Zweiphasiges Abschreckmittel und Verwendung desselben Die Erfindung betrifft ein zweiphasiges Abschreck- mittel und dessen Verwendung zum Abschrecken von Metallen, insbesondere von Stahl.
Die mechanischen Eigenschaften der für die Her stellung von Formgegenständen verwendeten Metalle, wie Eisen, Kupfer, Nickel, Aluminium, Magnesium, Zink, Gold, Silber, Blei und Zinn und ihre Legie rungen, können durch verschiedene bekannte Verfahren der Wärmebehandlung modifiziert werden, wobei das Metall auf irgendeine bestimmte Temperatur erwärmt und dann gekühlt wird. Bei vielen derartigen Wärme behandlungsverfahren wird das heisse Metall mehr oder weniger schnell gekühlt, und derartig rasche Abküh lungsverfahren sind allgemein als Abschrecken be kannt. Im allgemeinen wird das Abschrecken durch Eintauchen des heissen Metalls in ein Bad einer Flüssig keit, wie Wasser oder Öl, durchgeführt.
Ein übliches Abschreckverfahren ist das Abschrecken von Stahl in Wasser oder anderen wässrigen Flüssigkeiten oder in Öl.
Da Stahl das Metall ist, das am häufigsten abge schreckt wird, bezieht sich die nachfolgende Beschrei bung der vorliegenden Erfindung in erster Linie auf Stahl, obgleich festzustellen ist, dass die Erfindung in keiner Weise auf das Abschrecken von Stahl beschränkt ist.
Das Erhitzen von Stahl auf hohe Temperaturen hat die Umwandlung von Stahl in Austenit, eine feste Lö sung von Kohlenstoff in flächenzentriertem kubischen Eisen, zur Folge. Beim nachfolgenden schnellen Abküh len (Abschrecken) wandelt sich Austenit in Martensit um, eine harte, spröde Form von Stahl, welche, wenn sie in geeigneter Weise getempert wird, die Kombi nation von Festigkeit und Zähigkeit besitzt, die gewöhn lich dem Stahl eigen ist.
Kühlt man langsamer ab, als es zur Bildung von Martensit erforderlich ist, führt dies zur Umwandlung von Austenit in weniger er wünschte Strukturen, wie Gemische von Perlit und Bainit, bei Temperaturen oberhalb der Temperatur der Martensitbildung.
Die Härte eines Stahls im Martensitzustand hängt zum grössten Teil von dem Kohlenstoffgehalt des Stahls ab. Legierungselemente werden zu wärmebehan- delbaren Stählen zugegeben zu dem Zweck, die Ab kühlungsgeschwindigkeit zu verringern, die erforderlich ist, um sicherzustellen, dass vollständig martensitische Strukturen erhalten werden. In einem Teil, der ab geschreckt wird, nimmt die Abkühlungsgeschwindigkeit mit zunehmender Entfernung von der Oberfläche, die abgeschreckt wird, ab.
Aus diesem Grund begrenzen die Legierungselemente die Grösse eines Teiles, welcher zu einer völlig martensitischen Struktur abgeschreckt werden kann, oder mit anderen Worten, die Härtbarkeit des Stahls. Hochlegierte Stähle haben hohe Härtbarkeit, und ein Teil daraus mit einer gegebenen Grösse härtet durch und durch bei einer verhältnismässig niedrigen Abkühlungsgeschwindigkeit; jedoch sind hochlegierte Stähle teuer.
Anderseits erfordern billigere, niedrig le gierte oder unlegierte Kohlenstoffstähle wegen ihrer geringen Härtbarkeit eine höhere Abkühlungsgeschwin digkeit, um eine vollständige Härtung eines gegebenen Teils zu erreichen. Bei dem stärkeren Abschrecken (höhere Abkühlungsgeschwindigkeit) können aber Ver ziehen und Abschreckrisse auftreten.
