe Rillen besitzen und stark verzundert bzw. verschlackt sind, geht man am besten so vor, dass man diese Deckschichten chemisch im Schmelzfluss auflöst und die Werkstucke dann in einem zweiten Bad durch anodisches oder kathodisches Behandeln einer endgültigen Reinigung unterzieht.
Das anodische oder kathodische Behandeln hat lediglich den Zweck, im Schmelzfluss. durch Wasserstoff-oder Sauerstoffbildung die Absprengung herbeizuführen. Bei allen diesen Vorgängen ist es zweckmässig, die Temperatur, welche etwa zwischen 300 und 1200 C liegt, möglichst konstant zu halten, es sei denn es handelt sich um besondere Wärmebehandlungen.
Dieses Verfahren kann mit allen nachstehenden
Verfahren kombiniert werden.
Bei allen bisherigen Glüh-und anschliessenden Be1zverfahren liegen stets zwei voneinander getrennte Arbeitsphasen vor, nämlich ein Glühen bzw. eine thermische Behandlung und ein an- schliessendes Reinigen oder Beizen durch chemische oder physikalische Behandlung. Alle diese Verfahren erfordern besondere, voneinander unabhängige und gänzlich verschiedene Ein- richtungen.
Demgegenüber betrifft die Erfindung ein Ver- fahren, welches eine thermische Behandlung und eine gleichzeitige Beizung ermöglicht, u. zw. dadurch, dass das Beizbad gleichzeitig das wärme- ubertragendeMedium, welches die zur thermischen
Behandlung benötigte Wärme überträgt, bildet.
Die Werkstoffe, welche mit fast jeder Deck- schicht, wie Schlacke, Zunder, sonstige Oxyd- schichten, eingebrannte Ölkohle, Fette usw., behaftet sein können, werden nach dem er- findungsgemässen Verfahren auf chemischem oder elektrolytischem Wege, wobei das Ablösung- mittel oder der Elektrolyt eine Schmelze, eine
Flüssigkeit, ein sich daraus entvllckel tes Gas oaer ein Dampf (letztere nur als Lösung- wärmeübertragende Mittel) sogar ein fester Stoff oder ein Gemisch derselben sein kann, in einen thermischen behandelten, blanken, von jeder
Oxydschich : bzw.
Verunreinigung befreiten Zu- stand übergeführt bzw. ihre Deckschichten derart umgewandelt, dass sie sich durch ein kurzes anschliessendes Behandeln leicht auf mechanischem oder auf chemischem (mit verdünnten Säuren) oder elektrolytischem Wege ablösen lassen. Zweckmässig wird man beim Verfahren gemäss der Erfindung mit Schmelzgemischen oder schmelzflüssigen Elektrolyten oder in Kombination arbeiten. Das Verfahren gemäss der Erfindung kann als elektrochemisches Glühbeizverfahren bezeichnet werden.
Bei diesem Verfahren werden die thermischen Behandlungen der Werkstücke in Umgebung von flüssigen Schmelzen, festen Stoffen bzw. sich daraus entwickelnden Gasen oder Dämpfen bzw. von Elektrolyten bei kathodischer oder anodischer Schaltung durchgeführt. Es stellt somit das Lösungsmittel oder der Elektrolyt gleichzeitig das wärmeübertragende Medium dar, in welchem gleichzeitig mit oder vor der Reinigung die thermische Behandlung stattfindet. Es wird manchmal erforderlich sein, den Werkstoff ausserhalb des Lösungsmittels oder Elektrolyten auf eine bestimmte Temperatur zu bringen und eventuell auf dieser zu halten. Soll z.
B. ein Werkstoff, angenommen ein Stahl, zwischen Ara unu Ar1 geglüht werden, so wird nach dem erfindungsgemässen Verfahren der Werkstoff in ein Lösungsmittel oder einen Elektrolyten gebracht, von welchem er die zur Glühung erforderliche Wärme aufnimmt. Gleichzeitig wird das Werkstück als Kathode oder Anode geschaltet, so dass die Deckschicht eine Umwandlung erfährt, welche eine anschliessende, im gleichen Arbeitsgang stattfindende Ablösung, sei es durch Wasser oder Säuren, ermöglicht.
