Verfahren zur Wärmebehandlung leicht ogodierbarer Metalle. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung leicht oxydierbarer Leichtmetalle und deren Legierungen, ins besondere solche Legierungen, die erhebliche oder überwiegende Mengen dieser -Metalle enthalten.
Der Ausdruck "-Värmebehandlung" hat sowohl weitere wie engere Bedeutung. Hier ist er im weitesten Sinne gemeint, um jedes Erwärmen von Metall zu dem Zwecke zu decken, dass darin irgend eine gefügliche oder physikalische Änderung erzielt werden soll.
Beispiele sind das Vorwärmen eines Metall blockes vor der Verarbeitung, das Ausglühen von bearbeitetem Metall z@@ecks Rekristalli- sation oder Weichmachung, die Lösungs- -#Ä';#irmebeiiandlung von Metall zum Bewir ken einer erheblichen Veränderung der Fe stigkeit oder sonstiger physikalischer Eigen schaften, das Altern von Metall für densel ben Zweck und, kurz gesagt, jede Erbitzun.g, die bezweckt, in oder an dem Metall eine bestimmte Wirkung ausser der Schmelzung zu erzielen.
Die Faktoren, die bei der Verarbeitung oder sonstigen Behandlung von Metall sich ändern und geregelt werden müssen, sind noch in keiner Weise vollständig durch forscht. Unerwartete Metallfehler und uner wartete Beschaffenheitsunterschiede zwischen verschiedenen Posten scheinbar gleicher Me talle sind keineswegs selten. Die leichten und leicht oxydierbaren Metalle, wie Alu minium, Magnesium und die vielen und man nigfachen Legierungen, in denen das eine oder andere dieser Metalle in erheblicher Menge von zum Beispiel<B>50%</B> oder mehr auftritt, bilden keine Ausnahme von dieser allgemeinen Regel.
Viele Entwicklungen in der wirksamen und wirtschaftlichen Herstel lung, Verarbeitung und Verwendung dieser Leichtmetalle sind in den letzten Jahren ein getreten, und besonderer Nachdruck wurde auf die Wärmebehandlung dieser Metalle ge- legt. Es verbleiben aber veränderliche Fak toren, die gefunden und beherrscht werden. müssen, bevor die Wärmebehandlung bei den leichten Metallen so ausfallen kann, dass sie das Möglichste aus den Eigenschaften dieser Metalle und ihrer Legierungen herausholt.
Die Erfindung gründet sich nun auf die Entdeckung eines dieser bisher nicht erkann ten Faktoren. Es wurde gefunden, dass der Feuchtigkeitsgehalt der Atmosphäre in dem Ofen oder der Kammer, worin das Metall erhitzt wird, eine wichtige Rolle bei der Wärmebehandlung der Leichtmetalle und ihrer Legierungen spielt, und es wurde wei terhin gefunden, dass das Trocknen der das Metall während der Wärmebehandlung um gebenden Luft eine ausgesprochene und vor teilhafte Wirkung auch in solchen Fällen ergibt, wo die Menge der aus der Luft ent fernten Feuchtigkeit so klein ist, dass sie scheinbar unbeachtlich sein müsste.
In Ver folg dieser Entdeckung wurden Versuche mit der Wärmebehandlung von Leichtmetallen und ihren Legierungen gemacht, und es wurde dabei gefunden, dass die in den Me tallen während der Wärmebehandlung durch die Gegenwart von Feuchtigkeit in der Luft eingeleitete Verschlechterung kumulativ und heimtückisch ist und die Erklärung, minde stens zum Teil, für gewisse Übelstände und Unstimmigkeiten abgibt, die man bisher bei den leichten Metallen und Legierungen fand.
Auch wurde festgestellt, dass die physikali schen Eigenschaften der leichten Metalle und ihrer Legierungen mit grösserer Sicherheit verbessert und entwickelt werden können, wenn die Feuchtigkeit in der die Metalle oder Legierungen während der Wärme behandlung umgebenden Luft durch eine vorzugsweise vorläufige Behandlung der Luft verringert wird.
Zum Beispiel erleiden ersichtlich die leichten Legierungen des Aluminiums und oft dieses selbst bei dünnem Querschnitt eine allmähliche Verschlechterung, wenn die Wärmebehandlung in ihrer Dauer verlängert wird. Auf Grund der obigen Entdeckung und der im Anschluss daran vorgenommenen Versuche kam man zu der Annahme, dass die Verschlechterung der Metalle in der gewöhn lichen Ofenatmosphäre auf interkristalliner Hochtemperaturkorrosion beruht, die durch die Feuchtigkeit in der Ofenatmosphäre ver ursacht wird. Diese besonders heimtückische Art von Nachteil wird oft nicht eher ersicht lich, als bis sie durch einen unerwarteten Bruch im Betriebe zutage tritt.
