DE1108719B

DE1108719B - Neutrale Salzbadschmelze zur Waermebehandlung von Hochleistungs- und Warmgesenkstaehlen

Info

Publication number: DE1108719B
Application number: DEJ13589A
Authority: DE
Inventors: Robert Leslie Hewson
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1956-08-15
Filing date: 1957-08-14
Publication date: 1961-06-15

Description

Neutrale Salzbadschmelze zur Wärmebehandlung von Hochleistungs- und Warmgesenkstählen Die Erfindung betrifft eine neutrale Salzbadschmelze zur Wärmebehandlung von Hochleistungs-und Warmgesenkstählen, die aus einem Erdalkalihalogenid mit oder ohne einem Alkalihalogenid und einem Regenerator besteht.
Es ist häufig bei der Wärmebehandlung von Stählen wünschenswert, geschmolzene Salzbäder zu verwenden, die den Stählen weder Kohlenstoff hinzufügen noch aus den zu behandelnden Stahlgegenständen Kohlenstoff entfernen. Es ist bekannt, zur Behandlung von Hochleistungs- und Warmgesenkstählen Salzbäder zu verwenden, die Erdalkalimetallchloride mit oder ohne Alkalimetallehloride und/oder Fluoride enthalten und die keine Kohlenstoffverbindungen enthalten, wodurch das zu behandelnde Metall aufgekohlt würde. Die mit solchen Salzbädern oder Salzmischungen angewandten Temperaturen liegen innerhalb des Bereiches von 950 bis 1350°C und je nach dem besonderen Bereich der Behandlungstemperaturen werden verschiedene Salze oder Salzmischungen verwendet. Wenn sich diese Salzbäder jedoch einige Stunden lang in geschmolzenem Zustand befinden, nehmen sie die Eigenschaft an, daß sie Kohlenstoff aus den Stahlgegenständen, die in das Bad eingetaucht werden, entfernen, und dies hat einen schädlichen Einfluß auf die Eigenschaft der Stähle zur Folge. Wenn ein derartig entkohlter Stahl der üblichen Wärme- und Abschreckbehandlung unterworfen wird, um ihn zu härten, so hat sich gezeigt, daß der Stahl eine Oberflächenschicht angenommen hat, die weicher ist als die darunterliegenden Schichten. In vielen Fällen ist es nicht möglich oder zweckmäßig, die weiche Oberflächenschicht durch Abschleifen zu entfernen, so daß die Lebensdauer des behandelten Gegenstandes oder Werkzeuges ungünstig beeinflußt wird.
Es wurden schon verschiedene Verfahren vorgeschlagen, um diese keine Kohlenstoffverbindungen enthaltenden Bäder zu verbessern, so daß sie längere Zeit benutzt werden können, ohne daß sie entkohlende Eigenschaften annehmen. So wurde beispielsweise vorgeschlagen, den Bädern Silicium, Kieselsäure, entweder allein oder zusammen mit Borax, Siliciumcarbid und Titandioxyd zuzusetzen. Ein anderes Verfahren sieht die Verwendung eines Bades vor, das geschmolzenes Bariumchlorid als mindestens einen Bestandteil enthält, mit dem eine Temperatur in der Größenordnung von 1100 bis 1350°C erzielt wird, wobei jedoch die umständliche Maßnahme angewandt werden muß, eine Kohlenstoffelektrode etwa 1 Stunde lang an einem 9-Stunden-Tag einzuführen. Versuche haben jedoch gezeigt, daß diese Maßnahmen nicht voll befriedigend sind und daß selbst bei Gegenwart dieser verschiedenen Zusatzstoffe eine Entkohlung der Stähle stattfindet.
Ferner ist bereits ein Salzbad für die Kohlung von Stählen und Stahllegierungen bekannt, das ein Alkalimetallhalogenid und eine geringere Menge eines Alkalimetallcyanids neben 0,25 bis 5 Gewichtsprozent Silicium enthält.
Des weiteren ist ein Salzbad für das Kohlen von Stählen und Stahllegierungen bekannt, das ein Erdalkalimetallhalogenid, ein Alkalimetallhalogenid, 5 bis 3001" AlkalimetalIcyanid und 0,25 bis 5 Gewichtsprozent eines Regenerators enthält, der aus Silicium oder Titan oder einer Kombination von einem oder beiden dieser Elemente mit Kieselsäure besteht.
Gemäß der Erfindung wird nunmehr ein geschmolzenes Salzbad für die Wärmebehandlung von Hochleistungsstählen und Warmgesenkstählen vorgeschlagen, das ein Erdalkalimetallhalogenid mit oder ohne Zusatz eines Alkalimetallhalogenids enthält und das dadurch gekennzeichnet ist, daß in dem Salzbad 0,25 bis 5 Gewichtsprozent Magnesiumborat als Regenerator vorhanden sind. Die übrigen Salzbestandteile der Bäder bestehen aus Bariumchlorid allein oder zusammen mit Alkalimetallhalogenid. Vorzugsweise weisen die Alkalimetallchlorid enthaltenden Bäder bis zu 5 Gewichtsprozent Alkalimetallchlorid oder Alkalimetallfluorid auf. Wenn größere Mengen an Alkalimetallhalogenid angewendet werden, so können noch brauchbare Ergebnisse erzielt werden, obwohl hierbei eine vergrößerte Tendenz besteht, daß das Bad raucht.

