DE1433763A1 - Waermebehandlungsverfahren und Mittel zu deren Durchfuehrung - Google Patents

Waermebehandlungsverfahren und Mittel zu deren Durchfuehrung

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DE1433763A1 DE19641433763 DE1433763A DE1433763A1 DE 1433763 A1 DE1433763 A1 DE 1433763A1 DE 19641433763 DE19641433763 DE 19641433763 DE 1433763 A DE1433763 A DE 1433763A DE 1433763 A1 DE1433763 A1 DE 1433763A1
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Description

Monsanto Company 800 Horht Lindbergh Boulevard, St. Louis 66, Missouri, USA.
"Wärmebehandlunssverf ahren und .Mittel zu deren Durchführung11
Diese Erfindung betrifft ein verbessertes iiärmebehandlungsverfahren, beziehungsweise Vergütungsverfahren für Metalle, einsohliesslich Legierungen, besonders von Stahl, und im besonderen ein verbessertes Wärembehandlungsverfahren unter Verwendung von chloriertem Biphenyl als Wärmebehandlungsmedium.
Die Eigenschaften von Metallen, wie Eisen, Kupfer, Nickel, Aluminium, Magnesium, Uran, Zink, Gold Silber, Blei und
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Zinn, und ihrer Legierungen, können durch, verschiedene bekannte ¥£naebehandlungsverfahren modifiziert werden, welche bekannte Tförmebehandlungsverfahren, wie Abschrecken, Ausglühen, beziehungsweise Tempern und Ausscheidungshärtebehandlung (nachfolgend als Ausfällungshärtung bezeichnet), sowie einfache Erhitzungsbäder, einschliessen.
Der Zweck der Wärmebehandlung von Lietaj-len besteht darin, bestimmte gewünschte Eigenschaften in dem Produkt zu erhalten, wie Dehnbarkeit, Härte oder Zähigkeit, sei es durch wechsel der tlikrοstruktur und mechanischen Eigenschaften oder sei es durch Beheben innerer Spannungen.
Eines der herkömmlichsten .Tärniebehandlungsverfahren besteht darin die Äbschreckung von Stahl in einem flüssigen medium durchzuführen. Wenn ein Stahl über den eutektoiden Umv/andlungsbereich (beispielsweise ungefähr 155O0P) erhitzt wird, ändert sich das alpha-Eisen (Ferrit) in gamma-Eisen. Das gamma-Eisen ist fähig den gebundenen Kohlenstoff des Pearlit, einer eutektoiden Legierung von Kohlenstoff und Eisen, zu lösen, wobei eine feste Lösung, als Austenit bekannt, gebildet.wird, \ienn das Metall abgeschreckt (schnell gekühlt) wird, hat das Austenit nicht genug Zeit, um zu der normalen oder Pearlit-Bedingung zurückzukehren, wenn der Umwandlungsbereich durch- und unterschritten wird. Stattdessen wird ein tbergangsprodukt, gewöhnlich Martensit, gebildet. Martensit ist hart und brüchig, und seine .bildung
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bringt eine geringere Festigkeit mit sich. Y/enn jedoch, das Metall getempert, beziehungsweise normal geglüht oder angelassen wird (wiedererhitzt auf eine massig erhöhte Temperatur von ungefähr 7500F), wird das brüchige Martensit zersetzt, es werden innere Spannungen beseitigt und intermediär gebildete mikrostrukturelle Produkte grösserer Plastizität gebildet. Diese intermediär gebildeten mikrostrukturellen Produkte besitzen die Kombination von λ Festigkeit und Zähigkeit, die gewöhnlich mit Stahl verbunden sind.
Die im axlgemeinen üblichen nicht-Eisen Metalle und Legierungen zeigen keine allotropen Umwandlungen und gehen beim Abkühlen keinen Phasenwechsel ein, und es ist daher im allgemeinen nicht möglich dieselben durch einfaches Erhitzen und Abschreckungsbehandlung, wie bei Stählen, zu härten. Ebenso ist es, im Gegensatz zu den Stählen, im allgemeinen nicht möglich durch Wärmebehandlung axlein die " Kornverfeinerung bei nicht-Eisen Metallen herzustellen.
Ein Verfahren der Wärmebehandlung, beziehungsweise Vergütung von nicht-Eisen Metallen und Legierungen, bekannt als Ausglühen, besteht darin, dass ein nicht-Eisen Metall oder eine Legierung auf eine Temperatur erhitzt werden, bei welchor die deformierten Körner durch Kaltbear.beitungsumkristallisieren, um neues Korn zu bilden. Während dem Umkri-
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stallisieren wird die Härtungswirkung der Kaltbearbeitung eliminiert, und die Dehnbarkeit des Materials nimmt zu.; Wenn einmal das nicht-Eisen Material bei der Glüh-Tempöratur umkriställisiert hat, werden seine Eigenschaften durch den Abkühlungsverlauf nicht beeinträchtigt, vorausgesetzt, dass kein Phasenweohsel erfolgt zwischen der Glühtemperatur und der atmosphärischen Temperatur. Bis jetzt wurde daher die Abkühlung nach Umkristallisieren in Luft durchgeführt.