Ein Abschreckungsverfahren kann zweckdienlich als aus drei Stufen bestehend beschrieben werden: 1. In der ersten Stufe oder Dampfabdeckstufe ist die Temperatur des Metalls so hoch, dass das Ab schreckmedium an der Oberfläche des Metalls verdampft wird und ein dünner stabiler Dampffilm den Teil um gibt. Die Dampfumhüllung wirkt als Isolierung, und die Abkühlung findet in erster Linie durch Abstrahlen durch den Dampffilm statt. Die Abkühlungsgeschwindigkeit ist während dieser Stufe verhältnismässig gering.
2. Die zweite Stufe oder Dampfsiedestufe beginnt, wenn sich das Metall auf eine solche Temperatur ab gekühlt hat, dass der Dampffilm nicht mehr stabil ist. Das Abschreckmedium neigt dann dazu, die Oberfläche des Metalls zu benetzen, und es .erfolgt ein heftiges Sieden. Die Wärme wird aus dem Metall mit sehr grosser Geschwindigkeit als latente Verdampfungswärme entfernt. In dieser Stufe ist die Abkühlung am schnellsten.
3. Die dritte Stufe oder Kontaktstufe beginnt, wenn die Oberflächentemperatur des Metalls auf den Siede punkt oder -bereich der Abschreckflüssigkeit gesenkt ist. Unterhalb dieser Temperatur hört das Sieden auf, und ein langsames Abkühlen findet durch Leitung oder Konvektion statt. Die Abkühlungsgeschwindigkeit ist in der dritten Stufe am niedrigsten.
Wasser, wässrige Lösungen, geschmolzene Salze, Öl und Ölemulsionen sind einige der Materialien, die als Abschreckmedien bisher verwendet wurden. Obgleich Wasser und wässrige Lösungen von anorganischen Salzen die ältesten und billigsten Abstreckmedien sind und eine maximale Härtbarkeit verleihen, weil sie die höch sten Anfangsabschreckgeschwindigkeiten haben, haben sie den Nachteil, dass die hohen Abschreckgeschwindib keiten bis zu niedrigen Temperaturen bestehen bleiben, was Sichwerfen,
Verziehen, Sprödigkeit, ungleiche Härte und Rissbildung zur Folge hat. Der niedrige Siedepunkt von Wasser ist für diese Eigenschaften verantwortlich.
Wenn Abschrecköle verwendet werden, ist die Dauer der Dampfabdeckstufe länger; die Abkühlungsgeschwin digkeit in der Siedestufe ist geringer, und die Dauer der Siedestufe ist kürzer. Wegen diesen Eigenschaften ist das Abschrecken mit Ölen weit weniger drastisch als das Abschrecken mit Wasser, weil der Übergang von der zweiten Stufe (Siedestufe) in die dritte Stufe (Kontaktstufe) allmählicher erfolgt und das Verziehen verringert wird. Infolgedessen haben Ölemulsionen oder verschiedene Öle, wie Fisch- und Meerestieröle, tie rische Öle, Mineralöle und ihre Gemische, wässrige Ab schreckmittel weitgehend verdrängt.
Obgleich die Ab schrecköle und -ölemulsionen die während der Härtens gebildeten inneren Spannungen zum Teil verringern und obgleich die Neigungen zur Abschreckrissbildung verringert werden, können die in solchen Medien ab geschreckten Metalle nicht völlig härten, wie sie es tun würden, wenn sie in wässrigen Medien abgeschreckt würden, weil die Abschreckungsgeschwindigkeit der artiger Abschreckmittel wesentlich geringer ist, was die Bildung von Gemischen der weicheren Produkte der Umwandlung bei höheren Temperaturen ermög licht.
Ausserdem neigen Öl und Ölemulsionen bei er höhten Temperaturen dazu, sich zu oxydieren, Schlamm zu bilden, einzudicken, abgebaut zu werden und sich zu zersetzen, was die Lebensdauer solcher Abschreck- mittel wesentlich herabsetzt, sie in der Verwendung un bequem macht und Ergebnisse erbringt, die nicht gleich mässig sind. Die Entflammbarkeit der Öle ergibt auch eine grosse Feuergefahr beim Abschrecken, und dem gemäss wurde schon lange nach einem Ersatz für Ölabschreckmittel gesucht, jedoch bisher ohne viel Er folg.
