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Verfahren zur Herstellung von Oxydschichten auf Gegenständen aus Eisen und Eisenlegierungen
Es ist bekannt, dass man auf der Oberfläche von Gegenständen aus Eisen und Eisenlegierungen durch oxydation Schichten erzeugen kann, die das Grundmetall gegen Korrosion und weitere Oxydation schüt- zen. Durch die blosse Ausstattung mit in dieser Weise wirksamen Schichten sind die die Schichten tragenden Teile noch nicht industriell verwertbar. Die Schichten müssen nämlich nicht nur ihren eigentlichen Zweck erfüllen, d. h. bei ausreichender Dicke und Gleichmässigkeit korrosionsfest sein, sondern sie müssen mit demGrundmetall auch eine so innige und feste Verbindung haben, dass sie beim Gebrauch und bei einer mechanischen Verformung der Gegenstände auf denen sie sich befinden weder schadhaft werden noch abplatzen.
Schliesslich sollen sich die Schichten auf wirtschaftliche Weise erzeugen lassen.
Diese Bedingungen werden bei den nach bekannten Verfahren erzeugten Oxydschichten auf Eisen und Eisenlegierungen nicht erfüllt u. zw. weder beim oxydierenden Glühen der Gegenstände mit einem be- stimmten Partialdruck des Sauerstoffes durch Beimischung indifferenterGase oderdurchDrnckverainderung (österr. Patentschrift Nr. 138368), noch durch ein Erhitzen der Gegenstände in praktisch reinem Sauerstoffgas unter Drücken und Bedingungen, wie sie auch beim Schutzgasglühen z. B. in üblichen Durchlauföfen herrschen (brit. Patentschrift Nr. 693, 921).
Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Herstellung von Oxydschichten auf Gegenständen aus Eisen und Eisenlegierungen, die nicht nur sämtliche an solche Schichten zu stellenden Anforderungen er- füllern, sondern auch noch eine Eigenschaft besitzen, die ihnen ein völlig neues und technisch hochbedeutsames Anwendungsgebiet erschliesst. Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren erzeugten Oxydschichten sind bei einer Dicke von mindestens 2 und höchstens 30fi über einen dichten Grundfilm mit dem Kernmetall absolut fest und mechanisch unlösbar verbunden, im restlichen Teil aber von hoher Porosität und trotzdem von solcher Beschaffenheit, dass sie stärkster Beanspruchung auf Verschleiss und mechanischer Verformung widerstehen.
Ihr Anwendungsbereich wird dadurch erheblich erweitert, dass die nach der Erfindung erzeugten Oxydschichten die damit versehenen Gegenstände nicht nur vor Korrosion schützen, sondern auch eine hohe Saugfähigkeit für Flüssigkeiten aller Art und insbesondere für Schmiermittel und Farbstoffe besitzen, die in den feinen Poren der Oxydschicht selbst bei grösster Druckbeanspruchung festgehalten werden. schliesslich zeichnet sich die erfindungsgemässe hergestellte poröse Oxydschicht durch eine hervorragende elektrische Isolierwirkung aus.
Oxydschichten dieser Art und Beschaffenheit werden in einer Dicke von mindestens 2 und höchstens 30/l auf Gegenständen aus Eisen und Eisenlegierungen durch Glühen in oxydierend wirkender Atmosphäre, bei vermindertem Druck und einer Temperatur von mehr ab 4000 C erfladungsgemäss dadurch hergestellt dass die Gegenstände bei Temperaturen von 400 bis 10000 C im Vakuum der Einwirkung von gasförmi - gem technisch reinem Sauerstoff mit einem Reinheitsgrad von mehr als 98 % ausgesetzt werden. Die Be- handlung der Gegenstände erfolgt in einem Vakuumbereich von 0, 1 bis 30 Torr (mm Hg). Die Jeweils anzuwendende Glühtemperatur muss sich nach der Beschaffenheit und der Vorbehandlung des Grundmetalls richten.
Gegenstände aus Eisen und Eisenlegierungen, die z. B. vor der im Vakuum stattfindenden. Sauer - stoffbehandlung gehärtet und anschliessend angelassen worden sind, müssen bei einer unterhalb der Anlasstemperatur liegenden Temperatur geglüht werden, damit der Anlasseffekt erhalten bleibt. Die Behandlungszeit richtet sich nach der Dicke der jeweils zu erzeugenden Schicht und der Zusammensetzung
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der Grundlegierung.