Darüber hinaus ist dem Fachmann bekannt, dass bestimmte nicht-Eisen-Legierungen, welche Phasenwechsel vornehmen, durch Ausfällungs-Härtungsbehandlung gehärtet werden können. Bei der nicht-Eisen Legierung, die einer solohen Behandlung unterworfen werden kann, muss die Löslichkeit eines Elements oder der Verbindung darin, mit der zunehmenden Temperatur zunehmen, und die Menge des bezeichneten Elements oder der vorhandenen Verbindung muss seine, beziehungsweise ihre Feststoff-Löslichkeitsgrenze bei niederen Temperaturen überschreiten. Die Ausfällungs-Härtungsbehandlung besteht darin, dass die nicht-Eisen-Legierung auf eine Temperatur, unmittelbar unter dem der Verfestigungstemperatur erhitzt wird, dass sie auf dieser Temperatur eine Zeitdauer gehalten wird, die ausreicht die Phase zu lösen, die bei niedereren Temperaturen ausfällt und daß dann die Legierung schnell genug abgekühlt wird zur Verhin-
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derung der Ausfällung der zweiten Phase beim Abkühlen. Bin nachfolgendes Erhitzen auf eine niederere Temperatur als die ursptfinglioh, beziehungsweise vorausgehend verwendete, oder duroh einfaohes Rüokkehrenlassen bestimmter
zu
Legierungen bei atmosphärischen Temperaturen wird ein Teil der zweiten Phase aus der übersättigten Feststofflösung • ausgefällt. Duroh.die geeignete Wiedererhitzung oder Alterungetemperatur werden die ausgefällten Partikel extrem t fein sein und die nicht-Eisen legierung härten und festigen. Sie erste Stufe ist dem Faohmann als Lösungsstufe oder Lösungeglühen bekannt; die zweite Stufe wird als Alterungastufe bezeichnet. Bis jetzt war es allgemein üblioh die schnell· Abkühlung der Lösungsstufe duroh Verwenden eines flüssigen Bades als Kühlungsmedium durchzuführen.
Sin weiteres Wärembehandlungsverfahren im Bereich der vorliegenden Erfindung beruht darin, dass ein Metall einem * heiseen flüssigen Bad, zum Erreichen verschiedener Ergeb-. nisse, unterworfen wird. Das Bad wird gewöhnlich auf einer f gewünschten Temperatur, über Zimmertemperatur, gehalten. Dies aohliesat beispielsweise das Glühen der Legierungsbeeohiohtungea bei Metallen durch erstes In-Kontakt-bringen des MetaHgtgenstandes, der mit einem Fluss (beispielsweise Zink-ohlorid) behandelt werden soll, Durohleiten des bezeichneten Metallgegenstandes durch ein Legierungsbad und dann duroh ein heieees Bad, das beispielsweise auf ungefähr
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60O0I1 gehalten wird, ein. Dies hat zur Folge die Glühbehandlung der legierungsbesohiohtung auf dem Metall, wobei irgendein Legierungsüberschuss weichgewischt oder entfernt wird in oder unmittelbar auf das heiase Bad. Bin weiteres Beispiel sohliesst das Eintauchen von Metall in einem Bad mit nachfolgendem Erhitzen des Bades, bis das Metall eine gewünschte Temperatur erreicht, ein. Das Metall kann dann entfernt werden und man kann es abkühlen oder glühen, oder es kann verschiedenen anderen Verfahren unterworfen werden, welche eine vorausgehende Aufwärmung erfordern.
Zur Bewirkung vieler der vorausbezeiohneten Wärmebehandlungsstufen wurden verschiedene Medien verwendet, wobei jedes Medium seine Vorteile und Nachteile hatte, aber keines derselben vollständig zufriedenstellend war. So haben, obgleioh Wasser und Wasserlösungen anorganischer Salze die ältesten und billigsten Wärmebehandlungsmedien sind und im Falle der Stahlabsohreokung maximale Härtungsfähigieit verleihen, weil sie die höchsten Anfangsabsohreokungsgesohwindigkeiten haben, solche Medien den Haohteil, dass die hohen Absohreokungsgeschwindigkeiten zu niederen Temperaturen führen, die zum Werfen, Verformen, Brückigkeit, un-'gleiohmässiger Härte und Bruch führen. Ebenso verursachen solche Medien bei der Wärmebehandlung eisenenthaltender Produkte Rostbildung. .. '
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Um die mit den wässrigen Wärmebehandlungsmedien verbundenen Probleme zu vermeiden, wurden Ölemulsionen oder verschiedene Öle wie Fisch- und maritime Öle, tierische Öle, Mineralöle und ihre Gemische, verwendet$ obgleich, wenn diese zur Abschreckung verwendet, wurden, e während der Härtung gebildete innere Spannungen verringert, die Absohreokungsbruohneigungen reduziert und die Rostbildungsprobleme grösstenteile verringert werden, neigen Öl, ÖIt emulsionen und ähnliche dazu zu oxydleren, Schlamm zu bilden, einzudicken, zusammenzubrechen und sich bei erhöhten Temperaturen zu zersetzen, was ihre Lebensdauer als Wärmebehandlungsmedium grösstenteils verringert und sie zur Verwendung zweifelhaft erscheinen lässt. Ebenso schafft, wegen ihrer physikalischen und chemischen Veränderungen, die^Wärmebehandlung in solchen Medien Ergebnisse, die nicht einheitlich sind. Die flammbare Natur der Öle schafft ebenso eine schwerwiegende Feuergefahr bei den Wär^mbehandlungsverfahren.
