Gegenstand von hoher Hitzebeständigkeit. Es sind Gegenstände, zum Beispiel Heiz- drähte von elektrisch beheizten Ofen bekannt geworden, die aus .Legierungen hergestellt sind, die aus 0,1 bis 11,5% Aluminium, und eventuell bis<B>3070'</B> Chrom, Rest Eisen be stehen. Die Gegenstände aus diesen Legie rungen zeichnen sich dadurch aus, dass sie bei höheren Temperaturen benutzt werden können als solche aus Chromnickel.
Bei Alu miniumgehalten über 12/0,1 lässt die Bearbeit- barkeit der Legierungen sehr zu wünschen übrig, weil von dieser Grenze ab ein neues Strukturelement auftritt, so dass bei 12 Aluminium und darüber nur noch die An- ,vendung in gegossenem Zustand in Betracht kommt. Es ist vorgeschlagen worden, solchen Legierungen mit über 12 % Aluminium korn verfeinernde Elemente zuzusetzen, um die Festigkeit zu steigern und die Bildung von Rissen in den Gussstücken möglichst zu ver meiden. Zu diesem Zweck ist die Verwen dung von Titan, Zirkon, Kobalt, Nickel, Wolfram, Bor, Magnesium und andern Ele menten vorgeschlagen worden.
Es hat sich nun gezeigt, dass die Mehrzahl dieser Ele mente zwar im Gusszustand kornverfeinernd wirkt, aber auf die Hitzebeständigkeit der Legierungen verschlechternd einwirkt, weil durch den Zusatz der meisten dieser Elemente die dichte, verhältnismässig festhaftende Schicht aus Aluminiumoxyd und Chromoxyd beeinflusst wird und eine pulverige, leicht abbröckelnde Ogydschiclht erhalten wird.
Auf Grund zahlreicher Versuche hat sich nun gezeigt, .dass die Lebensdauer und die Hitzebeständigkeit von Gegenständen aus walzbaren Eisenlegierungen mit 0,1 bis 11,5 % Aluminium, die gegebenenfalls noch bis zu 30 % Chrom, sowie geringe Zu sätze an Mangan und Silizium (bis 2 bezw. 1 %) enthalten können, wesent lich verbessert werden, wenn. man zu diesen Legierungen 0,05 bis 2 % mindestens eines Metalles zusetzt,
dessen Oxyd mit den Oxyden. der Oxydhaut dieser Legierungen Mischkristalle von sehr hohen Schmelztem peraturen zu bilden vermag. Derartige Metalle sind die Erdalkalimetalle, Beryllium. Magnesium, Calcium, Strontium und Barium der zweiten Gruppe des periodischen Systems der Elemente und die Metalle der seltenen Erden der dritten Gruppe des periodischen Systems der Elemente.
Die Tatsache, dass ein Element im Gusszustand kornverfeinernd wirkt und damit der Rissbildung beim Giessen und Walzen entgegenwirkt, sagt nichts darüber aus, wie das Gefüge nach Ver arbeitung durch Walzen, Ziehen und der gleichen und namentlich nach längerer Er hitzung auf hohe Temperaturen aussieht.
Zu erwarten war, dass bei längerem Gebrauch bei hohen Temperaturen infolge Diffusionswir kung das Zusatzelement nach der Oberfläche diffundieren und dort laufend wegoxydieren würde, wodurch sich im Innern des Heiz- leiters oder eines andern auf hohe Temperatur zu erhitzenden Gegenstandes infolge Ver armung an dem Zusatzelement ein grobes Gefüge ausbilden und damit die Hitzebestän digkeit herabgesetzt werden würde.
Wider Erwarten tritt dies bei Zusatz von Erdalkali oder Erdmetallen nicht ein, was vielleicht dar auf zurückzuführen ist, dass die Erdalkali metalle oder die Metalle der seltenen Erden nicht als, solche homogen gelöst sind, sondern eine intermetallische Verbindung bilden, die nicht zur Diffusion neigt.
