<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallen, insbesondere von Stahl
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
<Desc/Clms Page number 3>
Wenn chloriertes Biphenyl zum Abschrecken verwendet wird, so ist die Abschreckgeschwindigkeit annähernd die gleiche wie bei Öl. Beispielsweise braucht chloriertes Biphenyl, welches 48% gebundenes
Chlor enthält, 35, 5 sec zur Bewirkung des gleichen Kühleffektes, wie wenn Öl ungefähr 25 sec unter den gleichen Bedingungen verwendet wird. Demgemäss entsteht kein bedeutender Härteverlust beim Ab- schrecken mit chloriertem Biphenyl im Vergleich zur Ölabschreckung. Wegen diesen erwünschten Eigen- schaften, besonders der thermischen und oxydativen Stabilität und Feuerbeständigkeit ist das Abschreck- mittel gemäss der Erfindung ebenso zur Martensithärtung wie zum herkömmlichen Abschrecken brauch- bar.
DasArbeitsverfahren nach dieser Erfindung umfasst das Abschrecken durch Eintauchen eines Metall- körpers in chloriertes Biphenyl für eine Zeit, die zum Erreichen der gewünschten Ergebnisse ausreichend ist, wobei die Zeitdauer von verschiedenen Faktoren wie dem Querschnitt des betreffenden Körpers, dessen Zusammensetzung, der Eindringtiefe der gewünschten Härtung, der gewünschten Zugfestigkeits- zunahme, der gewünschten Mikrostrukturveränderung u. ähnl. abhängig ist. Weiterhin kann ein Abschrecken durch Steuerung der Temperatur des chlorierten Biphenyls dahingehend geändert werden, dass man das Abschrecken und das Anlassen in einem Arbeitsgang durchführt.
Ein weiteres Abschrecken nach der Erfindung besteht darin, dass an Stelle der Verwendung des erwähnten Eintauchverfahrens chloriertes Biphenyl auf das heisse Metall gesprüht wird. Diese Ausführungsform ist besonders wichtig, wo selektive Härtung erforderlich ist. In solchen Fällen kann Wasser wegen der Wahrscheinlichkeit der Rissbildung nicht verwendet werden und Öl scheidet aus Gründen der Feuergefahr aus.
Es sei betont, dass, sofern chloriertes Biphenyl als Wärmebehandlungsmittel verwendet wird, das Verfahren gemäss der Erfindung auch in Verbindung mit vorangehenden oder anschliessenden andern Metall-Behandlungsverfahren angewandt werden kann. Beispiele hiefür sind Anlassen, Normalglühen, Tempern, Spannungsfreiglühen, Einsatzhärten, Warmbadhärten, Homogenisierungsglühen, Warmbearbeitung, Kaltbearbeitung, Sintern, Giessen, Oberflächenbehandlungen, Vereinigen, Ausscheidungshärtung und andere ähnliche Verfahren.
Für das erfindungsgemässe Verfahren ist im allgemeinen chloriertes Biphenyl, welches von ungefähr 20 bis ungefähr 60 Gew.-o an gebundenem Chlor enthält, verwendbar, jedoch wird chloriertes Biphenyl, welches ungefähr 40 bis 50 Gew.- gebundenes Chlor enthält, vorgezogen, da es Wärmebehandlungsmedien schafft, welche für die Verwendung bei üblichen Wärmebehandlungstemperaturen gut geeignete Viskositätseigenschaften haben.
Chloriertes Biphenyl ist im Handel als Produkte erhältlich, welche ungefähr 21%, Mo, 42%, 48%, 54% und 600/0 gebundenes Chlor, entsprechend ungefähr mono-bzw. di-, tri-, tetra-, penta-und hexa-Chlorbiphenyl, enthalten. Die Bezeichnungen "chloriertes Biphenyl, welches ungefähr 400/0 bis ungefähr 50% gebundenes Chlor enthält", und "chloriertes Biphenyl, welches ungefähr 2alto bis ungefähr 60% gebundenes Chlor enthält", wie sie hier verwendet werden, schliessen nicht nur diese chlorierten Produkte ein, sondern ebenso Gemische von einem oder mehreren chlorierten Biphenylen,
wobei der Gesamtchlorgehalt im allgemeinen im Bereich von 20 bis 600/0, vorzugsweise im Bereich von 40 bis 50 Gew. %, liegt.
Beispielsweise kann chloriertes Biphenyl, welches einen Gesamtgehalt von 45 Gew. lo gebundenes Chlor enthält, in wirksamer Weise zum Zweck dieser Erfindung durch Zusammenmischen von 50 Gew. Teilen chloriertem Biphenyl, welches 42 Gew. 0 ; 0 gebundenes Chlor, und 50 Gew.-Teilen chloriertem Biphenyl, welches 48 Gew. 0 ; 0 gebundenes Chlor enthält, hergestellt werden.