Demgemäß8 sucht der Fachmann seit langem Ersatz für öl und Wasser, jedoch ohne viel Erfolg. Es ist daher ein Gegenstand dieser Erfindung, dass ein neues Wärmebehandlungsmedium zur Verwendung in Wärmebehandlungsverfahren, einsohliesslioh, aber nicht begrenzt, durch diejenigen, die oben beschrieben wurden, geschaffen wird, welches anstelle von Wasser und öl und Zubereitungen auf ölbasis, ohne Auf-
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gäbe der wünschenswerten Eigenschaften von öl, welches dieses vom Wasser als Wärmehehandlungsmedium unterscheidet, verwendet werden kann.
Bs ist ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung, dass ein neues und verbessertes Abschreokungsmedium geschaffen wird, welches die Vorteile von Öl in der Form der Qualität der abgeschreckten Gegenstände schafft, welches aber, ungleich Öl, in extremer Weise widerstandsfähig gegenüber Feuer und daher wünschenswerter als Öl ist.
Es ist ebenso ein Gegenstand dieser Erfindung, dass ein neues und brauchbares Medium zur Verwendung bei Wärmevergütungsmetallen, einschliessIieh. Legierungen, geschaffen wird, welches keine Feuergefährdung oder kein Schaumbildungsproblem hat und welches im wesentlichen hinsichtlich der physikalischen und chemischen Eigenschaften über lange VerwendungsZeitdauer einheitlich stabil und von langer lebensdauer ist und in eineiu weiten Temperaturbereich verwendet werden kann.
Ein spezifischer Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein neues Kühlungsmedium geschaffen wird, das zur Ausfällungshärtung von nicht-Eisen Materialien brauchbar ist.
Es ist ebenso ein Gegenstand dieser Erfindung, dass ein neu-
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• . ι - 9 -
> es and brauchbares Medium zur Verwendung in Erhitzungsbädern geschaffen wird, welches oxydative und thermische • ' Stabilität, hohe Siedetemperatur, niedere Flüchtigkeit und Feuerwiderstandsfähigkeit hat. Diese und andere Gegenstände kann der Fachmann aus dem weiteren Verlauf der Beschreibung entnehmen·
ITaoh den vorausgehenden Gegenständen wurde nunmehr ge funden, dass chloriertes Biphenyl als Wärembehandlungsmedium brauchbar und tatsächlich für eine solche Verwendung hervorragend ist, weil viele der Haohteile von öl überwunden, jedoch die wünschenswerten Erscheinungen desselben beibehalten werden. So schafft ohleriertes Biphenyl Feuerwider-■ standsfähigkeit, wie vergrösserte oxydative, hydrolytisohe ~~~und thermische Stabilität, was die Einheitlichkeit der Wärmebehandlungsverfahren während langer Zeitdauer zur Folge hat« Wenn es sub Abschrecken verwendet wird, so ist die λ Absohreekgeeohwindiglceit von ohloriertem Biphenyl annähernd ' . die gleiche wie bei 01. Beispielsweise braucht chloriertes I Biphenyl, welches AQf gebundenes Chlor enthält, 35,5 Sekunden but Bewirkung des gleichen Ktihlungeauamassts, wie wenn Ol ungefähr 25 Sekunden unter den gl«ionen Bedingungen verwendet wi*d. DeBgeräeg entsteht kein bedeutender Härteverluet beim Abschrecken mit ohlorlertem Biphenyl im Vergleich gjj «or ölabeebreokea«. Wegen diesen sehr erwünschten Eigen- -?·.*;· *o**ßto&9 Besonders' der thermischen und oxydativen Stabili-
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- ίο -
tat und Feuerwiderstandsfähigkeit, ist das Verfahren dieser Erfindung ebenso zur Wärmebadabschreckung wie zu dem mehr herkömmlichen iriedertemperaturabsohreoken brauchbar.
