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Salzbad zur Warmbehandlung von Schnell- oder Gesenkstählen
Die Erfindung betrifft ein Salzbad und ein Verfahren zur Warmbehandlung von Schnelloder Gesenkstählen.
Bei der Warmbehandlung von Stählen ist es oft erwünscht, Salzbäder anzuwenden, welche dem eingesetzten Stahlgegenstand Kohlenstoff weder zusetzen noch entziehen. Es ist bekannt, für die Behandlung von Schnell- oder Gesenkstählen Salzbäder anzuwenden, die Erdalkalichloride und gegebenenfalls auch Alkalichloride und/oder Fluoride und keine Kohlenstoffverbindungen enthalten, welche das zu behandelnde Metall aufkohlen könnten. Die bei der Anwendung derartiger Salze oder Salzgemische zur Anwendung gelangenden Temperaturen erstrecken sich von 950 bis 13500 C, wobei entsprechend dem besonderen Bereich der erforderlichen Betriebstemperaturen verschiedene Salze oder Salzgemische verwendet werden.
Die schmelzflüssigen Bäder können jedoch nach einigen Stunden den in das Bad eingesetzten Gegenständen Kohlenstoff entziehen, was auf die Eigenschaften des Metalls einen schädlichen Einfluss ausübt. Wenn ein derartiger entkohlter Stahl zwecks Härtung erhitzt und abgeschreckt wird, zeigt es sich, dass dessen Oberflächenschichte weicher als die darunterliegende Schichte ist. In vielen Fällen ist es nicht möglich oder zulässig, diese weichere Schichte, ohne dabei die Lebensdauer des zu behandelnde Werkstückes oder Werkzeuges zu beeinträchtigen, zu entfernen.
Es wurden bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen, um derartige, Kohlenstoffverbindungen nicht enthaltende Bäder längere Zeit hindurch verwendbar zu machen, ohne dass sie entkohlend wirken. Bekannt sind z. B. Badzusätze, bestehend aus Silizium oder Kieselsäure, und gegebenenfalls auch Borax, Karborundum oder Titanoxyd. Auch wurde schon vorgeschlagen, geschmolzenes Bariumchlorid als wenigstens einen Bestandteil des Bades bei einer Badtemperatur von 1100 bis 1350 C zu verwenden, wobei jedoch bei einer täglichen Betriebszeit von 9 Stunden etwa 1 Stunde lang eine Kohleelektrode in das Bad eingesetzt werden muss.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass alle diese Verfahren Mängel aufweisen und trotz der verschiedenen Zusätze eine Entkohlung stattfindet.
Es wurde nunmehr gefunden, dass der Gefahr einer Entkohlung in als wenigstens einen Bestandteil Erdalkalichloride enthaltenden Härtebädern entgegengewirkt werden kann, indem dem Bad eine geringe Menge eines Regenerators, bestehend aus Magnesiumborat allein oder aus Magnesiumborat und Silizium und/oderKieselsäure, zugesetzt wird. Ferner wurde festgestellt, dass die Satzbildung bei den erfindungsgemäss zusammengesetzten Bädern sehr gering ist.
Gemäss vorliegender Erfindung setzt sich demnach ein Salzbad zur Warmbehandlung von Schnell- und Gesenkstählen aus Erdalkalihalogeniden und gewünschtenfalls Alkalimetallhalogeniden sowie 0, 25-5% eines aus Magnesiumborat allein oder aus Magnesiumborat und Silizium und/oder Kieselsäure bestehenden Regenerators zusammen, wobei obiger Prozentsatz auf das Gesamtgewicht des Bades bezogen ist.
