AT202176B - Verfahren zum Glühen von Stählen im Vakuum. - Google Patents

Verfahren zum Glühen von Stählen im Vakuum.

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steel
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Steirische Gussstahlwerke
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  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)

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  Verfahren zum Glühen von Stählen im Vakuum. 



   Beim Glühen von Stählen erzielt man das erwünschte Glühgefüge des Stahles durch entsprechende   Temperatur-und Zeitführung.   Schwieriger beeinflussbar sind die unerwünschten Reaktionen, die sich beim Glühen zwischen dem Stahl und der ihn umgebenden Atmosphäre abspielen und zu den Erscheinungen der   Zunderbildung und   Randentkohlung führen. Um diese Reaktionen in eine für den betreffenden Fall weniger schädliche Richtung zu lenken oder nach Möglichkeit ganz zu vermeiden, glüht man entweder offen, mit starkem Luftüberschuss oder Sauerstoffzusatz, also in oxydierender Atmosphäre, oder in möglichst dicht abgeschlossenen   Behältern,   z. B. in sogenannten Glührohren, mit oder ohne Zusatz sauerstoffbindender Mittel, also in schwach oxydierender oder reduzierender Atmosphäre.

   Es ist auch bekannt, im Schutzgas oder im Vakuum zu glühen. In Laboratoriumsarbeiten   wurde, der Einfluss   der Glühung im Hochvakuum lauf einzelne Stähle untersucht. 



   Stabstahl aus Stählen, bei denen sich eine Randentkohlung besonders schädlich auswirkt, wie z. B.   Werkzeugstähle   und   Kugellagerstahl, wird   fast durchwegs offen,   also'stark zundernd   geglüht. Dadurch wird eine Verminderung der Randentkohlung erzielt. Dieser Vorteil muss aber durch eine Reihe unangenehmer Nachteile erkauft werden. Der grosse erforderliche   Luftüberschuss   bedingt einen schlechten thermischen Wirkungsgrad bzw. eine schlechte Ausnützung der Brennstoffe und es entsteht ein Materialverlust durch   Abzündern, wo-   zu noch schlechte   Beizbar, keit   sowie Poren- und   Narbenlbildung   usf. kommen. 



   Stabstahl kleinerer Abmessung wird wegen der hohen Zunderverluste beim offenen Glühen zu- 
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 in Glührohren geglüht. Dadurcheine erhebliche Verminderung der Zunderung erzielt, jedoch eine starke   Randientkohhing   hervorgerufen, so dass später die entkohlte Randzone mit hohem Kostenaufwand durch Schleifen entfernt werden muss. Stähle in Form von Drahtringen werden vorzugsweise in Glühtöpfen, in leicht verdünnter Atmosphäre, geglüht. Auch bei diesem   Verfah-   ren kann aber eine, wenn auch schwache Randentkohlung und Verzunderung nicht vermieden werden. 



    Im Schutzgas kann zunder- und entkohlungs- frei geglüht werden. Dieses Verfahren hat aber   für das Glühen von gewalztem oder geschmiedetem Stabstahl und von gewalzten Stahldrahtringen eine Reihe von Nachteilen und wird daher nur in einzelnen wenigen Fällen praktisch angewendet. Zur   Schutzgasglübung   ist eine eigene Gaserzeugungsanlage erforderlich. Die vielen Stahlqualitäten, deren Zahl in einem Edelstahlwerk 200 und mehr   beträgt, bedingen   durch die verschiedenen Glühtemperaturen und Abkühlungsarten und durch den verschiedenen C-Gehalt des Glühgutes ein ständi- 
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 weiterer Nachteil besteht darin, dass eine von der   Warmverformung'herrührende Zunderschicht   bei der   Schutzgasglühung   reduziert wird und daher nicht mehr abgebeizt werden kann.

   Ohne Abbeizen dieser Schicht   sind aber Stahlstäbe   oder Walz-   drahtringe für   einen folgenden Kaltzug nicht geeignet. 



   Das Glühen im Vakuum, in luftdicht gesohlossenen und ausgepumpten   Behältern, z. B.   Retorten oder Töpfen, wird zum Blankglühen verschiedenste : Werkstücke, wie Form-und Stanzteilen, Stan-   gen, Pressteilen, Rohren,   Drahtringen, Bändern und Folien aus Metallen und auch aus Stählen mit niedrigem C-Gehalt oder austenitischen Cr-NiStählen mit   niedrigem C-Gehalt, vielfach ange-   wendet. 