Das Wärmebehandlungsverfahren dieser Erfindung sohliesst das Absohrecken durch Eintauchen eines Metallgegenstandes in chloriertes Biphenyl für eine Zeitlänge ein, die zum Erreichen der gewünsohten Ergebnisse ausreichend ist, wobei die Zeitdauer abhängig ist von Erwägungen, wie dem Querschnitt des bezeichneten Gegenstandes, dessen Zusammensetzung, der Tiefe der gewünsohten Härtung, dem Ausmaß der gewünschten Zugfestigkeitszunahme, dem Ausmass der gewünsohten MikroStrukturveränderung und ähnlichem. Weiterhin kann ein Abschreckverfanren durch Steuerung der Tempe-
bis
ratur des chlorierten Biphenyls^su dem Ausmass des Einverleibens einer Absohreck- und einer Temperungs~(Anlaß-)Stufe in einem Arbeitsgang verändert werden.
Ein weiteres Arbeitsverfahren im Beraioh der vorliegenden · • Erfindung besteht im Abschrecken durch Sprühen von chloriertem Biphenyl auf das helsee Metall, anstelle der Ver-Wendung des vorausgehend bezeichne ten Eintaucirvorf ahrens.
Diese Ausführungsfprm ist besonders wichtig, wc selektive Härtung erforderlich ist. In aolohen Anwendungen kann Wasser, wegen der Wahreoheialionkti-fe der Rissbildung, nicht verwendet werden, und öl scheidet atte 8$nXaä<m ier Feuergefahr in diesem PaIXe aus»
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Es is* vollkommen klar, dass, sofern chloriertes Biphenyl als Wärmebehandlungsmedium verwendet wird, das Verfahren mit oder ohne verschiedene andere Typen der bisherigen Behandlungen zu oder nachfolgend zu der Wärmebehandlung mit chloriertem Biphenyl durchgeführt werden kann. Beispiele anderer Behandlungen, welche dem letztbezeichneten Arbeitsverfahren einverleibt werden können, sind: Glühen, (Anlassen), Normalglühen, Tempern, Spannungsbeheben, Ein- ( satzhärten (Kohlung, Carburierung), Regenerierungsabschrekken, Wärmebadabschreckung, Wärmebadabhärten, Erhitzen zur Homogenisierung, Heissbearbeitung, Kaltbearbeitung, Sintern, Giessen, Oberflächenbehandlungen, Vereinigen, Dispers ionahärtung und ändere ähnliche Verfahren.
Hier soll ebenso erwähnt werden, dass Glas, gleich Stahl, wärmebehandelt, das heisst zur Verbesserung seiner physikalischen Eigenschaften getempert werden kann, und es ist daher in den Erfindungsbereich eingeschlossen, dass chloriertes Biphenyl als Wärmebehandlungsmedium zur Glastemperung verwendet werden kann.
FUr daa erfindungsgemässe Verfahren ist im allgemeinen chloriertes Biphenyl, welohes von ungefähr 20 bis ungefähr 60 Ctew.$ an gebundenem Chlor enthält, brauchbar, jedoch wird ohloriertee Biphenyl, welches von ungefähr 40 bis 50 Gew.?6 gebundenes Chlor enthält, vorgezogen, da es Wärmebehandlungs-
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medien schafft, welche für die Verwendung bei üblichen Wärmebehandlungstemperaturen zumeist geeignete Viekositätseigenschaften haben. Chloriertes Biphenyl ist im Handel ist im Handel als Produkte erhältlich, welche ungefähr 21$, 32$, 42$, 48$, 54$ und 60$ gebundenem Chlor, entsprechend ungefähr mono-, beziehungsweise di-, tri-, tetra-, penta- und hexa-Chlorbiphenyl, enthalten. Die Bezeichnungen "chloriertes Biphenyl, welches ungefähr 40$ bis ungefähr 50$ gebundenes Chlor enthält" und "chloriertes Biphenyl, welches ungefähr 20 bis ungefähr 60$ gebundenes Chlor enthält", wie sie hier verwendet werden, schliessen nicht nur diese chlorierten Produkte ein, sondern ebenso Gemische von einem oder mehreren chlorierten Biphenylen, wobei der Gesamtchlorgehalt im allgemeinen im Bereich von 20 bis 60$, vorzugsweise im Bereich von 40 bis 50 Gew.$ liegt. Beispielsweise kann chloriertes Biphenyl, welches einen Gesamtgehalt von 45 Gew.$ gebundenes Chlor enthält, in wirksamer Weise zum Zwecke dieser Erfindung durch Zusammenmischen von 50 Gewichtsteilen chloriertem Biphenyl, welches 42 Gew.$ gebundenes Chlor und 50 Gew.. Teile chloriertes Biphenyl, welches 48 Gew.$ gebundenes Chlor enthält, hergestellt werden. In einer ähnlichen Weise kann chloriertes Biphenyl, welches einen Gesamtgehalt von 58 Gew.$ gebundenes Chlor enthält, für die Zwecke dieser Erfindung in wirksamer Weise durch Zusammenmischen von 25 Gew.Teilen chloriertem Biphenyl, welches 52 Gew.$ gebun-
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-.13 -
denes Chlor und 75 Gew.Teilen chloriertem Biphenyl, welohes 60 Gew.^ gebundenes Chlor enthält, hergestellt werden.· Daher kann, für die Zwecke dieser Erfindung, chloriertes Biphenyl, welches im allgemeinen ungefähr 20 bis ungefähr , 60, oder vorzugsweise ungefähr 40 bis ungefähr 50 Gew.# gebundenes Chlor enthält, wieder durch unmittelbare ChIo- . . rierung von Biphenyl zum Erhalten des gewünschten gebundenen Chlorgehalts erhalten werden, oder es kann ein zufrie- ^ dene teilendes Material durch Zusammenmischen von zwei oder mehr chlorierten Biphenylen zum Erhalten eines sich ergebenden Gemische von ohloriertem Biphenyl, welches eine wirksame Menge an gebundenem Chlor in den oben angegebenen Bereichen enthält.
