Verfahren zur Wärmebehandlung von metallischen Gegenständen in Salzsehmelzbädern. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von metallischen Gegen ständen, z. B. aus Eisen, Stahl, Kupfer, Mes sing, Bronze oder Nickel, in Cyanverbindun- gen, wie Cyanide und dergleichen, enthalten den Salzschmelzbädern.
Es ist bekannt, Wärmebehandlungen von Metallen in Salzschmelzbädern durchzufüh ren und durch Zufügung von Alkalimetall- cyaniden oder andern Cyanverbindungen un- erwvünschte Nebenwirkungen der Bäder, wie zum Beispiel Entkohlung von Stahl oder Oxydation von leicht oxydierbaren Metallen oder Metallegierungen, zu verhüten.
Bei be triebsmässigem Arbeiten ist es sehr schwer und mitunter praktisch unmöglich, die Schmelzbäder durch Regelung des Cyanid- gehaltes und dergleichen Massnahmen stän dig in einem Zustand zu erhalten, durch welchen unerwünschte Nebenwirkungen, wie Entkohlen, Aufkohlen, Oxydationswirkun gen der behandelten Metalle, mit Sicher heit vermieden werden.
Setzt man zum Beispiel einem für die Wärmebehandlung von Stahl bestimmten Bad eine solche Menge von Natriumcyanid zu, dass seine aufkohlende Wirkung der entkohlenden Wirkung der Salzschmelze genau entspricht, so nimmt beim Betrieb des Bades die aufkohlende Wir kung bald ab, was ein Entkohlen der dann behandelten Stähle zur Folge hat. Wird da gegen mehr Cyanid zugegeben, so erfolgt Ze mentierung der behandelten Stähle. Beson dere Schwierigkeiten bestehen dann, wenn es sich um die Hitzebehandlung dünner Stahl gegenstände, z. B. dünner Bleche oder Fein stahldrähte, handelt.
Durch Einwirkung von Schmelzen mit entkohlender Wirkung ist die Gefahr gegeben, dass derartige Gegenstände weitgehend, gegebenenfalls völlig entkohlt werden und durchaus andere Eigenschaften erlangen. Üben dagegen die Schmelzen eine zementierende Wirkung aus, so ist die Ge fahr gegeben, dass das Blech in unerwünsch ter Weise, gegebenenfalls durch und durch aufgekohlt wird. Auf genannten Gründen war es bisher praktisch unmöglich. Bleche und Drähte aus Stahl und Eisen der Wärme- belhandlung in Salzschmelzbädern in befrie digender Weise zu unterwerfen.
Erfindungs gemäss werden die zu behandelnden metalli schen Gegenstände, insbesondere solche aus Eisen und Stahl, in Salzschmelzbädern er hitzt, die Cyanide oder ähnlich wirkende Cyanverbindungen enthalten mit der Mass gabe, dass das Behandlungsbad unter einer nichtoxydierenden Atmosphäre gehalten wird. Die Erfindung beruht auf der Erkennt nis, dass Entkohlungen und andere nachtei lige Wirkungen der Salzschmelzbäder auf die behandelten Metalle wesentlich dadurch be dingt sind, dass die Schmelzbäder mit Luft in Berührung kommen und hierdurch Sauer stoff in die Schmelze eingeführt wird. Durch die Erzeugung einer nichtoxydierenden Atmo sphäre im Oberteil des Behandlungsgefässes ist man in der Lage, den Zutritt von Luft sauerstoff zu der Schmelze zu verhüten und hierdurch erhebliche Vorteile zu erzielen.
Zur Erzeugung der nichtoxydierenden Atmo sphäre kann man nichtoxydierende Gase, die sich gegenüber dem zu behandelnden Metall inert verhalten, wie z. B. Stickstoff, Wasser stoff und dergleichen, verwenden. Bekanntlich besitzen Cyanide stark auf kohlende und nitrierende Wirkung auf Eisen und Stahl. Überraschenderweise hat sich ge zeigt, dass Aufkohlungen und auch Nitrierun- gen bei der Behandlung von Eisen- oder Stahlgegenständen praktisch verhindert wer den können, wenn das Schmelzbad gemäss Erfindung durch eine Atmosphäre von nicht oxydierenden Gasen geschützt ist.