Ein solches optimales Abschreckmittel müsste der art sein, dass es in den ersten Abschreckstufen die Ab kühleigenschaften eines starken Abschreckmittels hat, aber in dem niedrigen Temperaturbereich, in welchem die Umwandlung in Martensit stattfindet, die niedrigere Abkühlungsgeschwindigkeit eines weniger starken<B>Ab-</B> schreck-mittels hat.
Die hohe Anfangsabkühlungsge- schwindigkeit würde es ermöglichen, Stähle mit ge ringer Härtbarkeit zu verwenden, während die geringe Abkühlungsgeschwindigkeit während der Umwandlung die thermischen Gradienten verringern würde, welche Verziehen und Abschreckrissbildung verursachen. Ausser- dem müsste die optimalen Abschreckmedien im Gebrauch beständig und feuerhemmend sein.
Um Ergebnisse zu erhalten, die den Ergebnissen nahekommen, welche beim Abschrecken mit optimalen Abschreckmitteln zu erwarten sind, wurde bereits vor geschlagen, Metalle in der angegebenen Reihenfolge so wohl in Wasser als auch in Öl abzuschrecken, um auf diese Weise den Vorteil der hohen Abschreckgeschwin- digkeit von Wasser für die Anfangsstufen mit der nach folgenden geringeren Abschreckgeschwindigkeit von Öl auszunützen, um die wünschenswerten Eigenschaften, welche nur mit Öl erhältlich sind, zu erzielen, Jedoch ist es zum Abschrecken mit einem zweiphasigen Mittel aus Wasser und Öl erforderlich,
jede Phase in einem getrennten Abschreckbehälter aufzubewahren, weil bei Verwendung eines einzigen Abschreckbehälters das Öl auf dem Wasser schwimmen würde, was keinen Vor teil einbrächte. Anderseits hat die Verwendung zweier getrennter Abschreckbehälter viele praktische Nachteile, welche eine derartige Anwendungsform in der Praxis verhindert haben.
Ziel der Erfindung ist daher ein neues und ver bessertes zweiphasiges Abschreckmittel, das beim Här ten von Gegenständen aus Stahl und anderen Metallen in einem Ausmass wirksam ist wie normalerweise wässrige Abschreckmedien und doch kein Verwerfen und keine Rissbildung und andere Schäden ergibt, wie dies bei Wasser als Abschreckmedium im Gegensatz zu Öl eintritt.
Das neue Abschreckmittel weist die Vorteile von Öl im Hinblick auf die Qualität der ab geschreckten Gegenstände auf, ist aber im Unterschied zu Öl extrem feuerhemmend und aus diesem Grunde günstiger als Öl. Insbesondere ist eine Phase des Ab schreckmittels eine wässrige Phase, aber diese wässrige Phase ist die obere Phase.
Das neue Abschreckmittel zur Verwendung bei der Wärmebehandlung von Me tallen hat keine Feuergefährlichkeit, -- keine lästige Geruchsbildung, keine Rauch- oder Schaumbildungs- probleme und hat eine im wesentlichen gleichmässige Abschreckwirkung während langer Verwendungszei ten, eine lange Lebensdauer, verursacht geringe Kosten und kann bei verschiedenen Temperaturen verwendet werden, um verschiedene vorteilhafte Abschreckge- schwindigkeiten zu erzielen.
Das zweiphasige Abschreckmittel gemäss der Er findung, das nicht die praktischen Nachteile eines Wasser-und-Öl-Systems hat, aber doch die er wünschten Eigenschaften eines solchen Systems hat, ist dadurch gekennzeichnet, dass es a) eine obere, wässrige Phase und b) eine untere Phase, die chloriertes Biphenyl enthält, welches ungefähr 20 bis ungefähr 60 Gew. ö gebun denes Chlor enthält, aufweist.
Ein solches Mittel bietet den Vorteil einer anfänglichen wässrigen Ab schreckung mit hoher Geschwindigkeit mit nachfolgen der langsamer Abschreckung mit einer Geschwindig keit, die für die Ölabschreckung typisch ist, wobei ein einziger Abschreckbehälter verwendet werden kann, weil chloriertes Biphenyl schwerer als Wasser und Medien auf Basis von Wasser ist und daher die untere Phase ist.