Ein Zugsatz von Magnesium war bekannt als Desoxydationsmittel zu Chromnickel- Eisenlegierungen, die geringe Mengen an Aluminium und mindestens 20 % Nickel ent halten, die bei niedrigen Temperaturen korro sionsbeständig sein und beispielsweise den korrodierenden Wirkungen: von Säuren widerstehen sollten. Von einem Einfluss@ des Magnesiums auf die Hitzebeständigkeit war jedoch auch im Zusammenhang mit solchen Legierungen nichts. bekannt.
Der Zusatz von Elementen wie Magne sium, Calcium, Cer oder eines andern der oben genannten Elemente, hat nun weiter .den grossen Vorteil, dass die Oxyde der gebildeten Oxydhaut Mischkristalle mit den Oxyden dieser Elemente zu bilden imstande sind, die sehr hohe Schmelztemperaturen haben, jeden falls wesentlich höhere als die Gemenge von Chromoxyd, Aluminiumoxyd und Oxyden der Schwermetalle.
Der Einfluss, von Zusätzen der ErdalkaIi- metalle der II. Gruppe des periodischen Systems der Elemente oder der Erdmetalle ,der III. Gruppe des. periodischen Systems der Elemente auf die Farbe der sich bildenden Oxydsehicht ist deutlich zu erkennen.
Ver setzt man zum Beispiel eine Legierung von 30% Chrom, 5 % Aluminium, Rest Eisen ausserdem mit 0,2 biss 0,5 % Calcium, so ent steht nach Glühung bei hoher Temperatur eine Oxydschicht, welche wesentlich weisser ist, als die .der calciumfreien Legierung. Hierin drückt sich unmittelbar das Fehlen der Schwermetalloxyde in -der -Ogydhaut aus.
Durch den Zusatz des Erdalkali- oder Erdmetalles wird nun im übrigen die Lebens dauer wesentlich gesteigert; so erreicht zum Beispiel eine Probespirale von 0,3 mm star kem Draht aus. einer Legierung von 28,85 Chrom,<B>5,55%</B> Aluminium und<B>0,62%</B> Sili zium bei abwechselndem Ein- und Ausschal ten für je zwei Minuten bei 1200 eine Lebensdauer von 22,5 Stunden, während eine Spirale aus .derselben Legierung mit einem Zusatz von 0,5 % Calcium unter denselben Verhältnissen eine Lebensdauer von 35 Stun den hat.
Es kann in gewissen Fällen zweckmässig sein, Zusätze von verschiedenen Erdalkali- oder Erdmetallen gleichzeitig zu machen, zum Beispiel Magnesium und Calcium, oder Cal cium: und Cer. Diese Verhältnisse richten sich in erster Linie nach den Erfahrungen der verschiedenen Betriebe, da das Zusetzen .der stark oxydablen Erdalkali- oder Erdme- talle zweckmässig in ,der Pfanne oder im Giessstrahl erfolgt.
Hitzebeständige Gegenstände nach der Er findung können dadurch hergestellt werden, dass, man eine Eisenlegierung mit 0,1. his 11,5 % Aluminium und gegebenenfalls bis zu <B>30%</B> Chrom, sowie mit 0,05 bis 2 % minde- stens eines Metalles,dessen Oxyd mit den übrigen Oxyden der Oxydhaut der Legierung Mis-ehkristalle: von sehr hohen Schmelztempe raturen zu bilden vermag, herstellt, und dass man die so gebildete Legierung dann einer Formung unterwirft.
Das Einbringen mancher der erwähnten Metalle, zum Beispiel Magnesium und Cal cium in hochschmelzende Legierungen ist sehr schwierig, weil zum Beispiel Magnesium bei 1500 C: bereits stark verdampft und verbrennt.
