Verfahren zum Härten von Stählen. Gegenstand der Erfindung ist ein Ver führen zum Härten von Stählen, insbesondere Werkzeugstählen und zum Beispiel Schnell drehstählen.
Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stähle bei oberhalb 700' liegenden Temperaturen in einem schmelzflüssigen Bade der Erhitzung unterworfen werden, welches zum überwie genden Teil aus mindestens einem Halogenid von Metallen der beiden ersten Gruppen des periodischen Systems gebildet ist und noch geringe Mengen mindestens eines Metall oxyds, sowie geringe Mengen einer anorga nischen Verbindung, welche die Lösung des Metalloxyds begünstigt, enthält, worauf die erhitzten Stähle abgeschreckt werden und gegebenenfalls anschliessend dem Anlassen unterworfen werden können.
Es ist bekannt, dass bei der Härtung von zum Beispiel Werkzeug- und Schnelldreh stählen in schmelzflüssigen Salzbädern von hohen Temperaturen mit nachfolgendem Ab schrecken und Anlassen sich vielfach weiche Oberflächenschichten bilden, die einer schnel len Abnutzung unterliegen und als weiche Haut bezeichnet werden.
Man hat bereits vorgeschlagen, zur Ver meidung dieser weichen Haut, durch die die fertigen Stücke in ihrer Verwendbarkeit wesentlich beeinträchtigt werden können, ,den Härtebädern Ferrosilizium zuzusetzen. Man erhält hierdurch zwar eine harte Oberfläche, doch kann dabei eine Entkohlung nicht mit Sicherheit vermieden werden, so dass beim Anlassen oder bei der Benutzung des Werk- zeuges die entkohlte Schicht doch wieder weich wird.
Es ist auch vorgeschlagen worden, die in üblichen Chlörbariumbätdern auf hohe. Tem peraturen erhitzten Werkzeuge in einem kohlenden Salzbad abzuschrecken. Hierdurch sollte die beim Härten im Chlorbariumbad aufgetretene weiche Schicht, ,die .grösstenteils auf Entkohlung zurückzuführen ist, durch neue Einführung von Kohlenstoff wieder ihre alte Härte erhalten. Selbst wenn die Entkohlung rückgängig gemacht wird, ist jedoch das charakteristisehe Schuelldrehstahl- gefüge auf diese Weise nicht wieder zu er zielen.
Da man festgestellt hat, dass vollkommen reine Bariumchloridbäder keine oder nur eine sehr geringe Entkohlung geben, hat man auch vorgeschlagen, reine Chlorbariumbäder zu verwenden und zur Vermeidung eines Auftretens von Entkohlung durch mit dem Betrieb sich steigernde Minderung der Rein heit diese Bäder nach wenigen Stunden des Gebrauches vollkommen oder zum grössten Teil durch frisches Salz zu ersetzen. Diese Methode ist jedoch wegen des hohen Salz verbrauches unwirtschaftlich und ausserdem mit technischen Schwierigkeiten verknüpft.
Es hat sich nun gezeigt, dass Erhitzungs- bäder nach der Erfindung nicht zur Bildung weicher Haut Veranlassung geben, sondern Stähle von vorzüglichen Qualitäten erhalten werden und die Bäder selbst vor allem sich dureh hohe Lebensdauer auszeichnen.
Als Halogenide von Metallen der beiden ersten Gruppen des periodischen Systems, welche den wesentlichen Teil des Bades bil den, zum Beispiel etwa 70 bis 85 % aus machen können, kommen in erster Linie Erd- alkalichloride, wie Bariumchlorid, allein oder in Mischungen mit Alkalichloriden in Frage. Diese Salze verhalten sich in Gegenwart der geringen Mengen mindestens eines Metall oxyds, sowie einer die Lösung dieses Oxyds begünstigenden anorganischen Verbindung den zu behandelnden Stählen gegenüber inert, das heisst zersetzen sich weder selbst bei den hohen Temperaturen, noch verändern sie sich oder greifen das zu härtende Werkzeug chemisch an.