Der Regenerator kann aus Magnesiumborat allein oder aus Magnesiumborat mit Silicium und/oder Kieselsäure bestehen. Die besonderen Anteile an Regenerator im Bad hängen von den Bedingungen ab, unter denen mit dem Bad gearbeitet wird, und auch von der Anzahl der Stahlgegenstände, die in dem Bad behandelt werden. Im allgemeinen werden gute Ergebnisse erzielt, wenn Magnesiumborat in dem Bad in einer Menge von 1 bis 2,5 Gewichtsprozent des Bades zugegen ist, und besonders gute Ergebnisse

Hochleistungsstähle Warmgesenkstähle

(1) I (2)

Kohlenstoff .................... 0,6°/° 0,75 bis 0,85°/° 0,25 bis 0,35°/° 0,35 bis 0,4°/o

Wolfram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18,00/, 6 °/° 8,0 bis 10,00/, 6,5 bis 7,5 °/°

Chrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4,0()/, 4,501, 2,5 bis 3,5 °/° 6,5 bis 7,50/"

Vanadium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,00/, 1,4% 0,3 bis 0,6 °/° i

- -

Molybdän . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - I 5,5010

Die anzuwendenden Arbeitstemperaturen hängen von der besonderen Zusammensetzung des Salzbades ab und von den jeweils zu behandelnden Stählen. Bei Verwendung von geschmolzenen Salzbädern, die aus Bariumchlorid allein oder in Mischung mit geringen Mengen von beispielsweise bis zu 5 Gewichtsprozent Alkalimetallchloriden oder Alkalimetallfluoriden bestehen für die Wärmebehandlung von Hochleistungsstählen, wird jedoch im allgemeinen eine Temperatur der Größenordnung von 950 bis 1350°C angewandt.

Die Erfindung ist in den folgenden Beispielen erläutert. Die Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht.