Der Fehler zeigt sich besonders deutlieh bei dünnen Drähten aus Aluminiumlegierung, die nach einer Wärmebehandlung von üblicher Dauer und üblicher Art oft so brüchig wird, dass der Draht schon beim blossen Hantieren zerbricht. Solcher Draht wurde lange Zeit in einem Ofen mit trockener Atmosphäre be handelt und zeigte dann Festigkeit und Duk- tilität. Dasselbe Ergebnis wurde bei dünnen Blechen erzielt.
Auch wurde gefunden, dass bearbeitete Metalle nach einer in trockener Atmosphäre durchgeführten Lösungs-Wärme- behandlung sich der Oberflächenblasenbil dung weniger unterworfen zeigten; die bei solchen Metallen während einer Wärme behandlung unter den normalen Bedingun gen auftritt.
Beim Wärmebehandeln von Leichtmetal len unter den Bedingungen in gewöhnlicher Ofenatmosphäre ist die schädliche Wirkung der Feuchtigkeit kumulativ und braucht sich nicht bemerkbar zu machen, wenn nicht die Behandlungszeit verlängert wird. Trotzdem sind die Zerstörungskräfte von Anfang an wirksam, und wenn, wie Anmelderin an nimmt, interkristalline Korrosion die erste Ursache der Schädigung ist, so können die Zonen beginnender oder anfänglicher Korro sion recht wohl als Herde oder Mittelpunkte für weitere Zerstörung wirken, wenn der Gegenstand im Gebrauch korrosiven Ein flüssen ausgesetzt wird.
Bei dünneren Ge genständen, dünnen Drähten oder Blechen, treten die Schädigungen durch Wärme behandlung in gewöhnlicher Ofenatmosphäre deutlicher auf, da ihre Eindringungstiefe relativ einen grösseren Bruchteil der Gesamt dicke ausmacht, doch ist es vorteilhaft, sol che Schädigungen auch bei Gegenständen starken Querschnittes, gleichviel ob gegossen oder gereckt, zu vermeiden, wenn auch Un terschiede in letzterem Fall nicht so leicht zu finden sind. Es wurde aueh gefunden, dass die zunächst bei Aluminium und seinen Le gierungen bei Erhitzung in gewöhnlicher Ofenatmosphäre beobachteten Erscheinungen entsprechend auch bei Magnesium und seinen Legierungen auftreten.
Es ist ersichtlich. unmöglich, eine genaue und feste obere Grenze für .den Feuchtig keitsgehalt anzugeben, .den die das Metall während der Wärmebehandlung. umgebende Atmosphäre nicht überschreiten darf. Der Idealfall wäre es, wenn die Ofenatmosphäre überhaupt keine Feuchtigkeit enthielte. Dies ist natürlich praktisch unmöglich, doch er gibt schon eine merkliche Verringerung des F'euchtigkeitsbehaltes der Luft erhebliche Vorteile.
In der Praxis der Erfindung wird vorzugsweise der Feuchtigkeitsgehalt der Luft unter etwa 7 Gr/m' gehalten, da dies sich zur Erzielung guter Ergebnisse als aus reichend erwiesen hat, und bei normaler Sorgfalt in den Einrichtungen und Verfah ren der Praxis zur Wärmebehandlung leich ter Metalle und ihrer Legierungen aufrecht zu erhalten ist.
Bei der Ausführung der Erfindung wird das zu behandelnde Metall mit einer Atmo sphäre von verringertem Feuchtigkeitsgehalt, z. B. in einem Ofen oder dergleichen, um geben. Es ist gewöhnlich nicht nötig, dass die Passung der Tür oder sonstigen Öffnung in der Heizkammer luftdicht ist. Ein guter mechanischer Verschluss genügt gewöhnlich vorzugsweise wird aber die Anlage zur Be handlung von Leichtmetallen und ihren Le gierungen nach der Erfindung so luftdicht als praktisch möglich ausgebildet, unter Be rücksichtigung der Fabrikationsverfahren, bei denen die Erfindung eine Stufe bildet.
Unter Verhältnissen, wo der Ofen, Behälter oder Kammer für die Metallerhitzung im wesentlichen luftdicht ist, braucht man nur nach Hineinbringung der Ware in den Ofen die Feuchtigkeit aus der darin enthaltenen Luft zu entfernen, worauf gewöhnlich keine weitere Luftbehandlung erforderlich ist, bis die Tür zum Auswechseln der Beschickung geöffnet wird.