   Die Erfindung bezieht sich nun auf ein Verfah-   ien   zum Glühen von   randentkohlungsempfindli-   chen Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt von über 0, 25% im Vakuum und besteht darin, dass ein Druck von nicht mehr als 0, 1 mm Hg aufrecht erhalten wird. Es hat sich gezeigt, dass bis zu dieser   Druckgrenze auch ! bei   besonders randentkohlungs-   cm. pfindHchen, hochgekohlten   Stählen, nicht nur ein Zunder, sondern auch eine Randentkohlung praktisch vollkommen vermieden werden kann, und es ergibt sich damit die Möglichkeit, das Verfahren 
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 senen Behältern, z. B. in Retorten oder Töpfen, bei dem genannten Druck von weniger als 0, 1 mm Hg durchgeführt. 



   Wenn es auch möglich ist, die   Glühung im   Vakuum bei jedem Wert unter 0, 1 mm Hg durchzuführen, so ist der Druck nach unten hin doch 

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 in der Praxis durch   wirtschaftliche Erwägungen   begrenzt und man wird einen Druck von 0, 001 mm Hg beim Glühen im technischen Massstabe kaum unterschreiten. 



   Die Glühtemperaturen, welche während der   Vakuumbehandlung   maximal erreicht werden, können in weiten Grenzen schwanken. Aus wirtschaftlichen Gründen und, da eine weitere Erhöhung der Temperatur ausser in speziellen Fällen keine weiteren Vorteile bringt, wird die Glühtemperatur im Vakuum im allgemeinen 900" C nicht über-   schreien.   



   Beim Glühen von   Stahlstäben oder Stahldrähten,   welche einen von der Warmformgebung herrührenden Zunder aufweisen, lässt sich bei keinem Glühverfahren, auch nicht bei der Glühung im Schutzgas eine Reaktion zwischen Zunderschicht und Stahl vermeiden. Diese Reaktion besteht darin, dass sich C aus dem Stahl mit dem Sauerstoff   dss   Zunders verbindet. Die Zunderschicht wird reduziert und dem Stahl wird C entzogen. Es ist daher allgemein, also auch beim Glühen im Vakuum zu empfehlen, den Zunder möglichst noch vor der   Glühung   zu entfernen. Durch Versuche konnte festgestellt werden, dass diese Reaktion zwischen Zunder und Stahl beim Glühen im Vakuum bei Drücken unter 0, 1 mm Hg nur in ausserordentlich geringem Masse stattfindet.

   Der Zunder wird also nicht oder nur so geringfügig reduziert, dass ein Beizen nach der Glühung noch möglich ist. 



  Dies bedeutet einen   grossen Vorteil gegenüber   dem Glühen im Schutzgas, insbesondere bei Stählen, die in naturhartem Zustand   beizempnndlich   sind 
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 können. 



   Dieser Vorteil ist bei rostfreiem Cr-Stahl von besonderer Bedeutung. Bekanntlich ergibt bei diesen Stählen ein   zum   Walz- oder Schmiedezunder noch hinzukommender Glühzunder grosse Schwierigkeiten beim Beizen, die   häufig zu   gänzlichem Ausschuss durch Beizporen oder Narben, oder zumindest zu einem schlechten Oberflächenaussehen führen. Glüht man diese Stähle jedoch im Vakuum, dann treten diese Schwierigkeiten nicht auf ; die Stähle lassen sich gleich gut beizen wie in naturhartem Zustand.

   Das erfindungsgemässe Verfahren 
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 gewalztem oder geschmiedetem Zustand, die bis   1, 5%   C, 10-30% Cr, bis 5% Ni, bis 5% Si, bis   5% Mn,   Mo, W, V, Co,   AI,   einzeln oder zusammen und   ferner, bis 2%   Ti, Niob, N und Cu enthalten, zwecks Vermeidung einer Randentkohlung und zwecks Erzielung einer guten Beizbarkeit nach dem Glühen. 



   Bei der   Schutzgasglühung wurde   bereits vorgeschlagen, den reduzierten Zunder nach der Glühung bei tiefen Temperaturen, bei denen keine Entkohlung stattfindet, durch Einblasen von Luft wieder zu oxydieren und damit eine beizbare Zunderschicht zu bilden. Dieses Verfahren führt aber, insbesondere bei den rostfreien   schwer-oxvdierba-   ren Cr-Stählen nicht zum Ziel.

   
Die Glühversuche im Vakuum haben ferner ge-   zeig., dass sich SchmiermittcJfilme   von Ziehfett oder 
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 stig auswirken, sondern nur einen leicht abwischbaren Belag   zurücklassen,   dass durch diese anhaftenden Schmiermittelfilme und durch direkten Zusatz von ölen   und flüssigen Brennstoffen   in die Retorten oder in die Behälter der Sauerstoffpartialdruck in den geschlossenen Gefässen noch weiter herabgesetzt und eine Entkohlung mit noch grö-   sserer Sicherheit   vermieden werden kann, dass es sich ferner als vorteilhaft erweist, bei kaltgezogenem oder geschliffenem Material, das nach dem   Glühen kalt weitergezogen werden   soll und dessen Ziehfähigkeit an und für sich schlecht ist, wie z.