DasVakuumglühen kann nach der Erfindung in stationärenöfec, d. h. bei ruhendem Glühgut, sowohl in unbewegtem als auch in strömendem Sauerstoff erfolgen. Man kann das Verfahren mit gleichem Erfolg z. B. bei Blechen, Blechbändern oder Drähten, aber auch in sogenannten Durchlauföfen durchführen und auch hier sowohl mit unbewegter als auch mit strömender Sauerstoffatmosphäre arbeiten.
Die Glühöfen können durch elektrische Heizeinrichtungen, z. B. durch bekannte Wärmestrahler oder durch elektro-induktiv wirkende Einrichtungen beheizt werden. Zur Beheizung der Öfen können auch sogenannte, mit gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen befeuerte Strahlrohr dienen. Schliesslich kann man die mit der Oxydschicht zu versehenden Gegenstände, z. B. Bleche, Blechbänder oder Drähte auch als Widerstand in einen Stromkreis einschalten und sie auf diese Weise beheizen.
Wenn die nach der Erfindung erzeugten Oxydschichten mit einem Schmiermittel gefüllt werden, dann führt das zu einer erheblichen Steigerung der Lebensdauer von Gegenständen, die bei spanabhebender Bearbeitung oder bei spanloserverformung hochtten Beanspruchungen unterliegen. So konnte z. B. die Stand- festigkeit von Metallbohrern, deren nach der Erfindung erzeugte Oxydschicht mit einem Schmiermittel getränkt worden war, auf das sache gesteigert werden. Diese Wirkung ist darauf zurückzuführen, dass die Poren der Oxydschicht das Schmiermittel begierig aufsaugen und es auch bei höchsten Beanspruchungen der Bohrer festhalten, so dass das Schmiermittel während des Schneidens seineWirkunginunmittelba- rer Nähe der Schneide ausüben kann.
Die gleiche Verbesserung ihrer Schneideigenschaften hat sich auch bei andern spanabhebenden Werkzeugen ergeben, z. B. bei Fräsern. Räumwerkzeugen, Reibahlen, Sägen, Drehmeisseln, Messern u. dgl.
Die mit einem Schmiermittel gefüllte Oxydschicht nach der Erfindung wirkt sich vorteilhaft auch auf Gegenstände aus, mit denen spanlos verformt wird. Die durch das Schmiermittel verminderte Reibung zwischen dem Verformungswerkzeug und dem zu verformenden Gegenstand führt zu einer wesentlich geringeren Verformungsarbeit kleinerem Verschleiss und vermindertem Ausschuss der zu verformenden Teile. Deshalb eignet sich die mit einem Schmiermittel gefüllte Oxydschicht nach der Erfindung insbesondere für Prägestempel, Walzen, Ziehdorne, Ziehringe, Schlagwerkzeuge, Matrizen, Patrizen u. dgl. Man kann die Oxydschichten natürlich auch auf den zu verformenden Metallgegenständen aufbringen, z. B. auf Knüppeln oder Blöcken, die durch Strangpressen verformt werden sollen.
Die mit einer schmiermittelgefüllten Oxydschicht nach der Erfindung versehenen Teile haben besonders gute Gleiteigenschaften. Deshalb empfiehlt es sich, die erfindungsgemässen, mit einem Schmiermittel gefüllten Oxydschichten, z B. auf Zahnrädern, Gleit-, Kugel-, Rollen-oderWälzlagernanzu- bringen, deren Verschleiss danach erheblich verringert wird.
In gleicherWeise wie die erfindungsgemässe Oxydschicht Schmlemüttel festhält, werden von ihr auch andere Flüssigkeiten, z. B. Farben und andere anorganische oder organische Stoffe, mit denen die Gegenstände angestrichen oder überzogen werden, festgehalten. Das ist von besonderer Bedeutung für Teile, die nach dem Aufbringen der Farben noch eine weitere Verformung erfahren müssen.
Zu den Gegenständen aus Eisen und Eisenlegierungen, auf denen die Oxydschichten nach der Erfindung mit der beschriebenen Wirkung hergestellt werden sollen, gehören auch in bekannter Weise aus Eisenpulver durch Sintern erzeugte Formstücke.
Folgende Beispiele sollen das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Oxydschichten auf Gegenstände aus Eisen und Eisenlegierungen erläutern :
A. Tiefziehblech :
EMI2.1
<tb>
<tb> Zusammensetzung <SEP> : <SEP> 0. <SEP> 08 <SEP> % <SEP> C. <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> % <SEP> Silizium, <SEP> 0, <SEP> 29 <SEP> % <SEP> Mangan, <SEP> 0, <SEP> 018 <SEP> % <SEP> P, <SEP> 0, <SEP> 019 <SEP> % <SEP> S.