Man ist infolgedessen in der Lage, die Wärmebehand lung in solchen Salzsehmelzbädern durchzu führen, welche grössere Mengen von Cyanid oder andern Cyanverbindungen enthalten, also Bäder zu verwenden, in denen überschüs siges Cyanid auf Vorrat vorhanden ist. Es hat sich weiterhin gezeigt, dass man dünne Eisen- oder Stahlgegenstände, wie Bleche, Drähte usw., der Wärmebehandlung in Salz schmelzbädern gemäss Erfindung unterwerfen kann, ohne ihren Kohlenstoffgehalt zu än dern.
Zur Herstellung der Schmelzbäder kann manAlkalimetallhalogenide und Alkalimetall- carbonate sowie Mischungen dieser Salze verwenden. Erdalkalimetallsalze können zwar mitverwendet werden, sind aber im allgemei nen weniger empfehlenswert, da sie bei frisch angesetzten Bädern Veranlassung zu Aufkoh- lungen geben können. Bei Mitverwendung von Erdalkalisalzen empfiehlt es sich infolge dessen, frisch angesetzte Bäder zunächst einige Zeit auf Arbeitstemperatur zu erhitzen und erst dann mit der Wärmebehandlung zu beginnen. Oxydierend wirkende, Sauerstoff oder Schwefel enthaltende Salze, wie Nitrate, Chromate usw., sind im allgemeinen nicht ge eignet.
Als Zusatzstoffe können Alkalimetall und Erdalkalimetalleyanide und -cyanamide, Polymere der Blausäure, des Cyanamids oder des Dicyanamids usw. verwendet werden. Es können auch mehrere Cyanverbindungen gleichzeitig zugesetzt werden.
Der Gehalt der Bäder an Cyanverbindun- gen kann innerhalb weiter Grenzen schwan ken. Sie können zum Beispiel 0,5 bis 40 Gew.-% an Natriumcyanid und mehr ent halten. Bäder gemäss Erfindung können zum Beispiel folgende Zusammensetzung haben: 1. 10-30 Gew.- % Natriumcyanid, Rest Natriumcarbonat;
2. 2-20 Gew.- % Natriumcyanid, Rest gleiche Teile Natriumcarbonat und Kalium- carbonat; 3. . 2-20 Gew.- % Natriumcyanid, 20 Gew.- % Natriumchlorid, 30 Gew.- % Kalium chlorid, 50 Gew.-% Bariumchlorid; 4. wie 3., jedoch an Stelle von Natrium- cyanid 0,05 bis 0,5 Gew.-% polymerisierte Blausäure.
Für die Erzeugung der sauerstofffreien Atmosphäre kann man Gase, wie Stickstoff oder Wasserstoff, ferner gasförmige Kohlen wasserstoffe, ferner Edelgase, wie z. B. Ar gon, Krypton, Helium, gegebenenfalls auch Ammoniak verwenden. Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd sind nicht geeignet. Die Gase werden vorteilhaft in völlig trockenem Zu stand verwendet, da Anwesenheit von Was serdampf Veranlassung zu oxydierenden Wirkungen geben kann. Auch Mischungen verschiedener Gase können Verwendung finden.
Die Wirkung des Arbeitens unter einer sauerstofffreien Atmosphäre geht aus folgen den Vergleichsversuchen hervor: Musterstücke von kalt gewalzten Stahl stäben mit 1,6061 cm2 Querschnitt wurden 30 Minuten lang bis 800 in Schmelzbädern, die nur aus Natriumcyanid bestanden, be handelt. Im einen Fll wurde das Cyanid in einem luftdichten Gefäss unter Stickstoff (99,8ö) eingeschmolzen und das Bad wäh rend der Behandlung der Stahlstäbe unter der Stickstoffatmosphäre gehalten. Im an dern Fall wurde der Luft während der Be handlung der Stahlstäbe der Zutritt gestattet. Die unter Luftzutritt behandelten Muster stücke zeigten eine für das unbewaffnete Auge klar sichtbare Härteschicht. Die unter dem Mikroskop gemessene Härtetiefe betrug 0,0125 cm.