Als Zusätze der erstgenannten Art kön nen dabei entweder hochschmelzende Metall oxyde, wie Magnesiumoxyd, Aluminium oxyd, Berylliumoxyd, Zirkonoxyd, Ceroxyd oder Gemische solcher Oxyde verwendet wer den. Selbstverständlich können an Stelle der Oxyde auch Verbindungen bei der Herstel lung des Bades zugesetzt werden, welche sich unter den Bedingungen des Bades zu den betreffenden Oxyden umsetzen, das heisst bei spielsweise Magnesiumkarbonat, Ceritchlorid, das ist ein neben Cer noch geringe Mengen anderer seltener Erden enthaltendes Handels produkt und dergleichen.
Die Zusatzstoffe der weiterhin genannten Art, das heisst die anorganischen Verbindun gen, wie insbesondere Sauerstoffverbindun gen des Bors und Phosphors, z. B. Pyrophos- phate, Fluorsilikate und dergleichen, haben die Eigenschaft, die Lösung jener Metall oxyde zu begünstigen. Als geeignet hierfür kommen neben den genannten Verbindungen beispielsweise auch Metallsauerstoffverbin- dungen, wie Wolframate und dergleichen in Betracht.
Die Menge der im Bad vorhandenen Metalloxyde richtet sich im wesentlichen nach der im einzelnen gewünschten Bad zusammensetzung, wie beispielsweise der Art und dem Anteil der inerten Hauptkom ponente bezw. Hauptkomponenten, der für die Anwendung in Frage kommenden Be handlungstemperatur, Durchsatzmenge und dergleichen. Im allgemeinen beträgt der Gehalt an Metalloxyden etwa 1 bis 10 % , zweckmässigerweise etwa 2 bis 7 %.
Der An teil. der lösungsvermittelnden Stoffe, welche auch die Eigenschaft haben können, den Schmelzpunkt der Metalloxyde wesentlich herabzusetzen, und im Verein mit den Me talloxyden die Bildung weicher Häute zu ver hindern, hängt im wesentlichen von der Menge der vorhandenen Metalloxyde und der Zusammensetzung des inerten Badgehaltes ab. Er beträgt im allgemeinen nicht mehr als 20%, vorzugsweise nicht mehr als etwa 12, %.
In Ausübung des Verfahrens gemäss Er findung werden Temperaturen oberhalb 700 , und zwar im allgemeinen zwischen <B>730</B> bis 1400' eingehalten. Das Härten von. Werk zeugstählen erfolgt dabei vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 730 bis<B>850'</B> und das Härten von Schnelldrehstählen bei Tem.- peraturen von 1000 bis 1400', vorzugsweise solchen von etwa 1300 .
Die verwendeten Erhitzungsbäder be stehen dabei zum Härten von Schnelldreh stählen beispielsweise aus Bariumchlorid (z. B. 85 Teilen desselben) neben Magne siumoxyd (z. B. 2,5 bis 7 Teilen) und Borax (krist.) (z. B. etwa 9 bis 12 Teilen) und werden zwischen etwa 1000 bis 1350' ge halten. Die zu behandelnden Gegenstände bedürfen hierin nur einer kurzen Erhitzung, deren Dauer sich nach der Grösse der Stücke richtet, worauf sie anschliessend an das Ab schrecken noch angelassen werden können.
Da im Gegensatz zu den bekannten Me thoden das Verfahren gemäss Erfindung auch die Behandlung komplizierter Werkstücke ohne die Gefahr einer Entkohlung bei der für den Stahl günstigsten Höchsttemperatur, bei Schnelldrehstahl zum Beispiel um 1300 C, zulässt, kann, wie sich gezeigt hat, bei einer anschliessenden Anlassbehandlung die Tempe ratur ebenfalls sehr hoch gehalten werden, bei Schnelldrehstahl zum Beispiel zwischen 550 bis 580' und mehr.