Als Salzbestandteile der erfindungsgemässen Bäder kann Bariumchlorid allein oder können Bariumchlorid und Alkalihalogenide eingesetzt werden. Vorteilhafterweise weisen die Alkalihalogenide enthaltenden Bäder einen Gehalt von bis zu 5 Gew.-% Alkalichlorid oder Alkalifluorid auf. Brauchbare Ergebnisse können auch bei grösseren Anteilen an Metallhalogeniden erzielt werden, jedoch tritt hiebei häufig eine verstärkte Rauchentwicklung ein.
Bei Anwendung eines Bades mit einem Magnesiumboratgehalt von bis zu 5% werden befriedigende Ergebnisse erzielt, wobei auch wesentlich weniger als 5% Magnesiumborat verwendet werden können. Der Anteil des zuzusetzenden Regenerators hängt von den Arbeitsbedingungen sowie von der Menge der im Bad zu behandelnden Gegenstände ab. Im allgemeinen können gute Erfolge erzielt werden, wenn dem Bad 1-2, 5%, vorzugsweise 2% Magnesiumborat, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bades, zugesetzt werden.
Wenn, was der Fall sein kann, die mit einem geringeren Gewichtsanteil an Magnesiumborat, z. B.
1%, erzielten Ergebnisse nicht so günstig sind wie die mit einem 2% Gewichtsanteil erhaltenen Resultate, erweist sich die Zugabe von Silizium oder Kieselsäure als besonders günstig. Vorteilhafterweise wird bei Verwendung von etwa 1% Magnesiumborat nicht mehr als eine gleiche
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Menge Kieselsäure oder ein nicht mehr als der Hälfte dieser Menge entsprechender Anteil an Silizium dem Bad zugesetzt.
Die anzuwendenden Betriebstemperaturen hängen von der jeweiligen Zusammensetzung der in den Bädern enthaltenen Salze und im besonderen von den zu behandelnden Stählen ab. Jedoch wird im allgemeinen bei Verwendung von Salzbädern gemäss vorliegender Erfindung eine Temperatur von 950 bis 13508 C angewendet werden.
Die nachstehenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung. Die angeführten Prozente sind Gel.-%.
Beispiel 1 : Einetwa31, 5kgBariumchlorident- haltendes Salzbad wurde durch 10 Tage hindurch 8 Stunden täglich auf einer Temperatur von 1250 bis 13000 C gehalten. Die entkohlende Wirkung des Bades wurde durch tägliches Eintauchen eines Probestückes Schnellstahl für 5 Minuten bei einer Temperatur von 1280'" C und anschlie- ssendes Abschrecken und Oberflächenhärteprüfung mittels eines Vickers-Härtemessers bestimmt. (Die Eintauchzeit von 5 Minuten übersteigt bei weitem die für das vollkommene Härten einer Stahlprobe erforderliche Zeit von einer Minute).
Die Stahlanalyse war folgende :
EMI2.1
<tb>
<tb> Kohlenstoff <SEP> 0, <SEP> 65-0, <SEP> 75os <SEP>
<tb> Wolfram <SEP> 18, <SEP> 0% <SEP>
<tb> Chrom................. <SEP> 4,0%
<tb> Vanadium.............. <SEP> 10,%
<tb>
Die Methode der Messung der Entkohlung von Schnellstählen mittels Härteprüfung wird wegen der grösseren Genauigkeit gegenüber den früher angewendeten Messmethoden bei nur teilweise entkohlten Stählen den metallographischen Methoden gegenüber vorgezogen. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass bei Schnellstählen selbst eine geringe Entkohlung schädlich ist, wenn der Härtung keine Nachbehandlung durch Schleifen folgt.
Demzufolge wurde jedes Probestück vor der Behandlung poliert, gewaschen und nach der Warmbehandlung leicht nachpoliert und mittels des Vickers-Härtemessers unter Belastung von 2, 5 kg geprüft.