   B. bei Schnellarbeitsstählen oder hochgekohlten Werkzeugstählen absichtlich, nach Beendigung der Haltezeit der   Vakuumglühung   und nach Abkühlung auf eine Temperatur, bei der keine Entkohlung mehr stattfinden kann, eine Zunderschicht dadurch zu erzeugen, dass man in die Retorten oder Töpfe Luft einströmen lässt. Der so gebildete Zunder ist sehr dünn, leicht beizbar und ruft nach dem Beizen eine Aufrauhung der Oberfläche hervor welche die   Haftfähigkeit   der Schmiermittel für   den Iweiteren Kalt2lug   und damit die Ziehbarkeit des Stahles wesentlich verbessert. 



   Es hat sich gezeigt, dass in solchen Fällen, wo von vornherein   Ran'dentkohlungen,   z. B. durch das Warmwalzen verursacht, in solchem Ausmasse vorliegen, dass sie durch die Nachdiffusion aus dem Kern während der entkohlungsfreien Vaku-   umglühung nicht   mehr ausgeglichen werden, eine an die Vakuumglühung anschliessende Glühbe- 
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 Atmosphäre zur Beseitigung dieser Randentkohlungen angewendet, werden kann. Diese reduzierende Atmosphäre kann durch Einspritzen von Ölen oder Fetten in den   Glühbehälter   und deren Verdampfung oder in an sich bekannter Weise durch Ein-   hohen   eines entsprechend zusammengesetzten Gases erzeugt werden.

   Während dieser aufkohlenden Glühbehandlung bleibt die Absaugung durch die Vakuumpumpe unterbrochen oder nur so schwach eingestellt, dass eine gewisse Umspülung des   Glühgutes durch   die Gase oder Dämpfe erfolgt. 



   Nach Beendigung der   aufkoihlend1en GQühbe-   handlung kann die   Abkühlung   des   Glühgutes   entweder in   der reduzierenden Atmosphäre   oder nach Absaugung dieser wiederum in Vakuum erfolgen. Letztere Methode bietet den Vorteil, dass Russoder Teerabscheidungen aus den aufkohlenden Gasen oder Dämpfen, die mit Sinken der Temperatur auftreten   können, vermieden werden. Es ist   grundsätzlichauchmöglich, dieaufkohlendeGlühbehandlung auch vor oder innerhalb der Vakuum-   glühung durchzuführen.    



   Einige   Ausführungsformen   des erfindungsgemäss- ssen Verfahrens sind in den folgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. 



     Beispiel I : Von   drei unlegierten Stählen mit   1, 24%, 1, 01%   und 0, 71% C wurden vollkommen 

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 randentkohlungsfreie und blanke Proben im Dilatometer mit Vakuumeinrichtung bei 750", 800 , 850  und 950  mit je drei Stunden Haltezeit ge-   glühc.   Bei diesen Versuchen wurde ständig ein Vakuum in den Grenzen von 0, 005 bis 0, 010 mm Hg gehalten. Die Untersuchung der geglühten Stäbe erfolgte mikroskopisch und durch C-Analyse von Spänen, die in Stufen von je 0, 1 mm Tiefe abgedreht wurden. 



   Bei allen Proben dieser Versuchsreihe konnte keine Spur von Randentkohlung festgestellt werden. Nur in einem einzigen Fall, bei dem Stahl mit 0, 71% C und 750  Glühtemperatur, ergab sich eine Differenz von   0, 04% C zwischen   erster Randstufe und Kern. 



     Beispiel 2 :   In gleicher Weise, jedoch mit betriebsmässigen Haltezeiten, wurden Proben eines Kugellagerstahles, zweierlegierterWerkzeugstähle,   eines unlegierten Baustahles und   von drei rostfreien Cr-Stählen mit verschiedenen C-Gehalten 
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Die Ergebnisse waren folgende :1,52% Cr, betrugen nach einer Glühung bei 770  C und 8 Stunden Haltezeit die Randkohlenstoffgehalte in den Stufen :

   bis   0,     1 0,1#0,2 0,2#0,3 0,3#0,4 mm     1, 01 1, 02 1, 02 1, 01   % C, bei einem Werkzeugstahl mit 1, 02% C, 1, 11% Mn,
1,14% Cr, 1,00% W nach einer   Glühung bei 7700   und 8 Stunden Haltezeit   0, 99 1, 02 1, 01 1, 02   % C, bei einem legierten Werkzeugstahl mit 1, 10% C, 0, 12% Cr, 1, 12% W nach einer Glühung bei   7700 und   8 Stunden Haltezeit   1, 09 1, 10 1, 10 1, 10   % C, bei einem unlegierten Baustahl mit 0,43% C, 
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62%14, 53% Cr,   0, 96% Ni + Mo +Co   nach einer Glühung bei   840  C   und 6 Stunden Haltezeit   0, 94 0, 95 0, 94 0, 95 % C,    bei einem rostfreien Cr-Stahl mit 0, 41 % C, 14, 06% Cr nach einer Glühung bei 840 C und 6 Stunden Haltezeit   0, 41 0,