Die Wirkung des Verfahrens gemäss Er- fin dung dürfte im wesentlichen darauf zu rückzuführen sein, dass durch die Metall oxyde eine Zersetzung der Halogenide zum Beispiel einem Gemisch von Alkali- oder Erdalkalihalogeniden verhindert wird, wäh rend die andern Zusatzstoffe, wie zum Bei spiel Borax, neben ihrer lösungsfördernden Wirkung die Aufgabe übernehmen, einer Entkohlung entgegenzuwirken und in Ge meinschaft mit den Metalloxyden die Bil- dung einer weichen auf dem Härtegut auch bei anschliessender Anlass- behandlung zu verhindern.
Für die Härtung von Schnelldrehstählen kommt. wie erwähnt, insbesondere die Ver wendung von Erdalkalichloriden, zweck mässig Bariumehlorid in Frage, für die von Werkzeugstahl im wesentlichen die Verwen dung von zum Beispiel N atriumchlorid und Kaliumchlorid, gegebenenfalls im Gemisch mit Bariumchlorid. Die Bäder können zum Beispiel wie folgt zusammengesetzt sein:
EMI0003.0011
1. <SEP> 71 <SEP> Teile <SEP> Bariumchlorid,
<tb> 20 <SEP> " <SEP> Natriumchlorid,
<tb> 8 <SEP> Borax,
<tb> 1 <SEP> " <SEP> Magnesiumoxyd.
<tb> 2. <SEP> 88,3 <SEP> " <SEP> wasserfreies <SEP> Bariumchlorid,
<tb> 6,7 <SEP> " <SEP> Magnesiumoxyd <SEP> (gebrannt
<tb> und <SEP> gemahlen),
<tb> 9 <SEP> " <SEP> Borax <SEP> (krist.).
Das Verfahren nach der Erfindung ge stattet die Erzielung besonderer Qualitäten von Stählen mit einwandfreier Härtung und unter sicherer Vermeidung weicher Häute in einfachem und leicht zu überwachendem Dauerbetrieb. Das Verfahren ist sehr ein fach durchführbar, da die Bäder durch ihre unbegrenzte Haltbarkeit im allgemeinen nur den Nachschub von Salzmengen erfordern, die durch Verdampfen oder ,durch Anhafte- verluste dem Bade entzogen werden.
Process for hardening steels. The subject of the invention is a United lead for hardening steels, especially tool steels and high-speed turning steels, for example.
The method according to the invention is characterized in that the steels are subjected to heating at temperatures above 700 'in a molten bath, which is predominantly formed from at least one halide of metals from the first two groups of the periodic table and even less Amounts of at least one metal oxide, as well as small amounts of an inorganic compound which favors the dissolution of the metal oxide, contains, whereupon the heated steels are quenched and, if necessary, can then be subjected to tempering.
It is known that when hardening, for example, tool and high-speed steels in molten salt baths of high temperatures with subsequent quenching and tempering, soft surface layers often form which are subject to rapid wear and are referred to as soft skin.
It has already been proposed to avoid this soft skin, through which the finished pieces can be significantly impaired in their usability, to add ferrosilicon to the hardening baths. This gives a hard surface, but decarburization cannot be avoided with certainty, so that when the tool is tempered or when the tool is used, the decarburized layer becomes soft again.
It has also been suggested to use high levels in common chlorbarium baths. Temperatures to quench heated tools in a carbonic salt bath. As a result, the soft layer that appeared during hardening in the chlorobarium bath, which is largely due to decarburization, should regain its old hardness through the introduction of new carbon. Even if the decarburization is reversed, however, the characteristic Schuell- turning steel structure cannot be achieved again in this way.
Since it has been found that completely pure barium chloride baths give no or only very little decarburization, it has also been proposed to use pure chlorobarium baths and to avoid the occurrence of decarburization due to the decrease in purity of these baths after a few hours of operation Replace used completely or for the most part with fresh salt. However, this method is uneconomical because of the high salt consumption and also associated with technical difficulties.
It has now been shown that heating baths according to the invention do not give rise to the formation of soft skin, but steels of excellent quality are obtained and the baths themselves are characterized above all by a long service life.
As halides of metals of the first two groups of the periodic table, which bil the essential part of the bath, for example about 70 to 85%, come primarily alkaline earth chlorides, such as barium chloride, alone or in mixtures with alkali chlorides Question. In the presence of small amounts of at least one metal oxide and an inorganic compound that promotes dissolution of this oxide, these salts are inert to the steels to be treated, i.e. they neither decompose even at high temperatures, nor do they change or affect the hardening The tool chemically.