In der nachstehenden Tabelle sind die Versuchsergebnisse zusammengefasst :
EMI2.2
<tb>
<tb> Vickers-Härte
<tb> Tag <SEP> (2, <SEP> 5 <SEP> kg <SEP> Belastung)
<tb> 1. <SEP> 789
<tb> 2.740
<tb> 3.636
<tb> 4.508
<tb> 5.437
<tb> 6.431
<tb> 7.340
<tb> 8. <SEP> 402
<tb> 9.260
<tb> 10.318
<tb>
Daraus ist zu ersehen, dass die Oberflächenhärte ziemlich regelmässig mit steigender Anwendungszeit fällt. Die Härtemasse sind ein Vergleichswert für das Ausmass der Entkohlung des behandelten Stahls.
Zu Vergleichszwecken wurde der obige Vorgang wiederholt, nur mit dem Unterschied, dass das Bad 9500 Bariumchlorid und 5" c'Magnesiumborat enthielt und mit Zugaben dieselbe Zusammensetzung aufrecht erhalten wurde.
Die Probestücke wurden, wenn nicht anders angegeben, für fünf Minuten bei einer Temperatur von 1280 C eingesetzt. Die erhaltenen Ergebnisse sind folgende :
EMI2.3
<tb>
<tb> Vickers-Härte
<tb> Tag <SEP> (25 <SEP> kg <SEP> Belastung)
<tb> 1. <SEP> 863
<tb> 2.856
<tb> 3. <SEP> 878*)
<tb> 4.789
<tb> 5.854
<tb> 6.840
<tb> 7.853
<tb> 8.828
<tb> 9.855
<tb> 10.832
<tb> 11.839
<tb> 12.831
<tb> 13. <SEP> 816 <SEP> *) <SEP>
<tb> 14. <SEP> 833 <SEP> *) <SEP>
<tb> 15. <SEP> 832 <SEP> *) <SEP>
<tb> 16.839
<tb> 17.848
<tb> 18. <SEP> 817
<tb> 19.831
<tb> 20.817
<tb> 21.840
<tb> 22.847
<tb> 23.811
<tb> 24.839
<tb> 25.
<SEP> 847
<tb> 26.839
<tb>
*) = Behandlungsdauer 1 Minute
Diese Ergebnisse zeigen eine weit grössere Oberflächenhärte des behandelten Stahlprobestückes und lassen erkennen, dass die Härten während der Behandlungszeit zufriedenstellend beibehalten werden.
Beispiel 2 : Ein aus 98% Bariumchlorid und ze Magnesiumborat bestehendes Salzbad wurde für 8 Stunden täglich über einen Zeitraum von 30 Tagen auf einer Temperatur von 1250 bis 1300 C gehalten. Ein Schnellstahl-Probestück, wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde täglich für 5 Minuten bei einer Temperatur von 12800 C eingetaucht und anschliessend abgeschreckt. Wie in Beispiel 1 wurde auch hier die Vickers-Härteprüfung mit einer Belastung von 2, 5 kg vorgenommen. In der nachstehenden Tabelle sind die Ergebnisse zu ersehen :
EMI2.4
<tb>
<tb> Vickers-Härte
<tb> Tag''2, <SEP> 5 <SEP> kg <SEP> Belastung)
<tb> 1.
<tb>
2.769
<tb> 3.810
<tb> 4.796
<tb>
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EMI3.1
<tb>
<tb> Vickers-Härte
<tb> Tag <SEP> (2, <SEP> 5 <SEP> kg <SEP> Belastung)
<tb> 5.796
<tb> 6.782
<tb> 7.796
<tb> 8. <SEP> 796
<tb> 9.796
<tb> 10.805
<tb> 11.825
<tb> 12.830
<tb> 13. <SEP> 824 <SEP> *) <SEP>
<tb> 14.836
<tb> 15.836
<tb> 16.762
<tb> 17.-
<tb> 18. <SEP> 820
<tb> 19.789
<tb> 20.803
<tb> 21.769
<tb> 22.782
<tb> 23.789
<tb> 24.782
<tb> 25.775
<tb> 26.789
<tb> 27.750
<tb> 28.789
<tb> 29.782
<tb> 30.847
<tb>
*) = Behandlungsdauer nur 1 Minute
Beispiel 3 : Ein Salzbad, bestehend aus 99% Bariumchlorid und 1% Magnesiumborat wurde während 28 Tagen 8 Stunden täglich auf einer Temperatur von 1250 bis 1300 C gehalten und wie in Beispiel 1 beschrieben in dieses Bad Probestücke von Schnellstählen täglich für 1 bzw. 5 Minuten eingetaucht.