--Die allgemeinen physikalischen Eigenschaften von ohloriertem Biphenyl, welohes wechselnde Mengen an gebundenem Chlor enthält, werden nachfolgend angegeben.
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Prozent Clilor Eigenschaften —
21 32 4-2 48 54 60
Di ch.t e
Spezif.Gewicht 0 1,18 1,26 1,38 1,45 1,54 1,62
25Ö/25ÖC (77V77 F)
Pounds pro Gallon 9,85 10,55 11,50 12,04 12,82 13,50 25 C (770F)
Anfangssiedepunkt
760 mm Quecks.F 527 554 617 644 689 725
Fliesspunkt
ASTM D-97, F 34 -32 2 19,4 50 88
Flammpunkt
Cleveland Open 286°- 305°- 348°- 379°- kein kein Cup, 0F 302° 310° 356° 384°
Brennpunkt
Cleveland Open 349° 395° kein kein kein kein Cup, F
Viskosität
Saybolt Univ.21O°go_31 3^32 ^35 36_3? 44_48 72_?8
Seo (ASTM-D-88)
1300F 35-37 39-41 49-58 69-78 260-340 3200-4500
100°F 40-42 47-50 80-93 .185-240 1800-
2500
kein gibt an "kein Brennpunkt "bie zur Siedetemperatur". :
-15- ' · /■
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Aus der vorausgehenden Tabelle der Eigenschaften ist zu ersehen, dass chloriertes Biphenyl einen sehr hohen Siedepunkt hat, das heisst, das es meist vollkommen feuerresistent ist, wenn ausreichend Chlor vorhanden ist, und dass die Viskositäten von chloriertem Biphenyl einen weiten Umfang für verschiedene Anwendungen und Arbeitstemperaturen in der Praxis der vorliegenden Erfindung anbieten. Es ist ebenso ersichtlich, dass mit der Zunahme des Prozentgehalts an gebundenem Chlor, in gleicher Weise eine Zunahme des Siedepunktes und der Viskosität verbunden ist. Solche Eigenschaften unterstützen die Verwendung von Gemischen von chloriertem Biphenyl, wenn längere Abkühlgesohwindigkeiten gewünscht werden, zum Beispiel beim Abschrecken von Stählen.
Dem Fachmann ist bekannt, dass ein Absohreckverfahren aus drei Stufen besteht:
1) In der ersten Stufe oder Dampfkissenstufe, ist die Temperatur des Metalls so hoch, dass das Absohreokmedium an der Oberfläche des Metalls verdampft wird und ein dünner stabiler Dampf film den Teil umgibt. Die Da«ipf umhüllung wirkt als Isolator, und die Abkühlung findet im wesentlichen durch Abstrahlung durch den Dampffilm statt. Die AbkühlungBgesohwindigkeit ist während dieser Stufe verhältnismässig langsam.
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2) Die zweite Stufe oder Dampfsiedestufe, beginnt* wenn das Metall sich, auf eine solche !Temperatur abgekühlt hat, dass der Dampffilm nicht-langer stabil ist. Dae Absohre okmedium neigt dann dazu die Oberfläche des Metalls zu benetzen, und es findet ein heftiges Sieden statt. Wärme wird von dem Metall in einer sehr sohneilen Geschwindigkeit als latente Verdampfungshitze entfernt. In dieser Stufe ist. die Abkühlung am schnellsten.
