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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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