Das Troeknen der Luft in der Kammer kann leicht dadurch bewirkt werden, dass man Luft aus dem Ofen abzieht, ihr die ge wünschte Feuchtigkeitsmenge entzieht und #ie dann wieder in den Ofen einführt, oder dadurch, dass man einen Strom trockener Luft durch den Ofen schickt, dadurch mehr oder weniger Luft von grösserem Feuchtig keitsgehalt austreibt und den Nettogehalt an Feuchtigkeit bis zu einem sicheren Punkte senkt. Die Erfindung ist aber nicht auf irgend eine besondere Art der Schaffung einer trockenen Atmosphäre um das Metall herum beschränkt, sondern deckt jeden Weg der Gewährleistung einer . solchen Atmo sphäre ohne Rücksicht auf die Art ihrer Erzielung.
In der Praxis, wo luftdichte Be hälter oder tjfen nicht. leicht verfügbar oder praktisch sind, und wo Türen oder Öffnun gen oft geöffnet und geschlossen werden können, wird vorzugsweise zur Kammer ein stetiger Strom getrockneter Luft geliefert, die gegebenenfalls vorgewärmt ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungs beispiel einer Apparatur zur Ausführung der Erfindung ' schematisch dargestellt.
Fig. I. ist ein Grundriss, Fig. 2 ein Querschnitt nach Linie 2-2 der Fig. 3, Fig. 3 ein Längsschnitt nach Linie 3-3 der Fig. 1.
Der Ofen 10 aus feuerfesten Ziegeln oder Blöcken hat einen entfernbaren Verschluss 11 und hat innen elektrische Reizwiderstände 12, deren Heizwirkung beliebig regelbar ist. Die Ofenbeschickung wird zum Beispiel durch T-Träger 13 gebildet.
Am hintern Ende ist der Ofen mit einer Anlage zur Lieferung von trockener Luft verbunden. Diese Anlage besteht aus zwei aufrechten Trommeln 14, die ein Trock- nungsmittel, wie Chlorcalcium, aktivierte Kohle, Silica-Gel oder vorzugsweise akti vierte Tonerde enthalten und oben durch mit Ventilen versehene Leitungen 15, 16 mit dem Ofenanschluss 17 verbunden sind, sowie unten durch Leitungen 18 mit Gebläsen 19, die von getrennt gesteuerten Klotoren 20 angetrieben werden.
Zwischen den Leitungen 18 und den Trommeln 14 können Erhitzer oder Öfen 21 vorgesehen sein, um die aktivierte Tonerde zu reaktivieren bezw. die Trocknungsmittel in den Trommeln zu trocknen. Die Leitung 15 kann mit einem .Lüftvorwärmer 22 ver sehen sein. Die Lufteinlässe 23 der Gebläse 19 können mit Regelventilen versehen sein, die durch den Druck im Ofen mittelst auf Druck ansprechender Einrichtungen 24 ge steuert oder betrieben werden, die mit der. Ventilen durch Rohre 25 verbunden sind, so dass ein im wesentlichen konstanter Druck von jedem gewünschten Werte im Ofen auf recht erhalten werden kann.
Im Betriebe des Ofens wird bei. offener Ofentür die Beschickung eingeführt; wäh rend die Tür noch offen ist, wird ein Strom von trockener Luft aus .einer der Trommeln 14 durch den Ofen gepresst und verdrängt teilweise oder ganz die während des Be- schickens eingedrungene feuchte Luft, wo durch der Feuchtigkeitsgehalt der Ofenatmo sphäre verringert wird. Während der Strom von trockener Luft noch fliesst, wird die Tür geschlossen, und man lässt den Druck im Ofen ansteigen.
Dieser Druck braucht nur wenig über dem Aussenluftdrück zu liegen, damit bei etwaiger Undichtheit die Str i5 mung nach aussen geht und somit das Arbei ten in trockener Luft gewährleistet bleibt. Da der Punkt grösster Undichtheit gewöhn lich nahe der Tür liegt, werden die Druck steuereinrichtungen 24 vorzugsweise nahe diesem Punkt angeordnet.
Wenn das Trocknungsmittel in der je weils in Betrieb befindlichen Trommel sich mit Feuchtigkeit angereichert hat, wird die andere Trommel in Betrieb genommen, und das Trocknungsmittel in der ersten Trommel wird wieder getrocknet oder reaktiviert. Dies kann geschehen, indem man das Ventil 26 über der Trommel öffnet und durch diese eine ausreichende Luftmenge bläst, die mar. mittelst Hindurchschickens durch den belie big beheizten Ofen 21 auf eine geeignete Temperatur erwärmt hat.
Somit ist immer eine Trommel in Betrieb, während das Trock- nungsmittel in der andern behandelt wird, um seine Fähigkeit zur Feuchtigkeitsentfer nung wieder herzustellen.