   42 0, 41 0, 41   % C, bei einem rostfreien Cr-Stahl mit 0, 33% C, 
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   Aus diesen Beispielen ist ersichtlich, dass auch bei betriebsmässigen, langen Haltezeiten praktisch keine Randentkohlung auftritt. 



   Beispiel 3 : In gleicher Weise wie nach Beispiel 2 wurden die drei bereits genannten rostfreien Stähle, jedoch mit verzunderter Oberfläche, im Vakuum von 0,01 mm Hg und 0, 1 mm Hg ge-   glüht. Bei   diesen Glühungen treten ebenfalls keine Randkohlenstoffverluste auf. Bei nachträglichem Beizen der Stäbe ergaben sich keinerlei Schwierigkeiten. Die Proben liessen sich gleich gut beizen wie in naturhartem Zustand. 



     Beispiel 4 :   Bei Parallelversuchen, die mit den gleichen Stählen und unter den gleichen Be-   dingungen   wie bei Beispiel 1 und   2,   jedoch bei Vakuum-Werten von 0, 1 und 1 mm    Hg durchge-     führt   wurden, ergaben sich bei einem Vakuum von 0, 1 mm Hg Randkohlenstoffverluste, die innerhalb der ersten Stufe mit 0,1 mm Tiefe in den Grenzen von   0, 05%   bis 0, 09% C lagen. Obwohl diese Verluste in den meisten Fällen ohne Bedeutung sind und vernachlässigt werden können, zeigen sie doch deutlich an, dass bei diesem Vakuum-Wert eine Grenze erreicht wurde, die nicht überschritten werden soll. 



   Bei den Glühversuchen mit einem Vakuum von   1 mm   Hg stiegen die C-Verluste durchwegs über   0, 1% C bis   zu Werten von   0, 37%   C. 



   Die gleichen Randkohlenstoffverluste ergaben sich bei einem grösseren, praktischen Glühversuch 
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 legierter und unlegier-Glühofen üblicher Bauart, welcher normalerweise für das   Blankglühen   von Metallteilen und Teilen aus niedrig gekohlten Stählen (Blechteilen) verwendet wird. 



   PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Glühen von randentkohlungsempfindlichen Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt von über 0, 25% im Vakuum, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck von nicht mehr als 
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Claims (1)

  1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Glühprozess in den Glühbehälter an sich bekannte Zusätze von bei erhöhter Temperatur verdampfenden und zumindest zum Teil verbrennenden Stoffen, wie flüssige Brennstoffe, öle oder Fette, eingebracht werden.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigen Brennstoffe, öle oder Fette erst im Anschluss an die Vakuum- glühung in den Glühbehälter eingebracht werden, EMI3.6 zierendebzw. aufkohlendeAtmosphärebilden.
    4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die Vakuum- glühung reduzierende bzw. aufkohlende Gase oder Dämpfe in den Glühbehälter eingeleitet werden.
    5. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf rostfreie hoch Cr-legierte Stähle in gewalztem oder geschmiedetem Zustand, die bis 1, 5% C, 10-30% Cr, bis 5% Ni, bis 5% Si, bis 5% Mn, Mo, W, V, Co, Al einzeln oder zusammen und ferner bis 2% Ti, Niob, N und Cu enthalten.
    6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf Stähle, die in naturhartem, also in walz-oder schmiedehartem Zustand beizempnn. dlich sind und daher beim Beizen zur Rissbildung neigen, mit der Massgabe, dass diese zuerst in einem beliebigen Glühofen oder in einem Vakuumglühofen bei niederer Temperatur bis maximal 6500 C vorge- glüht, anschliessend entzundert und schliesslich im <Desc/Clms Page number 4> Vakuum bei Drücken unter 0, 1 mm Hg endge- EMI4.1 Stahl-- gabe, dass diese der Glühung unter einem Druck von weniger als 0, 1 mm Hg unterworfen und hiezu zum Zwecke einer Verbesserung der Kaltziehbarkeit nach Beendigung der Haltezeit nicht vollständig, sondern nur bis zu Temperaturen von höchstens 7000 C bis 5000 C in Vakuum und anschliessend in Luft abgekühlt werden.
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