3) Die dritte Stufe, oder Kontaktstufe, beginnt, wenn die Oberfläohentemperatur des Metalls auf den Siedepunkt oder Siedebereich der Abschreckflüssigkeit verringert ist. Darunter hört das Sieden auf, und es findet durch Leitung oder Wärmeübertragung ein langsames Abkühlen statt. Die Abkühlungsgeeohwindigkeit in der dritten Stufe ist die langsamste*
Durch Herstellen eines Gemische, welches aus chloriertem Diphenyl besteht, das einen niederen Siedepunkt hat und chloriertem Biphenyl, das einen hohen Siedepunkt hat, in Anteilen von ungefähr 5:1 bie ungefähr 25:1, beziehungsweise, wird ein Abschreokmedium erhalten, welches höhere Abkühlgeeohwindigkeiten als jene hat, die bei Verwendung
eines einzelnen chlorierten Biphenyls erhalten werden. Ale hochsiedende Verbindung können ebeneo chloriertes Tex·- phenyl, Quatraphenyl oder andere Polyphenyle verwendet werden., Dieee Zunahme der Abkühlgeeohwindigkeit erfolgt auf-
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grund der Tatsaohe, dass bei der ersten Stufe oder Dampfkissenstufe das chlorierte Biphenyl, das einen niederen Siedepunkt hat, zu sieden begonnen hat, während das chlorierte Biphenyl, das einen höheren Siedepunkt hat, dies nicht tut. Dies verursacht eine Drehbewegung oder Misohen, welcheβ den um das heisse Metall herum gebildeten Dampf-. film durchlöchert, und daduroh die erste Stufe oder Dampfkiasenetufe verkürzt. So beginnt die zweite Stufe oder Dampfeiedestufe früher, und bei dieser Stufe erfolgt das Abkühlen am aohnellarten.
Ale Beispiel des erfindungsgemässen Verfahrens, ebenso zum Vergleich gegenüber bisherigen Verfahren, wurden Proben von zwei im Handel erhältlichen Stahlqualitäten, einem —mittleren und einem Hoohkohlenstoffstahl, in zwei verschiedenen chlorierten Biphenylen (wobei eines ungefähr 21$ Chlor und das andere ungefähr 483* Chlor enthielt) und in Ol abgeeehröokt. Die verwendeten Stähle hatten die nachfolgende Analyse:
Μ~· mittl .Kohlenstoffstahl - ; -c*.i ■■■■'■- höh. Kohlenstoffstahl
I 0 - 0,40* " -;'--':: !':"v>;r ■■■■'■_ C - 0,95/1,053*
*' Ma 1|OOJ* Or - 0,251*
tt) - 1 »ÖOJC Mn - 0,30/0,503*
9 S- 0,08Jt ' Hi - 0,253*
P - 0,0353*
- *L- 0,25/0,5OJt
• * 0,035?*
80 9813/026Α
- 1β -
. ii^üL^üL-l·.- -^ .
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AbBOhreckverfahren:
Untersuchung 1
Drei, 1 inch lange χ 1/2 inch. Durchmesser Proben von jeder Stahlqualität wurden in einem Sohwerlast-Muffelofen bei 155O0F 1 Stunde lang austenitisiert. Jede. Probe von mittlerem und Hochkohlenstoffstahl wurde dann in jeder der drei Flüssigkeiten abgeschreckt. Das Volumen Abschreckflüssigkeit zu Volumen Stahl war ungefähr 400 zu 1.
Untersuchung 2
Drei, 2 inch χ 3 inch Durchmesser Proben von jeder Qualität Stahl wurden in einem Schwerlast-Muffelofen bei 165O0F für 2 Stunden austenitisiert. Jede Probe von mittlerem und Hochkohlenstoffstahl wurde in jeder der drei Flüssigkeiten abgeaohreokt. Das Volumen öl zu Stahl war ungefähr 2 zu 1.
Ergebnisse;
Untersuchung 1 - Härteuntersuohungen.
Die nachfolgenden Ergebnisse wurden für eine Durohachnittshärtung von mittlerem und Hochkohlenstoff stählen, welche nach der vorliegenden Erfindung in den verschiedenen Flüs- ■■ sigkeiten abgeschreckt wurden, erhalten.
Tabelle 1 - Härteuntersuohungen Eoohkohlenetoffstahl
JLbeohreckflUwfiglcti-fe ;I)arch»#hn. Härtung - BQ3kala
chlortertee Blpaeayl - 4β* Chlor 46 ohloritrt·· Biphenyl,- 21?i Ohlor 49
Ptlöl 53
' 809813/0264 " ™ "
Tabelle 2 Härteuntersuchungen - mittlerer Kohlenstoffstahl Absohreckflüssigkeit Durchsonn.Härtung - RcSkala
chloriertes Biphenyl - 48$ Chlor 45 chloriertes Biphenyl - 21$ Chlor 45,5 Petroleumöl 46
Untersuchung 1 - Mikrostruktur
Die Mikrostruktur, sowohl der mittleren als auch der Hochkohlenstoffstäh3.e "bestätigten die Ergebnisse der Härtungsunterauohungen.
Di· Mikrostruktur von Proben von Hoohkohlenstoffstahl, der in chloriertem Biphenyl.abgeschreckt wurde, war etwas verschieden von dem Hochkohlenstoffstahl, der in Petroleumöl abgeschreckt wurde» Dieser Unterschied wurde in gleicher Weise in den Härtungeergebnissen der Tabelle 1 ausgewiesen. Die Mikrostrukturen aller Proben waren ähnlioh, Martensit plus Bainit; jedoch enthielt der in Petroleumöl abgeschreckte Stahl grosserβ Mengen von Martensit.
