DE1007795B - Verfahren zum Aufkohlen von Eisen und Stahl und Salzgemisch - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, zum Aufkohlen, von Eisen und Stahl in einem Salzbad, insbesondere bei höheren als bisher üblichen Temperaturen, wobei Salzbäder verwendet werden,, die im wesentlichen-aus Erdalkalihaiogeniden und Cyaniden, bestehen.

Es ist bekannt, Gegenstände aus Eisen oder Stahl in flüssigen Salzbädern, die Cyanide enthalten, zu zementieren, d. h. wenigstens bis zu einer gewissen Tiefe unter der Oberfläche aufzukohlen. Die bekannten Salzbäder für diese Zwecke enthalten als wesentliche Bestandteile Alkali- und/oder Erdalkalihalogenide und als Kohlenstoffträger ein oder mehrere Cyanide. Die Abnahme des Kohlenstoffgehaltes mit zunehmender Entfernung von der Oberfläche des Werkstückes und damit die Aufkohlungsdauer hängen im wesentlichen ab vom Cyanidgehalt des Bades, von der Anwesenheit von Beschleunigern und nicht zuletzt von der Aufkohlungstemperatur. Mit unbeschleunigten Bädern, die im allgemeinen, ein Cyanidgehalt von mehr als 40% aufweisen:, werden meist Schichten mit verhältnismäßig niedrigem Kohlenstoffgehalt erhalten; diese Bäder werden üblicherweise auch bei verhältnismäßig tiefen Temperaturen, etwa zwischen 700 und 800° C betrieben:. Es sind auch Bäder ohne Entkohlungswirkung mit nur 3 bis 5% Natriumcyanid, 10 bis 30% Natriumchlorid und 30 bis 60% Bariumchlorid:, in denen Werkstücke aus Stahl auf Temperaturen von, 700 bis 1000° C erhitzt werden können, bekannt. Jedoch werden diese Bäder aus Gründen der Wirtschaftlichkeit der großen Cyanidverluste bei höheren Temperaturen wegen nur bei etwa 800° C betrieben.. Bei Salzbädern mit die Kohlenstoffabgabe beschleunigenden Zusätzen ist der Gehalt an Cyanid wesentlich geringer und liegt etwa um 10%, während als Hauptbestandteil des Bades Bariumchlorid in einer Menge von etwa 50 bis 55% vorhanden ist. Die übliche Arbeitstemperatur für diese Bäder beträgt 930° C, wobei es im allgemeinen unmöglich ist, wesentlich höhere Aufkohlungstemperaturen, die an sich die Aufkohlung beschleunigen, und die Aufkohlungstiefe erhöhen könnten, anzuwenden., da sonst untunlich hohe Cyanidverluste eintreten. Auch Bäder mit einem Gehalt von bis zu 70% an Erdalkalihalogeniden, deren, Arbeitstemperatur mit 850 bis 950° C angegeben wird, zeigen bei höheren Temperaturen, auffällige Zersetzungserscheinungen. Die Schmelze kocht leicht über, und die gewünschte Zusammensetzung läßt sich nicht mehr aufrechterhalten.

Die Cyanidverluste entstehen einerseits durch Abbrand, im wesentlichen aber durch die Zersetzung des Cyanids unter Bildung von alkalischen Verbindungen, vor allem von Natriumcarbonat und Natriumoxyd. Diese Zersetzungsprodukte wirken offenbar hemmend Verfahren zum Aufkohlen von Eisen
und Stahl und Salzgemisch

Anmelder:

Deutsche Gold- und Silber-Scheideanstalt vormals Roessler, Frankfurt/M.,

Weißfrauenstr. 9

Beansprucht© Priorität:

Schaustellung vom 24. April 1955 auf der am
24. April 1955 eröffneten Deutschen Industriemesse
(Vereinigte Technische Messe und Mustermesse) in Hannover

Karl Albrecht, Kronberg,
ist als Erfinder genannt worden

auf die für die Erzielung der Zementierwirkung erforderliche Zersetzung des Cyanids und können bei starker Anreicherung im Bad trotz genügend hohen Cyanidgehaltes einen befriedigenden Ablauf der Zementierung ernsthaft in Frage stellen.