Die durchgeführten Vickers-Härteproben ergaben folgende Werte :
EMI3.2
<tb>
<tb> Vickers-Härte
<tb> (2, <SEP> 5 <SEP> kg <SEP> Belastung)
<tb> l <SEP> min <SEP> Ein-5 <SEP> min <SEP> Ein- <SEP>
<tb> Tag <SEP> tauchzeit <SEP> tauchzeit
<tb> 1. <SEP> - <SEP> -
<tb> 2. <SEP> 775 <SEP> 817
<tb> 3.762 <SEP> 753
<tb> 4.789 <SEP> 737
<tb> 5.689 <SEP> 724
<tb> 6.775 <SEP> 689
<tb> 7.762 <SEP> 718
<tb> 8. <SEP> 803 <SEP> 753
<tb> 9.772 <SEP> 743
<tb> 10.743 <SEP> 689
<tb> 11.719 <SEP> 701
<tb> 12. <SEP> 712-
<tb> 13.737 <SEP> 572
<tb> 14.730 <SEP> 480
<tb> 15.775 <SEP> 718
<tb> 16.769 <SEP> 607
<tb> 17.810 <SEP> 706
<tb> 18.
<SEP> Q <SEP> 689 <SEP> 700
<tb> 19.803 <SEP> 762
<tb> 20.782 <SEP> 795
<tb> 21.756 <SEP> 536
<tb> 22.521 <SEP> 533
<tb>
EMI3.3
<tb>
<tb> Vickers-Härte
<tb> (2, <SEP> 5 <SEP> kg <SEP> Belastung)
<tb> 1 <SEP> min <SEP> Ein- <SEP> 5 <SEP> min <SEP> EinTag <SEP> tauchzeit <SEP> tauchzeit
<tb> 23. <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb> 24.832 <SEP> 652
<tb> 25. <SEP> 810 <SEP> 673
<tb> 26.840 <SEP> 737
<tb> 27.817 <SEP> 716
<tb> 28.796 <SEP> 594
<tb>
Die Härtemessungen sind ein Gradmesser für das Ausmass der Entkohlung : je geringer die Härte, desto höher ist das Ausmass der Entkohlung.
Nun ist aus obiger Tabelle zu ersehen, dass die Zahlenwerte für die Eintauchzeit von 5 Minuten relativ gering sind und durchschnittlich 684 betragen, verglichen mit dem Durchschnittswert von 760 für eine Eintauchzeit von 1 Minute.
Normalerweise ist eine Eintauchzeit von 5 Minuten für Stahlgegenstände nicht nötig, woraus zu schliessen ist, dass ein 1% Magnesiumborat enthaltendes Salzbad für die Behandlung von Stählen bei einer unterhalb 5 Minuten liegenden Eintauchzeit vollkommen ausreicht.
EMI3.4
gnesiumborat wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, über einen Zeitraum von 40 Tagen unterhalten und, ähnlich dem Beispiel 1, die Probestücke bei einer Temperatur von 12800 C täglich 5 Minuten eingetaucht.