Andere Vorteile des neuen zweiphasigen Ab schreckmittels gemäss der Erfindung, die im folgenden klarer werden, sind grosse Feuerbeständigkeit, gute Beständigkeit gegen Oxydation und thermische Ein flüsse, Hydrolysenbeständigkeit der unteren Phase, wo durch sich gleichmässige Abschreckgeschwindigkeiten während langer Zeit und geringe Kosten ergeben.
Ein weiterer Vorteil ist, dass das zweiphasige Abschreck- mittel gemäss der Erfindung die Verwendung von billi gen Metallen anstelle von teuren Legierungen erlaubt, weil die gleiche Härtungstiefe wie mit einem Ölab- schreckmittel erhalten werden kann, die unerwünsch ten Ergebnisse, die mit einer wässrigen Abschreckung verbunden sind, wie Verziehen und Rissbildung, jedoch vermieden werden. Ebenso kann das zweiphasige Ab schreckmittel gemäss der Erfindung für die Einsatz härtung und Karburierungsverfahren verwendet wer den.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Abschreckmittels zum Abschrecken von Metallen, da durch gekennzeichnet, dass man einen erhitzten Metall gegenstand während einer Zeit, welche ausreicht, um den erhitzten Gegenstand partiell abzuschrecken, mit der oberen, wässrigen Phase in Berührung bringt und den Gegenstand darauf mit der unteren Phase, die chloriertes Biphenyl enthält, in Berührung bringt.
Die Zeit, während der eine Gegenstand in der wässrigen Phase gehälten wird, hängt vom Querschnitt des Gegen standes, seiner Zusammensetzung und der gewünschten Härtungstiefe in der im folgenden näher beschriebenen Weise ab. Eine weitere Steuerung des Abschreckprozes- ses kann auch durch Regelung der Temperatur sowohl der wässrigen als auch der organischen' Phase erzielt werden, wobei man so weit gehen kann, das Abschrek- ken und das Tempern in einem Arbeitsgang auszuführen.
Zum Inberührungbringen eines Gegenstandes mit einem Abschreckmittel sind die verschiedensten Mittel, wie sie üblicherweise vom Fachmann verwendet wer den, anwendbar. So kann beispielsweise die Wasser phase versprüht werden, oder man kann jede Phase über den Gegenstand, der abgeschreckt werden soll, fliessen lassen, oder man kann den Gegenstand in jede Phase eintauchen.
Chloriertes Biphenyl, welches ungefähr 20 bis un gefähr 60 Gew. % gebundenes Chlor enthält, ist für das Abschreckmittel gemäss der Erfindung brauchbar, jedoch wird chloriertes Biphenyl, welches ungefähr 40 bis ungefähr 50 Gew.% gebundenes Chlor enthält, be vorzugt, weil es Abschreckmedien mit den für die Ver- wendung bei üblichen Abschrecktemperaturen am be sten geeigneten Viskositätseigenschaften hat.
Chlorier tes Biphenyl ist im Handel erhältlich in der Form von Produkten, welche ungefähr 21, 32, 42, 48, 54 oder 60 % gebundenes Chlor enthalten und annähernd Mono-, Di-, Tri-, Tetra-, Penta- und Hexachlorbiphenyl entsprechen.
Als chloriertes Biphenyl, welches unge fähr 40 bis ungefähr 50 % gebundenes Chlor enthält und chloriertes Biphenyl, welches ungefähr 20 bis un gefähr 60 % gebundenes Chlor enthält können nicht nur diese chlorierten Produkte verwendet werden, son dern ebenso Gemische aus einem oder mehreren der chlorierten Biphenyle, wobei der Gesamtchlorgehalt im Bereich von etwa 20 bis etwa 60 %, vorzugsweise im Bereich von etwa 40 bis etwa 50 GewA liegt.