<tb>
Vakuum <SEP> : <SEP> 2 <SEP> Torr <SEP> (mm <SEP> Hg)
<tb> Sauerstoff <SEP> : <SEP> 98, <SEP> 5 <SEP> % <SEP>
<tb> Glühtemperatur <SEP> : <SEP> 8000 <SEP> c <SEP>
<tb> Glühdauer-1, <SEP> 5 <SEP> Minuten <SEP>
<tb>
Die Oxydschicht war nach einem 10fachen scharfkantigen Biegewechsel fest mit dem Kernwerkstoff verbunden und ohne erkennbare Beschädigung. Tiefziehproben (indentation test) zeigten, dass die Oberfläche der Schicht auf der Kuppe beim Abreiben mit einem trockenen Lappen fest haftete. Die gleichen Eigenschaften wiesen die Bleche und ihre Oxydschicht nach einem Dressieren bis zu 3 % auf. Die Oxydschicht war hoch saugfähig.
Die saugenden Poren erstrecken sich jedoch nicht bis zum GrundmateriaL
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EMI3.1
<tb>
<tb> B. <SEP> Legiertes <SEP> Stahlblech <SEP> : <SEP>
<tb> Zusammensetzung <SEP> : <SEP> 0,2%C <SEP> 0,1% <SEP> Si, <SEP> 0.6% <SEP> Mn, <SEP> 0,04% <SEP> P, <SEP> 0,02% <SEP> S, <SEP> 1,4% <SEP> Cr.
<tb>
Vakuum <SEP> : <SEP> 20 <SEP> Torr <SEP> (mm <SEP> Hg)
<tb> Sauerstoff <SEP> : <SEP> 98, <SEP> 5 <SEP> 0/0
<tb> Glühtemperatur <SEP> : <SEP> 500 C
<tb> Glahdauer <SEP> : <SEP> S <SEP> Minutea. <SEP>
<tb>
Bei der Tiefziehprobe nach Erichsen (9. 2 mm) blieb die Oxydschicht unverletzt. Beim NäpfchenTiefziehversuch liess sich die sehr gut saugfähige Oxydschicht nicht abreiben. Ihr Aussehen ist nach dem Benetzen mit Flüssigkeit tief schwarz. Die Härte der eine hohe Rostbeständigkeit aufweisenden Schicht beträgt nach Vickers : HV (3 kg) = 108, 6.
EMI3.2
<tb>
<tb>
C. <SEP> Draht <SEP> 5 <SEP> mm <SEP> #
<tb> Vakuum <SEP> : <SEP> $0 <SEP> Torr <SEP> (mm <SEP> Hg)
<tb> Sauerstoff <SEP> : <SEP> 98% <SEP>
<tb> Glühtemperatur <SEP> : <SEP> 600 <SEP> C
<tb> Glühdauer <SEP> : <SEP> 5 <SEP> Minuten
<tb>
Durch diesen Versuch sollte das Verhalten der auf dem Draht erzeugten und mit einem Schmiermittel gefüllten Oxydschicht beim Ziehen des Drahtes auf kleineren Querschnitt festgestellt werden. Es ergab sich eine sehr gute Saugfähigkeit der Oxydschicht. Nach zehnmaligem scharfkantigem Hin-undHerbiegenwar die Oxydschicht unbeschädigt. Es ergaben sich sehr gute Zieheigenschaften. Das Ziehwerkzeug wurde erheblich weniger beansprucht als sonst.
EMI3.3
<tb>
<tb>
D. <SEP> Dynamoblech <SEP> für <SEP> Motorenläufer <SEP> : <SEP>
<tb> Zusammensetzung <SEP> : <SEP> 2.6% <SEP> Si
<tb> Vakuum <SEP> : <SEP> 3 <SEP> Torr <SEP> (mm <SEP> Hg)
<tb> Sauerstoff <SEP> : <SEP> 98 <SEP> % <SEP>
<tb> Glühtemperatur <SEP> : <SEP> 750 <SEP> C
<tb> Glühzeit <SEP> : <SEP> 10 <SEP> Minuten. <SEP>
<tb>
Zweck der Behandlung war die Herstellung einer elektrisch isolierenden Oberfläche, u. zw. auch an den Kasten d. h. den Stanzstellen des Bleches. Mehrere dieser Bleche wurden zu einem Kurzschlussläufer zusammengebaut. Bei der elektrischen Prüfung des Kurzschlussläufers ergab sich ein auf das 17fache erhöhter Spannungsabfall zwischen Welle und Kurzschlussstab.