Das wesentliche dabei ist, dass das Werkstück die thermische Behandlung m emem Zustand verlässt, in welchem sich sämtliche Deckschichten (Zunder, Ölkohlerückstände usw. ), falls solche überhaupt noch an dem Werkstück haften, durch anschliessende Nassbehandlung sehr leicht entfernen lassen.
Eine Abart dieses Verfahrens besteht darin, dass die zur thermischen Behandlung nötigen
Wärmemengen dem Werkstück, welches dem Glühbelzprozess unterworfen werden soll, nicht oder nur teilweise aus dem Elektrolyten zugeführt werden, sondern dass dieselben durch ein ange-
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Gleich-oder Wechselstrom erfolgen kann (z. B.
Widerstands-odr Induktionsheizung).
Als Beispiel sei des Glühbeizen eines WalzwerkseTzeugnisses, wie z. B. Draht, nachstehend angeführt :
Der Draht durchläuft in kontinuierlichem Verfahren eine Schmelzflussbeizeinrichtung derart, dass der kathodisch oder anodisch geschaltete Draht eine Wechselstromüberlagerung erhält. Die Stärke des Wechselstromes ist derart bemessen, dass er dem Draht, der als Widerstand geschaltet ist, die nötige Temperatur verleiht. Dabei kann gleichzeitig die von dem Draht ausstrahlende Wärme zur Erhitzung bzw. Schmelzung des
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Elektrolyten herangezogen werden. Letzteres empfiehlt sich besonders für die elektrochemische Glühbeizung bei hohen Temperaturen (700 bis 1200 C), umsomehr, als dadurch der Werkstoff der Elektrolytwanne geschont werden kann.
Auch eine Induktionserhitzur g des zu behandelnden Werkstoffes ist möglich.
Der Werkstoff kann auch ausserhalb des Elektrolyten auf eine bestimmte Temperatur gebracht, gegebenenfalls auf derselben erhalten und darauf glühgebeizt werden.
Die Stromführung im Werkstück kann auch während des Glühbeizprozesses in mehreren Zonen erfolgen bzw. können die Stromüberlagerungen örtlich verschieden zugeführt werden und sind gegebenenfalls regulier-und verstellbar.
Nachstehend sind zur Vervollständigung bei- spielsweise erfindungsgemässe Glühbeizprozesse verschiedener Art angeführt. Die Beispiele sind durchwegs der Stahlindustrie entnommen, da gerade in dieser Industrie die Schwierigkeiten bei der Entfernung der Deckschichten nach den thermischen Behandlungen besonders gross sind ; sie haben aber auch für alle übrigen Werkstoffe bzw. Metalle, Metallegierungen usw. Geltung.
1. Vollständiges Glühen : Bei dieser ther- mischen Behandlung wird der Stahl auf eine
Temperatur nahe oberhalb des oberen Um- wandlungspunktes Acg erwärmt und auf dieser
Temperatur eine bestimmte Zeit gehalten ; hierauf langsam durch das kritische Temperatur- gebiet Arg bis Arl abgekühlt.
Wenige Minuten vor dem Abbrechen der Glühung
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fallenden Wasserstoff als Schutzgas zu verwenden.
Eine Mischung mit Luft ist natürlich zu vermeiden. Bei diesem Verfahren handelt es sich zumeist um die Entfernung des Walzzunders, da der Draht direkt von der Walzenstrasse zur Glühbeizung und anschliessenden Weiterverarbeitung, wie Ziehen usw., kommt.