Will man zu einer Eisen-Chromlegierung Magnesium vordem Giessen zusetzen, so ist auch die übliche Technik, ein Stück Mag nesium an einen Stab zu binden und schnell in die Schmelze zu tauchen, nicht durchführ bar, da die Schmelze dabei explosionsartig aus dem Tiegel oder dem Ofen geschleudert wird.
Bei nickelhaltigen Legierungen hat man sich bisher so geholfen,, da3 man Nickel-Mag- nesium-Vorlegierungen verwandt hat, die infolge ihrer niedrigen Schmelzpunkte und der geringen Magnesium-Konzentration sich verhältnismässig leicht legieren lassen.
Es hat sich nun bezeigt, dass man über raschend einfach das Magnesium zu der Le gierung zufügen kann, wenn man es mit dem Aluminium, das ein. Bestandteil der Legie rung werden soll, legiert, wobei man sich zweckmässig der eutektischen Zusammen setzung nähert. Diese Legierung hat den Vor teil, dass sie noch leichter schmilzt als Alu minium, und dass, sie sich leicht legiert, so dass der Abbrand an diesen beiden Elementen sehr gering ist.
Ebenso, verwendet man zweckmässig, um Calcium zuzusetzen, eine Aluminiumea1,cium- legierung etwa. von der eutektischen Zusam mensetzung.
Erfahrungsgemäss können zum Beispiel folgende Legierungen mit Vorteil benutzt werden: Aluminium mit 35/"o' Magnesium (Schmelz punkt 452 Aluminium mit. 9 % Calcium (Schmelzpunkt 616'). Stehen die beiden Komponenten in der Vorlegierung nicht in dem Verhältnis, in welchem sie in der fertigen Legierung zu einander stehen sollen, so, wird noch reines Aluminium zugesetzt.
Bei Zusatz von Magnesium oder Calcium kann man den Aluminiumgehalt senken, und zwar in gewissen Fällen um mehr als die Menge des zugesetzten Magnesiums oder Calciums. So zeigen bereits Gegenstände aus Legierungen mit weniger als 1 % Aluminium und etwa 0,1 % Magnesiumzusatz hohe Hitze beständigkeit.
In den Fällen, in denen ein, geringer Nickelgehalt in der Legierung zulässig ist, kann man an Stelle der vorstehend erwähnten eutektischen Aluminiumlegierungen Nickel- vorlegierungen benutzen und beispielsweise Magnesium in Form von Magnesiumniekel in die Schmelze eintragen.
In ähnlicher Weise wie die Erdalkali- metalle wirken auch, wie schon oben erwähnt, die seltenen Erdmetalle, insbesondere das Cer, günstig auf die Lebensdauer von Gegenstän- den, aus hitzebeständigen Aluminium-Eisen- legierungen und Aluminium-Chrom-Eisen- legierungen ein.
Beispielsweise hat sich gezeigt, dass, bei 121001' die Lebensdauer, dae heisst die Zeit bis. zum Durchbrennen einer Probespirale aus einer Legierung aus ss0 Chrom, 5 % Aluminium, Rest Eisen auf etwa das Dreifache gesteigert werden konnte, da: durch, dass, man dieser Legierung 0,2 % Cer zusetzte. Dabei kann das. Cer zweckmässig in Form des sogenannten "Cermis,chmetalles" zugefügt, werden.
Dieses Mischmetall enthält ausser Cer noch in kleinen wechselnden Men- gen. Metalle anderer seltenen Erden zum Bei spiel Lanthan, Dysprosium (D'y). Die Menge der zuzusetzenden Erdmetalle beträgt zweck mässig 0,0,5 bis. 2 %.
Auch die seltenen Erdmetalle werden am besten kurz vor dem Giessen zugesetzt, um einen Abbrand an .diesen Elementen so weit wie möglich zu vermeiden. Die seltenen Erd- metalle werden zum Beispiel in die Giess- pfanne eingetragen oder in den Giessstrahl eingeführt.