Es wurde versucht, diesem Übelstand dadurch abzuhelfen, daß den Bädern Beschleuniger verschieb denster Art zugesetzt wurden, beispielsweise solche, die leichter als Alkalicyanid zersetzliche Cyanide bilden und dem Bad entsprechend Chloride einverleiben. Alle diese Versuche haben jedoch nicht zu Aufkohlungsverfahren geführt, die bei höheren Temperatüren als etwa 930° C anwendbar sind, obschon die Aufkohlungsgeschwindigkeit und Aufkohlungstiefe bei diesen bekannten Verfahren nicht immer befriedigend war. Die hohen, mit einer Steigerung der Arbeitstemperatur verbundenen Cyanidverluste, die neben starken äußeren Belästigungen, wie oben erwähnt, zu einer wesentlichen Verschlechterung der Aufkohlung führen, die auch durch ständiges Nachsetzen von Salzgemisch nicht vollkommen auszugleichen sind, haben die Fachwelt bisher davon ab~ gehalten, Aufkohlungsbäder bei nennenswert über 930° C liegenden Temperaturen zu betreiben.
' Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist, unter erheblicher Steigerung der Geschwindigkeit und Intensität der Aufkohlung diese bei wesentlich höheren Temperaturen als bisher gebräuchlich in, einem in der Hauptsache aus Erdalkalihalogeniden und Cyaniden bestehenden Salzbad durchzuführen, wenn dafür Sorge getragen wird, daß die Menge an Erdalkalihalogeniden im Bade ständig auf mehr als 75% und vorzugsweise

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sogar auf etwa 85% gehalten wird,, wobei der Ein. solches Bad muß für den. Dauerbetrieb stets

Cyanidanteil sich in Höhe desjenigen der bekannten mit einem Salzgemisch nachgefüllt werden, das aus beschleunigten Bäder bewegen, d.h. um etwa 10% 2 Teilen in. obiger Zusammensetzung und 1 Teil Nabetragen kann,. Überraschenderweise hat sich gezeigt, triumcyanid besteht, d. h., es ist erforderlich, verdaJ3 selbst dann-, wenn die Aufkohlung nach einer vor- 5 hältnismäßig mehr Natriumcyanid auch zum Nachteilhaften Arbeitsweise bei Temperaturen, weit über füllen anzuwenden als bei dem neuen Bad, wo, wie 950° C, etwa bei 1000 oder HOO⁰C, vorgenommen vorstehend beschrieben,, das Nachfüllverhältnis 4Teile wird, die schädliche Zersetzung des Cyanids nicht Bariumchlorid auf 1 Teil Natriumcyanid betragen, stärker ist als bei den bekannten Aufkohlungsverfah- kann. Im Dauerbetrieb treten, in dem C5-Bad bei ren, die in, Bädern, mit einem Bariumchloridgehalt von io einer Arbeitstemperatur von 930° C ganz erhebliche 50 bis 55% und bei tieferen, Temperaturen betrieben Mengen von schädlichem Natriumcarbonat auf, die wurden. Auch, bei dem neuen Verfahren, kann dieser bei einem Bariumchloiridgehalt von 50% einen. Anteil geringfügige Cyanidverlust wie bisher durch öfteres von, 24,2% ausmachen, können, wobei der Gehalt an Nachfüllen eines entsprechend zusammengesetzten Natriumcyanid etwa 10% beträgt. Salzgemisches ausgeglichen werden. Wie schon er- 15 Abgesehen von. diesen Vorteilen der für das neue wähnt, kommen die Vorteile des neuen Aufkohlungs- Verfahren zu verwendenden Bäder, die in der wesentverfahrens besonders dann zur Geltung, wenn die Hch einfacheren Zusammensetzung und im spar-Aufkohlungstemperatur zwischen 1000 und 1100° C sameren Nachfüllen von. Natriumcyanid bestehen, hat gehalten wird. sich gezeigt, daß sich bei Durchführung des Verfah-