Nachstehend die Ergebnisse :
EMI3.5
<tb>
<tb> Vickers-Härte
<tb> Tag <SEP> (2, <SEP> 5 <SEP> kg <SEP> Belastung)
<tb> 1. <SEP> - <SEP>
<tb> 2.880
<tb> 3.857
<tb> 4.817
<tb> 5.762
<tb> 6.803
<tb> 7. <SEP> 810
<tb> 8.782
<tb> 9.738
<tb> 10.749
<tb> 11. <SEP> 737
<tb> 12.872
<tb> 13.796
<tb> 14.706
<tb> 15.724
<tb> 16. <SEP> 762
<tb> 17.-
<tb> 18. <SEP> 727
<tb> 19.756
<tb> 20.789
<tb> 21. <SEP> - <SEP>
<tb> 22.724
<tb> 23. <SEP> 767 <SEP> *) <SEP>
<tb> 24.724
<tb> 25.695
<tb> 26. <SEP> 817
<tb>
*) = Behandlungsdauer nur 1 Minute
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EMI4.1
<tb>
<tb> Vickers-Härte
<tb> Tag <SEP> (2, <SEP> 5 <SEP> kg <SEP> Belastung)
<tb> 27. <SEP> 769
<tb> . <SEP> 28. <SEP> 762
<tb> 29. <SEP> 732
<tb> 30. <SEP> 706
<tb> 31. <SEP> 730
<tb> 32. <SEP> 724 <SEP>
<tb> 33. <SEP> 803 <SEP>
<tb> 34. <SEP> 679 <SEP>
<tb> 35. <SEP> 695
<tb> 36.
<SEP> 707
<tb> 37. <SEP> 803
<tb> 38. <SEP> 757
<tb> 39. <SEP> 737
<tb> 40. <SEP> 757 <SEP>
<tb>
Beispiel 5 : Ein Salzbad, bestehend aus 98, 75% Bariumchlorid, 0,25So Silizium und 1% Magnesiumborat, wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, während 44 Tagen 8 Stunden täglich in Betrieb gehalten und wie in den vorangehenden Beispielen ein Probestück für 5 Minuten täglich bei einer Temperatur von 1280 C eingetaucht.
Die folgenden Ergebnisse wurden erzielt :
EMI4.2
<tb>
<tb> Vickers-Härte
<tb> Tag <SEP> (2, <SEP> 5 <SEP> kg <SEP> Belastung)
<tb> 1. <SEP> -
<tb> 2.825
<tb> 3.825
<tb> 4.756
<tb> 5.777
<tb> 6. <SEP> 762 <SEP> *) <SEP>
<tb> 7.776
<tb> 8.775
<tb> 9. <SEP> 690
<tb> 10.756
<tb> 11.787
<tb> 12.-
<tb> 13.762
<tb> 14.789
<tb> 15.768
<tb> 16.789
<tb> 17.768
<tb>
*) = Behandlungsdauer nur 1 Minute
EMI4.3
<tb>
<tb> Vickers-Härte
<tb> Tag <SEP> (2, <SEP> 5 <SEP> kg <SEP> Belastung)
<tb> 18. <SEP> 769
<tb> 19.756
<tb> 20.761
<tb> 21.756
<tb> 22.749
<tb> 23.762
<tb> 24.750
<tb> 25.743
<tb> 26.737
<tb> 27.749
<tb> 28.750
<tb> 29.749
<tb> 30.746
<tb> 31.745
<tb> 32.746
<tb> 33.746
<tb> 34.749
<tb> 35.755
<tb> 36.751
<tb> 37.748
<tb> 38.743
<tb> 39.745
<tb> 40.737
<tb> 41. <SEP> 748
<tb> 42.743
<tb> 43.743
<tb> 44.749
<tb>
PATENTANSPRÜCHE :
1.
Salzbad zur Warmbehandlung von Schnelloder Gesenkstählen, bestehend aus einem Erdalkalihalogenid, vorzugsweise Bariumchlorid, und gewünschtenfalls einem Alkalihalogenid, vorzugs-
EMI4.4
siumborat allein oder zusätzlich zu diesem noch Silizium und/oder Kieselsäure enthält.