Bei spielsweise kann chloriertes Biphenyl, welches einen Ge samtgehalt von 45 GewA gebundenem Chlor hat, für die Zwecke der Erfindung in wirksamer Weise herge stellt werden durch Zusammenmischen von 50 Gew.- Teilen chloriertem Biphenyl, welches 42 GewA gebun denes Chlor enthält, und 50 Gew.-Teilen chloriertem Biphenyl, welches 48 Gew. % gebundenes Chlor ent hält.
In gleicher Weise kann zur weiteren Erläuterung chloriertes Biphenyl, welches einen Gesamtgehalt von 58 GewA gebundenes Chlor enthält, für die Zwecke der Erfindung hergestellt werden durch Zusammen mischen von 25 Gew.-Teilen chloriertem Biphenyl, wel ches 52 GewA gebundenes Chlor enthält, und 75 Gew.- Teilen chloriertem Biphenyl, welches 60 Gew. % ge bundenes Chlor enthält.
Daher kann für die Zwecke der Erfindung chloriertes Biphenyl, welches ungefähr 20 bis ungefähr<B>60%</B> oder vorzugsweise ungefähr 40 bis ungefähr 50 GewA gebundenes Chlor enthält, ent weder durch direkte Chlorierung von Biphenyl, um den gewünschten Gehalt an gebundenem Chlor zu er halten, hergestellt werden, oder ein zufriedenstellendes Material kann erhalten werden durch Zusammenmischen von zwei oder mehr chlorierten Biphenylen, wobei sich ein Gemisch von chloriertem Biphenyl ergibt, welches eine wirksame Menge von gebundenem Chlor in den oben angezeigten Bereichen enthält.
Die allgemeinen physikalischen Eigenschaften von chloriertem Biphenyl mit wechselnden Mengen von ge bundenem Chlor sind unten angegeben.
EMI0003.0072
Eigenschaft <SEP> 21 <SEP> 32 <SEP> 42 <SEP> ,ö <SEP> Chlor
<tb> 48 <SEP> 54 <SEP> 60
<tb> Dichte.
<SEP> spezifisches
<tb> Gewicht <SEP> 25 25 <SEP> C <SEP> 1,18 <SEP> 1,26 <SEP> 1,38 <SEP> 1,45 <SEP> 1,54 <SEP> 1,62
<tb> kg/Liter, <SEP> 25 <SEP> C <SEP> 1,18 <SEP> 1,26 <SEP> 1,38 <SEP> 1,44 <SEP> 1,54 <SEP> 1,62
<tb> Anfangssiedepunkt <SEP> 760 <SEP> mm
<tb> Quecksilber, <SEP> <SEP> C <SEP> 275 <SEP> 290 <SEP> 325 <SEP> 340 <SEP> 365 <SEP> 385
<tb> Flammpunkt, <SEP> offene
<tb> Clevelandschale, <SEP> <SEP> C <SEP> 141,1-150,0 <SEP> 151,7-154,4 <SEP> 175,6-180,0 <SEP> 192,8-195,6 <SEP> kein <SEP> kein
<tb> Brennpunkt, <SEP> offene
<tb> Clevelandschale, <SEP> <SEP> C <SEP> 176,1 <SEP> 201,7 <SEP> kein <SEP> kein <SEP> kein <SEP> kein
<tb> Viskosität
<tb> Saybolt-Universal-Sek.
<tb> (ASTM-D-SS) <SEP> 98,9<B>0</B> <SEP> C <SEP> 30-31 <SEP> 31-32 <SEP> 34-35 <SEP> 36-35 <SEP> 44-48 <SEP> 72-78
<tb> 54,
40 <SEP> C <SEP> 35-37 <SEP> 39-41 <SEP> 49-58 <SEP> 69-78 <SEP> 260-340 <SEP> 3200-4500
<tb> 37,8 <SEP> C <SEP> 40-42 <SEP> 47-50 <SEP> 80-93 <SEP> 185-240 <SEP> 1800-2500 <SEP> kein <SEP> bedeutet <SEP> kein <SEP> Brennpunkt <SEP> bis <SEP> zur <SEP> Siedetemperatur <SEP> bzw. <SEP> kein <SEP> Flammpunkt <SEP> bis <SEP> zur <SEP> Siedetemperatur.