Für die Durchführung des Verfahrens der Erfin- 20 _rens der Erfindung ohne Entstehung höherer Cyaniddung wählt man zweckmäßig Salzgemische, die aus Verluste eine Erhöhung der Aufkohlungstiefe und der 75 bis 95% eines Erdalkalihalogenids, insbesondere Aüfkohlungsgesehwindigkeit in einem unerwarteten Bariumchlorid, und 25 bis 5% Natriumcyanid be- Ausmaß insbesondere dann verwirklichen läßt, wenn stehen. Wird ein solches Salzgeimisch von z.B. 90% man nach einer bevorzugten Ausführungsform die Bariumchlorid und 10% Natriumeyanid eingeschmol- 25 Aufkohlung bei Temperaturen über 1000° C bzw. zen und als Salzbad für das Aufkohlen von, Eisen zwischen 1000 und 1100° C vornimmt, oder Stahl benutzt, so stellt sich in. dem Bad bei Die Abhängigkeit der Aufkohluiigstiefe von der

längerer Betriebsdauer und bei Nachfüllung eines Aufkohlungs dauer nach dem Verfahren der Erfindung Salzgemisches aus 4 Teilen Bariümchlörid und 1 Teil _zeigt die Abb. 1 im Vergleich mit den entsprechenden, Natriumcyanid folgende Zusammensetzung ein: 30 Werten, die sich bei einer Aufkohlungs temperatur von

Bariumchlorid 87,0% ⁹³⁰° ^{C im} C 5-Bad ergeben. Die Einsatztiefe ist je-

Natriumcyanid ..--.· 60% weils auf einen Kohlenstoffgehalt von 0,3% bezogen,;

Natriumoocyd .'.'. '. 4,0 »/0 £e Kurve A entspricht dem C 5-Bad, während die

Natriumcarbonat 1,8 % Kurven B und C gemäß dem Verfahren der Erfindung

Natriumchlorid ........ '.. '.'.'.'. '.'. '.'. '. 1,3 % ^{35 m e}i'^üeca Bad von 90% Bariumchlorid und 10% Natriumcyanid bei einer Aufkohlungstemperatur von

Demgegenüber ist ein bei 930° C zu betreibenides 1050 bzw. 1100° C ermittelt wurden. Während, wie Bad der bekannten Art, im folgenden bezeichnet als aus den Kurven hervorgeht, im C 5-Bad auch bei un-C 5-Bad, von vornherein wesentlich komplizierter zu- endlich langen Aufkohlungsdauern eine Aufkohlungssammengesetzt gemäß nachfolgender Aufstellung: 40 tiefe von mehr als 2,5 mm kaum zu erwarten ist und

sie in technisch tragbaren Zeiten zwischen 6 und.

Bariumchlorid .,,, 54,0% 10 Stunden noch nicht einmal 2 mm erreicht, wird

Strontiumchlorid 3,5% nach dem neuen Verfahren. (C8-Bad) schon bei

Natriumcyanid 9,4% 4stündiger Aufkohlungszeit eine Einsatztiefe von

Bariumcarbonat 1,4% 45 1,9 mm bei 1050° C und sogar von 2,5 mm bei 1100° C

Natriumchlorid 11,8% erhalten. Weitere Vergleiichswerte ergeben· sich aus

Kaliumchlorid 20,0 % der nachstehenden Zusammenstellung, die dem Kürven,-

Kohlerustoff .,. 0,1 % bild nach Abb. 1 zu entnehmen ist.

	930° C ί1050° C •\11OO°C	Aufkohlungstiefö	m mm	ufer in	Stunden 10	16
	2	Aufköhlungsdä 4		3,05 4,4
C5-Bad	0,8 1,30 1,65	1,25 1,9 2,5			3,90 5,70
Bad gemäß Erfindung.