Beispiel 1 Ein geschmolzenes Salzbad, welches 32 kg Bariumchlorid enthielt, wurde 10 Tage lang, und zwar 8 Stunden täglich, auf einer Temperatur von 1250 bis 1300°C gehalten. Die Entkohlungswirkung des Bades wurde dadurch bestimmt, daß einmal je Tag ein Probestück aus einem Hochleistungsstahl 5 Minuten lang bei einer Temperatur von 1280°C eingetaucht wurde, worauf es abgeschreckt und die Oberflächenhärte des Stahles dann mit einem Vickers-Härteprüfer geprüft wurde. Eine Eintauchzeit von 5 Minuten ist wesentlich länger als die übliche Eintauchzeit von 1 Minute, die erforderlich ist, um eine vollkommene Aushärtung der Stahlprobe herbeizuführen. Die Zusammensetzung des Stahles war folgende:

Kohlenstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,65 bis 0,75 °/°

Wolfram . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 18,0 °

Chrom ...................... 4,0 °/°

Vanadium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,0 °/°

werden erzielt, wenn das Bad etwa 2 Gewichtsprozent Magnesiumborat enthält. Für gewisse Zwecke sind die Ergebnisse, die mit den geringeren Magnesiumboratmengen des angegebenen Bereiches, beispielsweise 1 Gewichtsprozent Magnesiumborat, gearbeitet wird, nicht so gut, wie es der Fall ist, wenn 2 Gewichtsprozent Magnesiumborat angewandt werden. Der Zusatz von Silicium oder Kieselsäure ist besonders brauchbar, um die Ergebnisse zu verbessern, welche mit den geringen Magnesiumboratzusätzen erhalten werden. Wenn etwa 10/, Magnesiumborat zugesetzt wird, wird vorzugsweise nicht mehr als eine etwa gleiche Menge an Kieselsäure oder nicht mehr als die Hälfte dieser Menge an Silicium dem Bad zugesetzt.

Die Bäder gemäß der Erfindung sind besonders geeignet zum Härten von Hochleistungsstählen und Warmgesenkstählen, die etwa folgende Zusammensetzung aufweisen: Jedes Probestück wurde vor der Behandlung poliert, gewaschen und nach der Behandlung hochglanzpoliert, worauf es mit dem Vickers-Härteprüfer unter einer Belastung von 2,5 kg geprüft wurde. Die Versuchsergebnisse sind in der folgenden Tabelle niedergelegt

Tage Vickershärte (Belastung: 2,5 kg)

1 Nr. 789

2 Nr. 740

3 Nr. 636

4 Nr. 508

5 Nr. 437

6 Nr. 431

7 Nr. 340

8 Nr. 402

9 Nr. 260

10 Nr. 318

Aus der obigen Tabelle ergibt sich, daß die Oberflächenhärte ziemlich regelmäßig mit der Zeit der Benutzung abnimmt. Die Härtemessungen stellen ein Maß für den Grad der Entkohlung des behandelten Stahles dar.

Die obige Arbeitsweise wurde vergleichsweise wiederholt, und zwar unter Anwendung eines Bades, das 95"/, Bariumchlorid und 501, Magnesiumborat enthielt, und die Badmenge wurde durch Zusatz von Salz gleicher Zusammensetzung aufrechterhalten. Soweit nichts anderes vermerkt, wurden die Probestücke in diesem Bad 5 Minuten lang bei einer Temperatur von 1280°C behandelt. Die hierbei erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle niedergelegt:

Vickershärte Vickershärte

Tag (Belastung: 2,5 kg)

1 Nr. 863 14 Nr. 833*)

2 Nr.856 15 Nr.832*)

3 Nr. 878*) 16 Nr. 839

4 Nr.789 17 Nr.848

5 Nr.854 18 Nr.817

6 Nr.840 19 Nr.831

7 Nr.853 20 Nr.817

8 Nr.828 21 Nr.840

9 Nr.855 22 Nr.847

10 Nr.832 23 Nr.811

11 Nr.839 24 Nr.839

12 Nr.831 25 Nr.847*)

13 Nr.816*) 26 Nr.839

*) 1 Minute behandelt.

Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, daß die behandelten Probestücke eine wesentlich höhere Oberflächenhärte besitzen, und sie lassen auch erkennen, daß die Härte während der ganzen Behandlungsdauer erhalten bleibt.