Aus der Tabelle ist zu ersehen, dass chloriertes Biphenyl beträchtlich schwerer als Wasser und schwerer als eine bis zu über 20 % Salz enthaltende Salzlösung ist, dass es einen sehr hohen Siedepunkt hat, dass es fast vollkommen feuerbeständig ist und dass die Visko sität von chloriertem Biphenyl einen weiten Spielraum für verschiedene Anwendungen und Arbeitstemperatu ren bietet.
Um die Einzigartigkeit des zweiphasigen Abschreck- mittels gemäss der Erfindung und dessen Verwendung zu erläutern, wurden zwei Stähle mit erheblich verschie denen Eigenschaften, nämlich ein Stahl mit geringer Härtbarkeit (AISI 1046) und ein Stahl mit hoher Härt- barkeit (AISI 52100) durch Austenitisierung und nach folgendes Abschrecken in dem neuen Abschreckmittel gemäss der Erfindung wärmebehandelt.
Die Proben jedes wärmebehandelten Stahls bestan den für die Prüfung der Härtbarkeit aus Stangen mit 25,4 und 50,8 mm Durchmesser und für die Prüfung auf Verziehen aus C-förmigen Navy-type Proben. Das Austenitisieren der Testproben wurde in einem Ofen mit gesteuerter Atmosphäre in einem kontinuier lichen Strom von endothermem Gas (Kohlenmonoxyd Kohlendioxyd), um die Oxydation und Entkohlung zu verhindern, durchgeführt.
Eine Temperatur von 843' C wurde für beide Stähle verwendet, und Abgase mit dem Taupunkt 12,8 und 1,7 C wurden für die Stähle AISI 1046 bzw. AISI 52100 verwendet. Die 2,54 em- Härtbarkeitsstangen und die Verziehungsproben wurden im Ofen eine Stunde erhitzt, während die 5,08 cm- Härtbarkeitsstangen zwei Stunden erhitzt wurden.
Das Abschreckverfahren bestand im Eintauchen der erhitzten Testproben in die Wasserschicht während verschiedener Zeit und anschliessendem Bringen der Proben in die Schicht aus chloriertem Biphenyl. Aus Gründen der Einfachheit wurde chloriertes Biphenyl, welches 42 Gew. % gebundenes Chlor enthielt, verwen det. Die abgestreckten Härtbarkeitsstangen wurden in der Mitte (Länge gleich 4mal Durchmesser) mit einer Trennscheibe quer zerschnitten, und eine Scheibe von annähernd 15,875 mm Dicke wurde entfernt.
Ungefähr 0,0762 bis 0,1016 mm wurden dann von den Ober flächen, die untersucht werden sollten, abgeschliffen, um alle durch das Abschneiden veränderten Teile zu entfernen. Jede Probe wurde durch Ätzen während 15 Sekunden in 5 %iger Salpetersäure und darauf wäh rend 15 Sekunden in 10 %iger Salzsäure auf Gefüge veränderung geprüft. Bei keiner der Proben wurde eine Gefügeveränderung festgestellt.
Die Abschnitte wurden geprüft, indem die Rockweh C-Härte in Abständen von 1,5875 mm über wenig stens zwei Durchmesser bestimmt wurde. Die Ergeb nisse der Härtbarkeitsprüfungen bei 2,54 cm-AISI 1046-Stangen (Durchschnittswerte) sind in Fig. 1 auf getragen, und bei Betrachten derselben ist erkennbar, dass im wesentlichen die gleiche Härtung, wie sie bei unmittelbarer Abschreckung in Wasser (4 Minuten) er reicht wurde, bei Proben erhalten wurde,
welche 16 Se kunden in Wasser und dann in chloriertem Biphenyl abgeschreckt wurden. Gleiche Ergebnisse wurden mit den 5,08 cm-Stangen erhalten, wie in Fig. 2 gezeigt.