Wie die vorstehende Tabelle zeigt, lassen sich nach 60 dem Verfahren der Erfindung Aufkohlungstiefen verwirklichen, wie sie nach der bisherigen Arbeitsweise mit den gängigen Bädern überhaupt nicht für möglich gehalten wurden.

Auch ein Vergleich der Abhängigkeit des- Kohlen- 65 stoffgeha-ltes mit zunehmender Einsatztiefe- läßt die Überlegenheit des neuen Verfahrens bzw. der für seine Durchführung verwendeten, Salzbädef klar erkennen. In Abb. 2 sind die Kohlenstoffgehalte, die an zementierten Probebolzen, aus C 15-Stähl bei einer 70

Aufkohlungsdauer von 4 Stunden in Abhängigkeit vom Abstand von der Oberfläche ermittelt wurden, dargestellt. Die Kohlenstoffwerte wurden ermittelt durch schichtweises Abdrehen der Proben und Bestimmung des KohlenstO'ffgehaltes in den jeweils anfallenden Drehspänen. Die Kurvet bezieht sich, auf das mehrfach erwähnte C 5-Bad, das bei einer Zetnentationstemperatur von 930° C betrieben wurde, während die KurvenB und C sich nach dem Verfahren der Anmeldung in einem Bad aus 90% Bariumchlorid und 10% Natriumcyanid bei einer Zementations-

temperatur von 1050 bzw. 1100° C ergaben. Aus der Abb. 2 lassen sich für Einsatztiefen von 1 mm und 2 mm folgende Kohlenstoffwerte entnehmen:

	Erfindung.	■{	930° 1050° 1100°	C C C	Einsa 1 mm	tztiefe 2 mm
C5-Bad ..				0,41 0,68 0,78	0,16 0,25 0,43
Bad gemäß

Diese Zahlen lassen deutlich erkennen, welche unerwartet hohen Aufkohlungswirkungen durch Verwendung der bariumchloridreichen. Bäder gemäß dem Verfahren der Anmeldung zu erzielen sind. Beispielsweise wird, in der verhältnismäßig kurzen Zeit von 4 Stunden der gleiche Kohlenstoffgehalt, wie er mit dem bekannten C5-Bad in 1 mm Tiefe vorliegt, beim Arbeiten nach der Erfindung in die doppelte Einsatztiefe gebracht.

Das Verfahren gemäß der Erfindung, insbesondere in seiner Anwendung bei hohen Aufkohlungstemperaturen, hat sich vor allem für die Aufkohlung von Verschleißstellen, wie Bergwerksketten, Raupenschlepperund Baggerteilen, aber auch Teilen; von großen Kraftmaschinen, wie Lokomotiven und Schiffdieseln, bewährt, bei denen es auf große Härtetiefe ankommt.

Selbstverständlich, ist eis möglich, den Salzgemischen,, die zur Ausführung des Verfahrens in Form von Salzbädern verwendet werden, außer Ba-

riumchlorid und Natriumcyanid auch andere gebräuchliche Zuschläge, wie beschleunigende oder die Aufkohlung regulierende Mittel, zuzusetzen, obgleich es gerade der erstgenannten infolge der nunmehr mögliehen Einhaltung hoher Aufkohlungsteimperaturen, normalerweise nicht bedarf.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufkohlen von Eisen und Stahl in einem hauptsächlich Erdalkalihalogenide und Cyanide enthaltenden Salzbad, dadurch, gekennzeichnet, daß die Aufkohlung in einem Bad vorgenommen wird, dessen Gehalt an Erdalkalihalogenid, insbesondere BariunicMorid, auf mehr als 75%, vorzugsweise etwa 85°/o, gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufkohlung bei Badtetnperatarön oberhalb 950° C, vorteilhaft bei solchen zwischen 1000 und 1100° C, vorgenommen wird.

3. Salzgemisch für die Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 75 bis 95% Bariumchlorid und 25 bis 5 % Natriumcyanid besteht und vorzugsweise etwa 85% Bariumchlorid und 6 bis 10% Natriumcyanid enthält.

In Betracht gezogene Drudeschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 248 732;
britische Patentschrift Nr. 359 486.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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