3. Spannungsfreies Glühen : Beim spannungsfreien Glühen wird der Werkstoff meist unter 6500 C, immer jedoch unterhalb des unteren Umwandlungspunktes Aci erwärmt und nach längerem Halten auf dieser Temperatur einem anschliessenden langsamen Abkühlen unterworfen. Wie beim vollständigen Glühen wird man einige Minuten vor dem Erreichen des Schmelzpunktes des Elektrolyten die anodischen oder kathodischen Potentiale auflegen und weiter verfahren.
4. Härten : Beim Härten sind drei Gruppen zu unterscheiden :
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<tb>
<tb> a) <SEP> Ölhärtung,
<tb> b) <SEP> Wasserhärtung,
<tb> c) <SEP> Lufthärtung.
<tb>
a) Der Werkstoff wird je nach seiner Zusammensetzung und scinen gewünschten Eigenschaften aus Temperaturen ober-oder innerhalb des kritischen Temperaturgebietes Ag bis Al mit solcher Geschwindigkeit abgekühlt, dass örtliche oder durchgreifende erhebliche Festigkeits- steigerungen auftreten. Die Abkühlung erfolgt in Öl. Der Werkstoff wird z. B. zuerst elektro- chemisch glühgebeizt, insbesondere ein solcher mit sehr starker Verzunderung, oder nur gegluht ; darauf in Öl abgeschreckt und unterhalb eines bestimmten Temperaturpunktes ein zweites Mal kurz gluhgebeizt.
Dieser bestimmte Temperaturpunkt muss derart gewählt werden, dass die Härteeigenschaften des Stahles nicht beeinflusst werden. Die zweite Glühbeizung dauert lediglich einige Minuten ; darauf wird der Werkstoff wie beim vollständigen Glühen fertigbehandelt. b) Bei der Wasserhärtung wird der Stahl
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täglich wie beim vollständigen Glühen fertigbehandelt. Das Glühbeizen ist beim Vergüten von Walzwerkserzeugnissen von besonderem Vorteil.
7. Ablöschen von austenitischen Stählen : Die austenitischen, insbesondere hochlegierten Stähle müssen nach dem Glühen, das etwa bei 1050-1150 C erfolgt, rasch abgekühlt (abgelöscht) werden. Insbesondere der Temperaturbereich von etwa 700 bis 900 C muss rasch durchschritten werden (sonst interkristalline Korrosionsgefahr). Man wird für diese Behandlung die Stähle in einer Schmelze von 150 bis 400 C ablöschen, welche gleichzeitig die Deckschichten löst. Dabei muss die kritische Abkühlunggeschwindigkeit erreicht werden. Da bei diesem Ablöschen die Gittertypen der Deckschichten häufig labile Zustände erreichen, ist dieses Verfahren besonders zweckmässig, um hochlegierte, verzunderte oder mit sonstigen Deckschichten versehene Stähle nach dem Glühen beim Ablöschen blank zu erhalten.
Nach dem Ablöschen in der Schmelze erfolgt anschliessend ein rasches und leichtes Ablösen in Säure od. dgl. Letztere Verfahren können auch unter Auflegung eines elektrischen Potentials erfolgen.
Der jeweils angewendeten thermischen Be- handlung, sei es Glühen, Normalisieren, Ablöschen von austenitischen Stählen, spannungs- freies Glühen, Weichglühen, Härten oder Ver- guten von Einzelwerkstücken oder Walzwerks- erzeugnissen (Draht, Bänder, Bleche, Rohre, Profile usw. ), müssen sich die einzelnen Verfahren zweckmassig anpassen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur thermischen Behandlung und
Reinigung von Stählen und sonstigen Metallen, bei dem die aus oxydischen Verunreinigungen oder eingebrannter Kohle oder Schlacke be- stehenden Deckschichten zuerst durch eine thermische Behandlung weitgehend gelockert und sodann in an sich bekannter Weise mechanisch, chemisch oder elektrolytisch entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück auf eine solche Temperatur gebracht wird, bei der eine Gefügeänderung des Werkstoffes eintritt und die Kristallgitterkomponenten der Deckschichten sich in einem labilen Zustand befinden.