In einer ähnlichen Weise kann chloriertes Biphenyl, welches einen Gesamtgehalt von 58 Gew.-lo gebundenes Chlor enthält, für die Zwecke dieser Erfindung in wirksamer Weise durch Zusammenmischen von 25 Gew.-Teilen chloriertem Biphenyl, welches 52 Gew. 0 gebundenes Chlor, und 75 Gew. Teilen chloriertem Biphenyl, welches 60 Gew. lo gebundenes Chlor enthält, hergestellt werden. Daher kann für die Zwecke dieser Erfindung chloriertes Biphenyl, welches im allgemeinen ungefähr 20 bis ungefähr 60 Gew.-, oder vorzugsweise ungefähr 40 bis ungefähr 50 Gew. Clo gebundenes Chlor enthält, wieder durch unmittelbare Chlorierung von Biphenyl zwecks Erreichen des gewünschten Gehaltes an gebundenem Chlor erhalten werden.
Oder es kann ein geeignetes Material durch Zusammenmischen von zwei oder mehr chlorierter Biphenylen zum Erhalten eines sich ergebenden Gemisches von chloriertem Biphenyl erhalten werden, welches eine wirksame Menge an gebundenem Chlor in den oben angegebenen Bereichen enthält.
Die allgemeinen physikalischen Eigenschaften von chloriertem Biphenyl, welches wechselnde Mengen an gebundenem Chlor enthält, werden nachfolgend angegeben.
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
<tb>
<tb>
Eigenschaften <SEP> % <SEP> Chlor
<tb> 21 <SEP> 32 <SEP> 42 <SEP> 48 <SEP> 54 <SEP> 60
<tb> Dichte
<tb> Spez. <SEP> Gewicht
<tb> 25/250C <SEP> 1, <SEP> 18 <SEP> 1, <SEP> 26 <SEP> 1, <SEP> 38 <SEP> 1, <SEP> 45 <SEP> 1, <SEP> 54 <SEP> 1, <SEP> 62 <SEP>
<tb> Siedebeginn
<tb> 760 <SEP> mm <SEP> Quecks <SEP>
<tb> oc <SEP> 275 <SEP> 290 <SEP> 325 <SEP> 340 <SEP> 365 <SEP> 385
<tb> Fliesspunkt
<tb> ASTM <SEP> D-97,
<tb> OC <SEP> 1, <SEP> 1-35, <SEP> 5-16, <SEP> 7-7 <SEP> 10 <SEP> 31, <SEP> 1 <SEP>
<tb> Flammpunkt
<tb> Cleveland <SEP> Open
<tb> Cup,
<tb> OC <SEP> 141-150 <SEP> 152-154 <SEP> 176-180 <SEP> 192-195 <SEP> kein <SEP> kein
<tb> Brennpunkt
<tb> Cleveland <SEP> Open
<tb> Cup,
<tb> OC <SEP> 177 <SEP> 202 <SEP> kein <SEP> kein <SEP> kein <SEP> kern
<tb> Viskosität
<tb> Saybolt <SEP> Univ.
<tb> sec <SEP> (ASTM <SEP> D-88)
<tb> 99 <SEP> C <SEP> 30-31 <SEP> 31-32 <SEP> 34-35 <SEP> 36 <SEP> -37 <SEP> 44-48 <SEP> 72-78 <SEP>
<tb> 540C <SEP> 35-37 <SEP> 39-41 <SEP> 49-58 <SEP> 69-78 <SEP> 260-340 <SEP> 3200-4500 <SEP>
<tb> 38 C <SEP> 40 <SEP> -42 <SEP> 47-50 <SEP> 80-93 <SEP> 185-240 <SEP> 1800 <SEP> -2500 <SEP> - <SEP>
<tb>
EMI4.2
<Desc/Clms Page number 5>
3. Die dritte Abschreckstufe beginnt, wenn die Oberflächentemperatur des Metalls auf den Siede- punkt oder Siedebereich der Abschreckilüssigkeit verringert ist. Darunter hört das Sieden auf und es findet durch Leitung oder Wärmeübertragung ein langsames Abkühlen statt. Die Abkühlungs- geschwindigkeit in der dritten Stufe ist die langsamste.
Durch Herstellung eines Gemisches, welches aus chloriertem Biphenyl besteht, das einen niederen Siedepunkt hat, und chloriertem Biphenyl, das einen hohen Siedepunkt hat, in Anteilen von ungefähr 5 : 1 bis ungefähr 25 : 1, wird ein Abschreckmedium erhalten, welches höhere Abkühlgeschwindigkeiten als jene hat, die bei Verwendung eines einzelnen chlorierten Biphenyls erhalten werden.
Als hochsiedende Verbindung können auch chloriertes Terphenyl, Quatraphenyl oder andere Polyphenyle verwendet werden. Diese Zunahme der Abkühlgeschwindigkeit erfolgt auf Grund der Tatsache, dass bei der ersten Abschreckstufe das chlorierte Biphenyl, das einen niederen Siedepunkt hat, zu sieden begonnen hat, während das chlorierte Biphenyl, das einen höheren Siedepunkt hat, dies nicht tut. Dies verursacht eine Drehbewegung oder Mischen, welches den um das heisse Metall herum gebildeten Dampffilm durchlöchert und dadurch die erste Stufe verkürzt. So beginnt die zweite Abschreckstufe früher und bei dieser Stufe erfolgt das Abkühlen am schnellsten.