Beispiel 2 Ein geschmolzenes Salzbad, das 980/0 Bariumchlorid und 20/, Magnesiumborat enthielt, wurde 30 Tage lang 8 Stunden jeden Tag auf einer Temperatur von 1250 bis 1300°C gehalten. Ein Probestück aus Hochleistungsstahl der Zusammensetzung gemäß Beispiel 1 wurde 5 Minuten lang bei 1280°C in das Bad eingetaucht und das Probestück wurde dann abgeschreckt. Die Härte wurde in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise mit einem Vickershärteprüfer unter einer Belastung von 2,5 kg festgestellt, und die hierbei erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle niedergelegt:

Vickershärte Vickershärte

Tag (Belastung: 2,5 kg)

1 Schmelze 16 Nr.762

hergestellt 17 -

2 Nr.796 18 Nr.820

3 Nr.810 19 Nr.789

4 Nr.796 20 Nr.803

5 Nr.796 21 Nr.769

6 Nr.782 22 Nr.782

7 Nr.796 23 Nr.789

8 Nr.796 24 Nr.782

9 Nr.796 25 Nr.775

10 Nr.805 26 Nr.789

11 Nr.825 27 Nr.750

12 Nr.830 28 Nr.789

13 Nr.824*) 29 Nr.782

14 Nr.836 30 Nr.847

15 Nr. 836

*) Nur 1 Minute behandelt.

Beispiel 3 Ein geschmolzenes Salzbad aus 9911/0 Bariumchlorid und 10/, Magnesiumborat wurde 28 Tage lang 8 Stunden je Tag bei einer Temperatur von 1250 bis 1300'C gehalten, und Probestücke aus einem Hochleistungsstahl gemäß Beispiel l wurden täglich in das Bad bei einer Temperatur von 1280°C 1 und 5 Minuten lang eingetaucht. Die Vickershärte wurde bestimmt, und die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle niedergelegt:

Vickershärte Vickershärte

(Belastung: 2,5 kg) (Belastung: 2,5 kg)

Tag 1 Minute 5 Minuten Tag 1 Minute 5 Minuten

Eintauch- Eintauch- Eintauch-I Eintauch-

zeit zeit zeit zeit

1 Schmelze 15 Nr. 775 ! Nr. 718

hergestellt 16 Nr. 769I Nr. 607

2 Nr. 775 Nr. 817 17 Nr. 810 Nr. 706

3 Nr. 762 Nr. 753 18 Nr. 689 Nr. 700

4 Nr.789 Nr.737 19 Nr.803 Nr.762

5 Nr.689 Nr.724 20 Nr.782 Nr.795

6 Nr.775 Nr.689 21 Nr.756 Nr.536

7 Nr.762 Nr.718 22 Nr.521 Nr.533

8 Nr. 803 Nr. 753 23 - -

9 Nr. 772 Nr. 743 24 Nr. 832 Nr. 652

10 Nr. 743 Nr. 689 25 Nr. 810 Nr. 673

11 Nr.719 Nr.701 26 Nr.840 Nr.737

12 Nr.712 - 27 Nr.817 Nr.716

13 Nr.737 Nr.572 28 Nr.796 Nr.594

14 Nr.730 Nr.480

Aus dieser Tabelle ergibt sich, daß die Härtewerte bei einer Eintauchzeit von 5 Minuten verhältnismäßig gering sind und im Mittel 684 betragen gegenüber einem Mittelwert von 760 bei einer Eintauchzeit von 1 Minute. Im allgemeinen ist es jedoch nicht erforderlich, Stahlgegenstände 5 Minuten lang in das Bad einzutauchen, und es ergibt sich, daß ein 10/, Magnesiumborat enthaltendes Salzbad in sehr befriedigender Weise zur Behandlung von Stahlgegenständen benutzt werden kann, wenn die Eintauchzeit weniger als 5 Minuten beträgt.