Die erfindungsgemäss behandelten Musterstücke zeigten keine für das unbewaff nete Auge sichtbare Härteschicht. Unter dem Mikroskop bei 100facher Vergrösserung zeig ten diese Muster eine ganz geringfügige Härteschicht, die aber zu klein war, um ge messen werden zu können.
In Ausübung der Erfindung kann man zum Beispiel derart verfahren, dass man die Wärmebehandlung in Gefässen durchführt, die mit gut passenden Deckeln versehen sind, welche Öffnungen für die Zufuhr des nicht oxydierenden Gases und für die Einführung und Ausführung der zu behandelnden Gegen stände besitzen. Beim Einbringen oder Her ausnehmen der Gegenstände durch die hierfür vorgesehenen, zweckmässig klein zu halten den @Offnungen wird ein dauernder Strom des nichtoxydierenden Gases eingeleitet, um Luftzutritt zu verhindern. Während der Wäxmebehandlung können die Öffnungen fest geschlossen gehalten werden.
Es emp fiehlt sich, auch in Arbeitspausen das Schmelzbad unter nichtoxydierender Atmo- sphäre zu halten, um die Aufnahme von Sauerstoff oder andern-oxydierenden Gasen durch die Schmelze zu verhindern.
Blechstreifen, z. B. solche aus Stahlblech, werden mit Vorteil derart behandelt, dass man die Streifen ununterbrochen mit solcher Ge schwindigkeit durch das Schmelzbad führt, dass die erforderliche Erhitzung bis zum Ver lassen des Bades erzielt ist. Hierfür ver wendet man zweckmässig Gefässe mit dicht schliessenden Deckeln, welche an einander gegenüberliegenden Seiten mit engen Schlit zen für den Durchgang des Blechstreifens versehen sind. Die Zuführung und Abfüh rung des Streifens wie auch die Bewegung im Bad kann durch geeignete Führungs organe, z. B. Laufrollen, erfolgen.
Gleich zeitig wird nichtoxydierendes Gas in den Raum unterhalb des Deckels mit solcher Ge- schwindigkeit eingeführt, dass das Eindrin gen von Luft durch die Deckelöffnungen ver hindert wird.
Mit Vorteil wird derart gearbeitet, dass das aus der Schmelze kommende Behand lungsgut, z. B. Stahlstreifen, abgekühlt wird, bevor es mit der Aussenluft in Berührung kommt. Dies kann zum Beispiel derart ge schehen, dass man den Abstand zwischen Oberfläche der Schmelze und Deckel, die Laufgeschwindigkeit des Stahlstreifens und die Zufuhr von nichtoxydierendem Gas so bemisst, dass die erwünschte Abkühlung in dem Oberteil des Behandlungsgefässes er folgen kann. Stahlbänder sollen im allge meinen auf Temperaturen unter 200, vor zugsweise unter<B>100',</B> abgekühlt werden, bevor sie das Behandlungsgefäss verlassen und mit Luft in Berührung kommen.
Zur ununterbrochenen Behandlung von Stahl streifen kann man Schmelzen der oben be schriebenen Zusammensetzung verwenden. Das Bad kann auf einer Temperatur, welche zwischen dem Schmelzpunkt des Salzge misches und<B>900',</B> gegebenenfalls auch höher liegt, gehalten werden. In gleicher Weise wie Stahlstreifen können zum Beispiel auch Drähte behandelt werden. Die Erfindung eignet sich auch für die Wärmebehandlung von und deren Legierungen, insbesondere solcher, die leicht oxydierbar sind, wie z. B. Kupfer, Messing und dergleichen. Durch Anwendung der Erfindung kann man Oberflächenoxyda tionen und infolgedessen auch sonst übliche Nachbehandlungen, z. B. zur Entfernung von Schuppen oder Beseitigung von Verfärbun gen, vermeiden.
Das Verfahren kann, all gemein gesprochen, bei den verschiedensten Wärmebehandlungstemperaturen, z. B. sol chen zwischen 450 bis 900 , ausgeführt werden.