Als Beispiel des erfindungsgemässen Verfahrens, auch zum Vergleich gegenüber bisherigen Verfahren, wurden Proben von zwei im Handel erhältlichen Stahlqualitäten, einem mit mittleren und einem mit hohem Kohlenstoffgehalt, in zwei verschiedenen chlorierten Biphenylen (wobei eines ungefähr 211. 2 Chlor und das andere ungefähr 481o Chlor enthielt) und in Öl abgeschreckt.
Die verwendeten Stähle hatten die nachfolgende Analyse :
EMI5.1
<tb>
<tb> Stahl <SEP> mit <SEP> mittlerem <SEP> Stahl <SEP> mit <SEP> hohem
<tb> Kohlenstoffgehalt <SEP> Kohlenstoffgehalt
<tb> C <SEP> 0,40% <SEP> C <SEP> 0,05/1,05%
<tb> Mn <SEP> 1, <SEP> 00% <SEP> Cr <SEP> 0, <SEP> 23% <SEP>
<tb> Mo <SEP> 1,00% <SEP> Mn <SEP> 0,30/0,50%
<tb> S <SEP> 0, <SEP> 09'/0 <SEP> Ni <SEP> 0, <SEP> ? <SEP> 5% <SEP>
<tb> P <SEP> 0,035%
<tb> Spi <SEP> 0, <SEP> 25/0, <SEP> 50% <SEP>
<tb> s <SEP> 0,035%
<tb>
Abschreckverfahren :
Untersuchung 1 : Drei, 25, 4 mm lange X 12, 7 mm Durchmesserproben von jeder Stahlqualität wurden in einem Muffelofen bei 8400C 1 h lang austenitisiert. Jede Probe von mittlerem und hohem Kohlenstoffgehalt wurde dann in jeder der drei Flüssigkeiten abgeschreckt.
Das Volumen Abschreckflfls- sigkeit zu Volumen Stahl war ungefähr 400 : 1.
Untersuchung 2 : Drei, 50, 8 mm X 76, 2 mm Durchmesserproben von jeder Qualität Stahl wurden in einem Muffelofen bei 9000C für 2h austenitisiert. Jede Probe von mittlerem und hohem Kohlenstoffgehalt wurde in jeder der drei Flüssigkeiten abgeschreckt. Das Volumen Öl zu Stahl war ungefähr 2 : 1.
Ergebnisse :
Untersuchung 1 - Härteuntersuchungen.
Die nachfolgenden Ergebnisse wurden für eine Durchhärtung von Stahl mit mittlerem und hohem Kohlenstoffgehalt, welche nach der Erfindung in den verschiedenen Flüssigkeiten abgeschreckt wurden, erhalten.
Tabelle 1
EMI5.2
<tb>
<tb> Härteuntersuchungen <SEP> an <SEP> Stahl <SEP> mit <SEP> hohem <SEP> Kohlenstoffgehalt
<tb> Abschreckflüssigkeit <SEP> Härte <SEP> - <SEP> R
<tb> chloriertes <SEP> Biephenyl <SEP> - <SEP> 48% <SEP> Chlor <SEP> 48
<tb> chloriertes <SEP> Biphenyl <SEP> - <SEP> 21% <SEP> Chlor <SEP> 49
<tb> Petroleum <SEP> 53
<tb>
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
EMI6.2
<tb>
<tb> Härteuntersuchungen <SEP> an <SEP> Stahl <SEP> mit <SEP> mittlerem <SEP> Kohlenstoffgehalt
<tb> Abschreckflüssigkeit <SEP> Härte <SEP> - <SEP> R <SEP>
<tb> chloriertes <SEP> Biphenyl-48 <SEP> Chlor <SEP> 45
<tb> chloriertes <SEP> Biphenyl-21 <SEP> Chlor <SEP> 45, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Petroleum <SEP> 46
<tb>
EMI6.3
EMI6.4
<tb>
<tb> API <SEP> Dichte <SEP> 22 <SEP> - <SEP> 23 <SEP>
<tb> Viskosität <SEP> bei <SEP> 99 C,
<SEP> SUS <SEP> 160
<tb> Flammpunkt <SEP> OC <SEP> 285
<tb>
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
<tb>
<tb> Physikalische <SEP> Eigenschaften <SEP> der <SEP> Öl- <SEP> chlor. <SEP> Biphenyl-Gemische
<tb> Gew.chlor. <SEP> Biphenyl <SEP> 48go <SEP> Chlor <SEP> Öl <SEP> spez. <SEP> Gewicht <SEP> g/cm3
<tb> 50 <SEP> 50 <SEP> 1, <SEP> 1263
<tb> 75 <SEP> 25 <SEP> 1, <SEP> 2703 <SEP>
<tb>
EMI7.2