Die Ergebnisse der Härtbarkeitsprüfungen bei 2,54 cm- und 5,08 cm-AISI 52100-Stangen (Durchschnittswerte) sind in den Fig. 3 und 4 aufgetragen, aus welchen erkennbar ist, dass bei 2,54 cm-Proben dieses Stahls eine vollkommene Härtung bei allen Kombinationen von Abschrecken in Wasser und chloriertem Biphenyl erhalten wurde und dass bei 5,08 cm-Proben 32 Se kunden Abschrecken in Wasser und dann in chloriertem Biphenyl eine Härtung ergab,
die annähernd äquivalent einem unmittelbaren Abschrecken in Wasser (3 bzw. 5 Minuten) war.
Bei den Verziehungsuntersuchungen wurde ein op tischer Komparator verwendet, um die Öffnungsbreite vor und nach der Wärmebehandlung zu messen. Die Differenz zwischen diesen beiden Werten ist ein Mass für das Verziehen.
Die Ergebnisse der Verziehungsunter- suchungen (Durchschnittswerte) sind in Fig. 5 fest gehalten, woraus erkennbar ist, dass das Verziehen bei Verwendung von zeitlich festgelegtem Abschrecken in Wasser und chloriertem Biphenyl beträchtlich verringert wird und dass doch bei dem zeitlich festgelegten Ab schrecken in Wasser und chloriertem Biphenyl keine Rissbildung beobachtet wurde.
Obgleich direkte Vergleiche zwischen den Ergeb nissen der Härtbarkeitsuntersuchungen und der Ver- ziehungsuntersuchungen infolge der grossen Unterschiede der Grösse der Abschnitte schwierig sind, ist es be merkenswert, dass die maximal erreichbare Härtung für AISI 1046-Stahl beim Abschrecken in Wasser und chloriertem Biphenyl während 16 Sekunden erhalten wurde, und ist aus Fig. 5 leicht ersichtlich,
dass das aus einer solchen Behandlung resultierende Verziehen beträchtlich geringer war als bei längerem Abschrek- ken in Wasser. Im Falle von AISI 52100-Stahl zeigen die Untersuchungsergebnisse ebenso eine Verringerung des Verziehens ohne einen entsprechenden Verlust an Härte bei Anwendung eines zeitlich festgelegten Ab schreckens mit chloriertem Biphenyl.
Da bekannt ist, dass das Abschrecken in Salzwasser stärker wirkt als das Abschrecken in Wasser, das heisst da die Abkühlungsgeschwindigkeit eines Gegenstandes, der abgeschreckt wird, in Salzlösung grösser ist als in Wasser, wurden Härtbarkeitsuntersuchungen an Härt- barkeitsstangen aus AISI 1046-Stahl mit 5,08 cm Durch messer vorgenommen, wobei ein zeitlich festgelegtes Abschrecken in Salzlösung und chloriertem Biphenyl angewendet wurde.
Die verwendete Salzlösung war eine 9 %ige Natriumchloridlösung. Das Wärmebehandlungs- verfahren war das gleiche wie oben beschrieben. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Fig. 6 auf getragen, aus welcher erkennbar ist, dass die maximale Härtungstiefe bei Abschrecken in Salzlösung und chloriertem Biphenyl währens 12 Sekunden erhalten wurde.
Die Werte der Verziehungsuntersuchungen zeib ten, dass bei 12 Sekunden Abschrecken in Salzlösung und chloriertem Biphenyl weniger Verziehen eintrat als bei Abschrecken mit längerem Eintauchen in Salz lösung. Wichtig ist jedoch, dass keine Abschreckungs risse beobachtet wurden. Gleiche Ergebnisse wurden mit anderen typischen Salzlösungs-Abschreckmitteln, wie solche, welche 6 bis 12 % Natriumchlorid enthalten, erhalten.
Aus den Ergebnissen des zeitlich festgelegten Ab schreckens in Wasser und chloriertem Biphenyl bzw. in Salzlösung und chloriertem Biphenyl ist erkennbar, dass die Verwendung eines zweiphasigen Abschreck- mittels gemäss der Erfindung ein verbessertes Verfah ren zum Abschrecken von Metallen darstellt, wodurch eine grosse Zunahme der Härtbarkeit ohne Verformung, Rissbildung und dergleichen realisiert werden kann.