Beispiel 4 Ein geschmolzenes Salzbad aus 98,50/0 Bariumchlorid, 0,75 °/o Kieselsäure und 10/, Magnesiumborat wurde in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise 40 Tage lang aufrechterhalten, und gemäß Beispiel l wurden Probestücke in das Bad täglich 5 Minuten lang bei 1280°C eingetaucht. Es wurden folgende Ergebnisse erzielt:

Vickershärte Vickershärte

Tag (Belastung: 2,5 kg) Tag (Belastung: 2,5 kg)

1 Schmelze 21 -

hergestellt 22 Nr.724

2 Nr.880 23 Nr.767*)

3 Nr.857 24 Nr.724

4 Nr.817 25 Nr.695

5 Nr.762 26 Nr.817

6 Nr.803 27 Nr.769

7 Nr.810 28 Nr.762

8 Nr.782 29 Nr.732

9 Nr.738 30 Nr.706

10 Nr.749 31 Nr.730

11 Nr.737 32 Nr.724

12 Nr.872 33 Nr.803

13 Nr.796 34 Nr.679

14 Nr.706 35 Nr.695

15 Nr.724 36 Nr.707

16 Nr.762 37 Nr.803

17 - 38 Nr.757

18 Nr.727 39 Nr.737

19 Nr.756 40 Nr.757

20 Nr.789

*) Nur 1 Minute behandelt.

Beispiel 5 Eine Salzbadschmelze aus 98,750/, Bariumchlorid, 0,25"/, Silicium und 10/, Magnesiumborat wurde 24 Tage lang 8 Stunden je Tag in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise aufrechterhalten. In das Bad wurde täglich ein Probestück 5 Minuten lang bei einer Temperatur von 1280°C eingetaucht und die Oberflächenhärte des Stahles wurde in der in den vorangegangenen Beispielen beschriebenen Weise mit einem Vickers-Härteprüfer geprüft. Es wurden folgende Ergebnisse erzielt:

Vickershärte Vickershärte

Tag (Belastung: 2,5 kg)

Tag

(Belastung: 2,5 kg)

1 Schmelze 17 Nr.768

hergestellt 18 Nr.769

2 Nr.825 19 Nr.756

3 Nr.825 20 Nr.761

4 Nr.756 23 Nr.762

5 Nr.777 24 Nr.750

6 Nr.762*) 25 Nr.743

7 Nr.776 26 Nr.737

8 Nr.775 27 Nr.749

9 Nr.690 28 Nr.750

10 Nr.756 29 Nr.749

11 Nr.787 30 Nr.746

12 - 31 Nr.745

13 Nr.762 32 Nr.746

14 Nr.789 33 Nr.746

15 Nr.768 34 Nr.749

16 Nr.789 35 Nr.755

Vickershärte Vickershärte

Tag

(Belastung: 2,5 kg)

Tag (Belastung: 2,5 kg)

36 Nr.751 40 Nr.737

37 Nr.748 41 Nr.748

38 Nr.743 42 Nr.743

39 Nr.745

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Neutrale Salzbadschmelze zur Wärmebehandlung von Hochleistungs- und Warmgesenkstählen, bestehend aus einem Erdalkalihalogenid mit oder ohne einem Alkalihalogenid und einem Regenerator, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Regenerator 0,25 bis 5 Gewichtsprozent Magnesiumborat enthält.
2. Salzbadschmelze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 1 bis 2,5 °/o, vorzugsweise etwa 2 Gewichtsprozent, Magnesiumborat enthält.
3. Salzbadschmelze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa 1 Gewichtsprozent Magnesiumborat zusammen mit nicht mehr als der gleichen Menge Kieselsäure und nicht mehr als der Hälfte Silicium enthält. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 622 802; schweizerische Patentschrift Nr. 172 435; USA.-Patentschrift Nr. 2 510 650; österreichische Patentschrift Nr. 196 898; französische Patentschrift Nr. 1067 256; deutsche Auslegeschrift F 10740 VI/18c (bekanntgemacht am 21. 6. 1956).