Die Mikro Struktur der Proben von mittlerem Kohlenetoff stahl war, wie dies durch die gleichen Härteableeungen für jede der Proben in den drei Abachrtokflüssigkeiten bereite angezeigt ist, gleich UAd von der für die Absohreokong verwendeten Flüssigkeit unabhängig. Die Struktur war typisch Bainit plus kleiaere Meöf en Marteneit. BADo
- 20 -
Untersuchung 2 - Flammpunkt-Untersuchungen
Unter den ungünstigsten Bedingungen (Yolumen des Abschreckmittels zu Stahl wie 2:1) flammten oder brannten die ohlörierten Biphenyl-Flüssigkeiten nicht, obgleich das Sieden erfolgte. Das herkömmliche Absohreoköl flammte und brannte in ungefähr 15 Sekunden nach dem Abschrecken, und das sich ergebende Feuer wurde mit Kohlendioxyd gelöscht.
Die mikroskopische Prüfung der Kanten, sowohl der mittleren als auch der Hoohkohlenstoffstähle, welche in den beiden chlorierten Biphenylflüssigkeiten abgeschreckt wurden, zeigten kein Auftreten von irgendwelchen Fehlern, Deoarbonisierung oder chemischen Angriff durch die Flüssigkeit. In allen Fällen war die Oberflächenstruktur mit denen der Stähle, die in dem herkömmlichen Petroleumöl abgeschreckt wurden, vergleichbar.
Die Härtungsergebnisse und Mikrostrukturen der Hochkohl'enstoffstähle zeigen, dass chloriertes Biphenyl eine etwas langsamere Abkühlungsgesohwindigkeit als das verwendete Petroleumabsohreokungsöl hat« Dieser Unterschied in der Abkühlungsgeschwindigkeit ist natürlich bei den mittleren Kohlenstoffstählen nicht auftretend, weil die Umbildung zu feinem Pearlit, Bainit und Martensit bei einer viel höheren Temperatur für mittleren Kohlenstoffstahl als für Hochkbhlenstoffstahl beginnt und daher nicht so emfjpindlich
fi Π Q 8 1 1 /nor*/
- 21 gegenüber.der Abkühlnngsgesohwindigkeit ist.
Qhloreiertee Biplieiiyl, wie oben beschrieben, umfasst den gröeetren Anteil des Wärmebehandlungsmediuma dieser Erfindung, und es wird im allgemeinen aus Gründen der i"euerverhinderung vorgezogen, dass chloriertes Biphenyl wenigstens 50 bis 75$ und sogar wünschenswerter im wesentlichen das gesamte' eines solchen Mediums darstellt. Jedoch wird in den Erfindungsbereioh dieser Erfindung das Wärmebehandlungemedium einbezogen, welches eine homogene Phase, zusanaengesetzt aus Gemischen von chloriertem Biphenyl und Ol oder anderen Materialien, umfasst. Ein Beispiel der physikalischen Eigenschaften von typischen öl-ohlorierten Biphenyl-Gemisohen wird in der nachfolgenden Tabelle an-—gegeben. Sas Ul hatte die folgenden Eigenschaften}
AFI Gewioht 210( öl - spec· 22-23 Biphenyl-Gemi 8 ehe
Viskosität bei 50 1, 160 Pounde/ffal.
fflaampunkt, 0F 25 1, 545 9,4
JF, Sue ül-ohlor. 10,6
Gewioht
physikalisch· Eigenschaften der 1263
öewiohtaproeent 2703
ohlor.Biphenyl
46* Ohlor
50
75
ituätalieh können ander· ohlorierte, aliphatieohe und aro-
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matische Kohlenwasserstoffe, wie Trichlorbenzol, chloriertes Terphenyl und ohloriertes Naphthalin mit dem chlorierten Biphenyl gemischt werden, zur Schaffung des in diesem erfindungsgemässen Verfahren verwendeten Wärmebehandlungsmediums. Im besonderen ist die Verwendung von Trichlorbenzol in einer Menge bis zu ungefähr 10 bis 15$ des chlorierten Biphenylgehalts sehr wünschenswert, wo das Wärmebehandlungsverfahren unter Fiedertemperaturbedingungen verwendet wird, weil die Viskosität bei Uiedertemperaturen des sich ergebenden Gemische in beträchtlicher Weise durch eine solche Verwendung von Trichlorbenzol verringert wird, ohne ein ebensolches .Bewirken einer bedeutenden unerwünschten Abnahme der anderen Eigenschaften des chlorierten Biphenyls.