As additives of the first type, either high-melting metal oxides such as magnesium oxide, aluminum oxide, beryllium oxide, zirconium oxide, cerium oxide or mixtures of such oxides can be used. Of course, instead of the oxides, compounds can also be added during the manufacture of the bath, which convert to the oxides in question under the conditions of the bath, for example magnesium carbonate, cerite chloride, which is a small amount of other rare earths in addition to cerium Commercial product and the like.
The additives of the type also mentioned, that is, the inorganic compounds, such as in particular oxygen compounds of boron and phosphorus, z. B. pyrophosphates, fluorosilicates and the like, have the property of promoting the dissolution of those metal oxides. In addition to the compounds mentioned, metal oxygen compounds, such as tungstates and the like, are also suitable for this purpose.
The amount of metal oxides present in the bath depends essentially on the composition desired in each individual bath, such as the type and proportion of the inert Hauptkom component respectively. Main components, the treatment temperature in question for the application, throughput rate and the like. In general, the content of metal oxides is about 1 to 10%, conveniently about 2 to 7%.
The amount. the solubilizing substances, which can also have the property of significantly lowering the melting point of the metal oxides, and in combination with the metal oxides to prevent the formation of soft skins, depends essentially on the amount of metal oxides present and the composition of the inert bath content. It is generally not more than 20%, preferably not more than about 12.%.
When performing the method according to the invention, temperatures above 700, namely generally between 730 and 1400 ', are maintained. The hardening of. Tool steels are preferably carried out at temperatures between 730 and 850 'and the hardening of high-speed steels at temperatures of 1000 to 1400', preferably around 1300.
The heating baths used are for hardening high-speed steels, for example made of barium chloride (e.g. 85 parts of the same) in addition to Magne siumoxide (e.g. 2.5 to 7 parts) and borax (crystalline) (e.g. about 9 to 12 parts) and will hold between about 1000 to 1350 'ge. The objects to be treated only require a short heating, the duration of which depends on the size of the pieces, whereupon they can be left on after the quenching.
Since, in contrast to the known methods, the method according to the invention also allows the treatment of complicated workpieces without the risk of decarburization at the highest temperature most favorable for the steel, for example around 1300 C for high-speed steel, it has been shown that a subsequent Tempering treatment, the tempe temperature can also be kept very high, for high-speed steel, for example, between 550 to 580 'and more.
The effect of the method according to the invention is largely due to the fact that the metal oxides prevent decomposition of the halides, for example a mixture of alkali or alkaline earth halides, while the other additives, such as borax, In addition to their dissolving effect, they also take on the task of counteracting decarburization and, in cooperation with the metal oxides, prevent the formation of softness on the hardened material even during subsequent tempering treatment.
For the hardening of high-speed steels comes. As mentioned, in particular the use of alkaline earth chlorides, expediently barium chloride in question, for the tool steel essentially the use of, for example, n atrium chloride and potassium chloride, optionally mixed with barium chloride. The baths can be composed, for example, as follows:
EMI0003.0011
1. <SEP> 71 <SEP> parts of <SEP> barium chloride,
<tb> 20 <SEP> "<SEP> sodium chloride,
<tb> 8 <SEP> borax,
<tb> 1 <SEP> "<SEP> magnesium oxide.
<tb> 2. <SEP> 88.3 <SEP> "<SEP> anhydrous <SEP> barium chloride,
<tb> 6.7 <SEP> "<SEP> Magnesium oxide <SEP> (burnt
<tb> and <SEP> ground),
<tb> 9 <SEP> "<SEP> Borax <SEP> (crystalline).
The method according to the invention ge equips the achievement of special qualities of steels with perfect hardening and with safe avoidance of soft skins in simple and easy to monitor continuous operation. The process is very easy to carry out, since the baths, due to their unlimited shelf life, generally only require the replenishment of quantities of salt which are removed from the bath by evaporation or adhesion losses.