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.
Process for the heat treatment of easily castable metals. The invention relates to a method for the heat treatment of easily oxidizable light metals and their alloys, in particular those alloys which contain substantial or predominant amounts of these metals.
The term "heat treatment" has both broader and narrower meanings. Here it is meant in the broadest sense to cover any heating of metal for the purpose of producing some compliant or physical change in it.
Examples are the preheating of a metal block before processing, the annealing of processed metal for recrystallization or plasticization, the solution treatment of metal to bring about a considerable change in strength or other physical properties Properties, the aging of metal for the same purpose and, in short, any inheritance that aims to achieve a certain effect in or on the metal besides melting.
The factors that change and need to be regulated during the processing or other treatment of metal have not yet been fully researched. Unexpected metal defects and unexpected quality differences between different items of apparently the same metals are by no means rare. The light and easily oxidizable metals such as aluminum, magnesium and the many and many alloys in which one or the other of these metals occurs in considerable amounts of, for example, 50% or more, are no exception from this general rule.
Many developments in the effective and economical production, processing and use of these light metals have occurred in recent years, and special emphasis has been placed on the heat treatment of these metals. However, there remain changeable factors that are found and mastered. must before the heat treatment of the light metals can turn out so that it gets the most out of the properties of these metals and their alloys.
The invention is based on the discovery of one of these previously undisclosed factors. It has been found that the moisture content of the atmosphere in the furnace or chamber in which the metal is heated plays an important role in the heat treatment of the light metals and their alloys, and it has also been found that the drying of the metal during the Heat treatment around the surrounding air has a pronounced and beneficial effect even in cases where the amount of moisture removed from the air is so small that it should apparently be irrelevant.
In pursuit of this discovery, attempts were made on the heat treatment of light metals and their alloys, and it was found that the deterioration induced in the metals during heat treatment by the presence of moisture in the air is cumulative and insidious and the explanation at least in part, for certain evils and discrepancies that were previously found in light metals and alloys.
It has also been found that the physical properties of the light metals and their alloys can be improved and developed with greater certainty if the humidity in the air surrounding the metals or alloys during the heat treatment is reduced by a preferably preliminary treatment of the air.
For example, the light alloys of aluminum, and often aluminum, even of thin cross-section, clearly suffer gradual deterioration when the heat treatment is prolonged. On the basis of the above discovery and the subsequent experiments, it was assumed that the deterioration of metals in the usual furnace atmosphere is due to intergranular high-temperature corrosion caused by the moisture in the furnace atmosphere. This particularly insidious type of disadvantage is often not apparent until it becomes apparent through an unexpected break in the company.
The error is particularly evident in the case of thin wires made of aluminum alloy, which, after a heat treatment of the usual duration and type, often becomes so brittle that the wire breaks just by handling. Such wire was treated in an oven with a dry atmosphere for a long time, and then showed strength and ductility. The same result was achieved with thin sheets.
It was also found that machined metals were less subject to surface blistering after a solution heat treatment carried out in a dry atmosphere; which occurs with such metals during heat treatment under normal conditions.
When heat-treating light metals under the conditions in the ordinary furnace atmosphere, the harmful effect of moisture is cumulative and need not be noticeable unless the treatment time is extended. Nevertheless, the destructive forces are effective from the start, and if, as the applicant assumes, intergranular corrosion is the first cause of damage, the zones of incipient or initial corrosion may well act as foci or centers for further destruction when the object is in the Use is exposed to corrosive influences.
In the case of thinner objects, thin wires or sheets, the damage caused by heat treatment in a normal furnace atmosphere occurs more clearly, since their penetration depth makes up a relatively larger fraction of the total thickness, but it is advantageous to have such damage even with objects with a thick cross-section, regardless of whether Cast or stretched should be avoided, even if differences are not so easy to find in the latter case. It was also found that the phenomena initially observed with aluminum and its alloys when heated in a normal furnace atmosphere also occur correspondingly with magnesium and its alloys.