Chloriertes Biphenyl bildet, wie oben beschrieben, im allgemeinen den überwiegenden Anteil der unteren oder organischen Phase des zweiphasigen Abschreck mittels gemäss der Erfindung, und es wird im all gemeinen aus Gründen der Feuerverhütung bevorzugt, dass chloriertes Biphenyl wenigstens 50 % und sogar zweckmässig im wesentlichen die gesamte untere Phase des erfindungsgemässen Abschreckmittels darstellt.
Es kommt jedoch auch in Betracht, dass das zweiphasige Abschreckmittel eine obere, wässrige Phase und eine untere, homogene Phase aufweist, welch letztere aus Gemischen von chloriertem Biphenyl und Öl, z. B. Fischölen, Meerestierölen, tierischen Ölen und Mineral ölen besteht, welche Gemische noch eine Dichte haben, die bei der Anwendungstemperatur des Abschreckmit- tels erheblich grösser ist als die der wässrigen Phase.
Ein Beispiel für die physikalischen Eigenschaften typischer Gemische von Mineralöl und chloriertem Bi- phenyl, die eine geeignete Dichte haben, ist in der nachfolgenden Tabelle angegeben. Das<B>öl</B> hatte die nachfolgenden Eigenschaften:
Spezifisches Gewicht (API) 22 bis 23 Viskosität bei 210 C (SUS) 160 Flammpunkt ( C) 285
EMI0005.0014
Physikalische <SEP> Eigenschaften <SEP> der <SEP> Gemische <SEP> von <SEP> Öl <SEP> und
<tb> Gew. /a <SEP> chloriertem <SEP> Biphenyl
<tb> chloriertes <SEP> Biphenyl
<tb> (48% <SEP> Chlor) <SEP> Öl <SEP> spez. <SEP> Gewicht <SEP> kg/Liter
<tb> 50 <SEP> Gew.% <SEP> 50 <SEP> Gew.
<SEP> % <SEP> 1,1263 <SEP> 1,<B>1</B>3
<tb> 75 <SEP> Gew.% <SEP> 25 <SEP> Gew.% <SEP> 1,2703 <SEP> 1,27 Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass entweder die wässrige Phase oder die organische Phase oder beide Phasen des erfindungsgemässen zweiphasigen Ab schreckmittels verschiedene funktionelle Additive ent halten können, wie die Abschreckungsgeschwindigkeit modifizierende Mittel, die Viskosität modifizierende Mittel, Netzmittel, Antioxydationsmittel, Rostschutz mittel, den Stockpunkt erniedrigende Mittel und der gleichen, wie organische Sulfonate, Fettsäuren, Amine, Kieselsäuresole,
Äthylen- oder Propylenoxydpolymeri- sate mit hohem Molekulargewicht, lösliche Gummis, wie Carboxymethylcellulose, Methylcellulose und Hy- droxyäthylcellulose, Terpenpolymerisatharze, wärme behandelte pflanzliche Öle, Rückstände von der Petro- leumraffination, partiell oxydierte Petroleumkohlen wasserstoffe, Alkylphenol-Äthylenoxyd-Kondensations- produkte,
Alkylphenolpolyäthylenglycole, Natriumalkyl- sulfate, Polyoxyäthylenester von Tallöl, anorganische Sulfonate, z.
B. Natriumsulfonat, Barium- und Calcium- sulfonat, Metallnaphthenate, Reaktionsprodukte aus or ganischen Sulfonaten und einem Phosphorsulfid, Reak tionsprodukte aus einem Phosphorsulfid und einem or ganischen Amin-, Mono-, Di- und Triäthanolamin, Natrium-, Kalium- oder Ammoniumborat, Dimere der Linolsäure und anderer Fettsäuren, die Reaktionspro dukte aus einem Alkenylbernsteinsäureanhydrid,
einer aliphatischen Säure und einem Polyalkylenpolyamin, Phosphite und Phenyl-a-naphthylamin.