Es ist ebenso vorgesehen, dass das chlorierte Biphenyl verschiedene funktioneile Additive enthalten kann, wie Absohreekgeschwindigkeits-Modifikatoren, Viskositätsmodifikatoren, Netzmittel, Antioxydationsmittel, Rostinhibitoren, Fliesspunkterniedriger und ähnliche, einsohliesslioh Fettsäuren, Amine, Siliciumdioxydsolen, Äthylenöder Propylen-oxyd-Polymerisaten von hohem Molekulargewicht, lösliche Harze wie Carboxymethylcellulose, Methyl-'Oellulose und Hydroxy-äthyl-Cellulose, Terpen-Polymerisatharze, heise behandeltes Pflanzenöl, Rückstände aus der Pe trol eumraffinie rung, in pe»c* Weine oxydiert· Pe-
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troleumkohlenwasserstoffe, Alkylphenol-äthylen-oxyd-Kondensate, Alkylphenol-polyäthylen-glykole, Natrium-alkylsulfate, Polyoxyäthylen-ester von Tallöl, orgaiiische Sulfonate, zum Beispiel Natrium-sulfonat, Barium- und Calcium-sulfonat, Metall-naphthenate, Reaktionsprodukte von organischen Sulfonates, und einem Phosphor-sulfid, Reaktionsprodukte eines Phosphor-sulfids und eines organischen Amins, Mono-, Di- und Triäthanolamin, Natrium-, Kaliumoder Ammonium-borat, Dimere von linolsäure und anderen Fettsäuren, Reaktionsprodukte von einem Alkenyrbernsteinsäure-anhydrid, aliphatisohe Säure und Polyalkylen-polyamin, Phosphite und Phenyl-alpha-naphthylamin.
Während diese Erfindung im Hinblick auf verschiedene spezifische Beispiele und Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es klar, dass die Erfindung hierdurch nicht eingeengt wird und dass sie in verschiedener Weise im Bereich der nachfolgenden Ansprüohe praktisch angewendet ¥/erden kann.
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Claims (8)

Patentansprüche
1. Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst das Erhitzen■eines Metalls auf. eine Temperatur unter dessen Schmelzpunkt und danach das Abkühlen des bezeichneten Metalls durch In-Kontakt=bringen mit einem Medium, -welches chloriertes Biphenyl umfasst. ·
2. Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst, das Erhitzen eines Metalls auf eine Temperatur unter dessen Schmelztemperatur und danach das Absohrecken des bezeichneten Metalls in einem Medium, welches chloriertes Biphenyl umfasst.
3. Verfahren gemäss Anspruch 2 dadurch, gekennzeichnet, dass das Abschreokmedlum ein Gemisch einer grösseren Menge von chloriertem Biphenyl und einer kleineren Menge von Trichlorbenzol umfasst.
4. Verfahren gemäss Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Absöhreckmedium Gemische von chloriertem Biphenyl umfasst.
5* Verfahren gemäss Anspruch 2 daduroh gekennzeichnet, dass das Absohreckmedium ein Gemisch einer gröss er en Menge von ohloriertem Biphenyl und einer kleineren Menge von Öl
ORIGINAL· IMSPECTED - 25 -
6. Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst das Erhitzen von Stahl auf eine Temperatur unter dessen Schmelztemperatur und danach das Abschrecken des bezeichneten Stahls in einem Medium, welches chloriertes Biphenyl umfasst.
7. Abschreokverfahren von Stahl dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst das Erhitzen von Stahl auf eine Temperatur über dessen Umwandlungsbereioh und Abschrecken des erhitzten Stahls in einem Absohreokmedium, welohes chloriertes Biphenyl umfasst.
'
8. Verfahren zum Grlühen von Metall dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst das Erhitzen des bezeichneten Metalls —auf eine Temperatur, bei welcher die deformierten Körner u. Umkristallisieren zur Herstellung neuer Körner und dann Abkühlen des umkristallisierten Metalls durch In-Kontaktbringen mit einem Wärmebehandlungsmedium, welohes ohloriertes Biphenyl umfasst.
9. Verfahren zur Auafällungshärtung daduroh gekennzeichnet, dass es umfasst das Erhitzen einer nicht-Eisen-Legierung bis die Phase, welche bei niederen Temperaturen ausfällt, sich löst und dann Abkühlen der bezeichneten legierung durch In-Kontakt-bringen mit einem Wärmebehandlungsmedium, welches chloriertes Biphenyl umfasst, in einem die Verhinderung der Ausfällung der bezeichneten Phaee ausreichenden Auamaes.
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U33763
10. Wärmebehajidlungsverfahren eines Metalls dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst das In-Kontakt-bringen des "bezeichneten Metalls mit einem chlorierten Biphenyl, welches auf ,eine Temperatur über der des Metalls erhitzt wurde .j
11. Wärmebehandlungsverfahren eines Metalls dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst das Eintauchen des "bezeichneten Metalls in ein Medium, welches chloriertes Biphenyl umfasst, und dann Erhitzen des Metalls und des
r*
chlorierten Biphenyls auf'eine Temperatur über dessen
Anfangstemperatur.
12. Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst das Erhitzen von Glas auf eine Temperatur unter dessen Schmelzpunkttemperatur und danach das In-Kontakt-bringen des bezeichneten Glases mit einem Medium, welches chloriertes Biphenyl umfasst.
13· Erfindung wie beansprucht und beschrieben.
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