It can be seen. impossible to give an exact and fixed upper limit for .the moisture content. that the metal during the heat treatment. surrounding atmosphere must not exceed. The ideal case would be if the furnace atmosphere contained no moisture at all. This is of course practically impossible, but even a noticeable reduction in the moisture content of the air gives considerable advantages.
In the practice of the invention, it is preferred to keep the moisture content of the air below about 7 g / m 'as this has been found to be sufficient to achieve good results and with normal care in the facilities and procedures of light metal heat treatment and their alloys is to be maintained.
In carrying out the invention, the metal to be treated is provided with an atmosphere of reduced moisture content, e.g. B. in an oven or the like to give. It is usually not necessary that the fit of the door or other opening in the heating chamber be airtight. A good mechanical lock is usually sufficient but preferably the system for the treatment of light metals and their alloys according to the invention is designed as airtight as practically possible, taking into account the manufacturing processes in which the invention forms a stage.
In circumstances where the furnace, container or chamber for metal heating is essentially airtight, all that is necessary is to remove the moisture from the air contained therein after the goods have been placed in the furnace, after which no further air treatment is usually required until the door opens Replacing the loading is opened.
Drying the air in the chamber can easily be accomplished by drawing air from the oven, removing the desired amount of moisture, and then reintroducing it into the oven, or by sending a stream of dry air through the oven , thereby driving out more or less air of greater moisture content and lowering the net moisture content to a safe point. The invention is not limited to any particular way of creating a dry atmosphere around the metal, but rather covers every way of ensuring one. such an atmosphere regardless of how it was achieved.
In practice, where airtight containers or not. are readily available or practical, and where doors or openings can be opened and closed often, a steady stream of dried air is preferably supplied to the chamber, optionally preheated.
In the drawing, an embodiment example of an apparatus for carrying out the invention is shown schematically.
FIG. 1 is a plan view, FIG. 2 is a cross section along line 2-2 in FIG. 3, FIG. 3 is a longitudinal section along line 3-3 in FIG. 1.
The furnace 10 made of refractory bricks or blocks has a removable closure 11 and has electrical stimulation resistors 12 inside, the heating effect of which can be regulated as required. The furnace charge is formed by T-beams 13, for example.
At the rear end, the furnace is connected to a system for supplying dry air. This system consists of two upright drums 14 which contain a desiccant such as calcium chloride, activated carbon, silica gel or preferably activated alumina and are connected to the furnace connection 17 at the top by lines 15, 16 provided with valves, and at the bottom Lines 18 with fans 19 which are driven by separately controlled Klotoren 20.
Heaters or ovens 21 can be provided between the lines 18 and the drums 14 in order to reactivate the activated alumina respectively. to dry the desiccants in the drums. The line 15 can be seen with a .Lüftvorwärmer 22 ver. The air inlets 23 of the fan 19 can be provided with control valves, which are controlled or operated by the pressure in the furnace by means of pressure-responsive devices 24, which are operated with the. Valves are connected by pipes 25 so that a substantially constant pressure of any desired value can be maintained in the furnace.
When the furnace is in operation,. open furnace door the loading introduced; While the door is still open, a stream of dry air is pressed from one of the drums 14 through the furnace and partially or completely displaces the moist air that has entered during loading, reducing the humidity of the furnace atmosphere. While the stream of dry air is still flowing, the door is closed and the pressure in the oven is increased.
This pressure only needs to be slightly above the outside air pressure so that in the event of a leak the flow goes outwards and thus work in dry air is guaranteed. Since the point of greatest leak is usually near the door, the pressure control devices 24 are preferably arranged near this point.
When the drying agent in the drum that is in operation has accumulated moisture, the other drum is put into operation and the drying agent in the first drum is again dried or reactivated. This can be done by opening the valve 26 above the drum and blowing a sufficient amount of air through it to allow the drum. has heated by means of passing through the belie big heated oven 21 to a suitable temperature.
Thus, one drum is always in operation while the desiccant is being treated in the other in order to restore its ability to remove moisture.