DE231971C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 18 c. GRUPPE

aus Stahl oder aus Stahllegierungen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 24. August 1906 ab.

Die bisher zur Gewinnung spezieller Stahlsorten (nämlich der Stahlsorten, die außer Eisen und Kohlenstoff auch ein oder mehrere andere Metalle wie Chrom, Nickel, Bor, Mangan, Kobait, Wolfram, Vanadin usw. enthalten) angewendeten Verfahren sind zweierlei Art. Nach dem ersten dieser Verfahren verschmilzt man den gewöhnlichen Kohlenstoffstahl mit den zuzusetzenden Metallen, wodurch man eine homogene Masse von dem gewünschten speziellen Stahl erhält. Nach dem zweiten Verfahren wird das Stück Stahl bis zu einer obwohl hohen, doch unter dem Schmelzpunkt stehenden Temperatur erhitzt, und zwar in Berührung mit einem körnigen, dem Stahl zuzusetzenden Metalle, vermengt mit kohlenstoffhaltigen Substanzen oder die betreffenden Metallcyanide enthaltenden Gemenge. Das letzte der erwähnten Verfahren, in der bisher bekannten Weise angewendet, führt zur Gewinnung einer Masse aus gewöhnlichem Stahl, deren Oberfläche durch eine dünne Schicht umhüllt ist, die die zugesetzten Metalle aus dem körnigen Gemenge absorbiert hat. Nicht nur ist die so erhaltene oberflächliche Schicht dieses Spezialstahles eine sehr dünne, sondern sie ist auch gegen die innere Masse derart scharf abgegrenzt, daß sie sich wie eine Art Haut unter der Einwirkung von Stößen sehr leicht von derselben trennt.

Die außerordentlich geringe Dicke der Schicht aus Spezialstahl, die man durch die bisher bekannten Verfahren erzielen kann, sowie die bei einer kleinen Tiefe unter der äußeren Ober-45

fläche scharf hervortretende Abnahme des Gehaltes an dem zugesetzten, die spezielle Art Stahl kennzeichnenden Metalle hängen davon ab, daß die ersten Teile des Metalles bzw. der Metalle, die eine Legierung mit dem Stahlgegenstande an seiner Oberfläche bilden, die Eigenschaften des Stahles sehr stark beeinflüssen, und zwar derart, daß bei unverändert bleibender Temperatur (und sie bleibt tatsächlieh bei allen bekannten Verfahren unverändert) die Diffusion des zusätzlichen Metalles nicht weiter vor sich gehen kann.

Das Verfahren nach vorliegender Erfindung besteht in einer besonderen thermischen Behandlung, durch welche das Metall oder die Metalle, die ungebunden oder als labile Verbindungen in dem körnigen, mit der Oberfläche des Stahlgegenstandes in inniger Berührung befindlichen Gemisch enthalten sind, nicht nur mit den an dessen Oberfläche befindlichen Teilen (was auch nach den bekannten Verfahren geschieht) eine Legierung bilden, sondern allmählich in das Stahlstück hineindiffundieren und eine je nach der Dauer besagter Behandlung veränderliche Tiefe erreichen. Anstatt wie bisher eine das behandelte Stahlstück umhüllende dünne Haut Spezialstahles zu erhalten, kann man im behandelten Gegenstande eine je nach Belieben mehr oder weniger tiefe Zone Spezialstahl herstellen, wobei innerhalb besagter Zone der Gehalt an dem durch Diffusion zugesetzten Spezialmetall bzw. -metallen all- . mählich abnimmt, je nachdem man von außen

nach innen eindringt. Die so erhaltene Zone Spezialstahl ist mit dem übrigen Stahlstück derart innig verbunden, daß sie sich nicht von dem Blocke trennen kann, wenn derselbe auch den heftigsten Stoßen ausgesetzt werden sollte. Außerdem können die so erhaltenen Stücke unbeanstandet den weiteren chemischen oder mechanischen Behandlungen durch Härten, Ausglühen bzw. durch Pressen, Hämmern, Auswalzen unterworfen werden, wodurch dem Metalle die jeweilig gewünschten Eigenschaften erteilt werden.

Die oben erwähnte thermische Behandlung, durch welche die Diffusion der verschiedenen Metalle innerhalb der Stahlmasse hervorgebracht wird, besteht in der Erhitzung des in inniger Berührung mit dem körnigen, das durch Diffusion zuzusetzende Metall bzw. die zu diffundierenden Metalle enthaltenden Gemenge befindlichen Stahlgegenstandes, wobei die Behandlung je nach der zu erreichenden Diffusionstiefe mehr oder weniger lange dauert und dieselbe bei einer innerhalb des kritischen Int ervalles des behandelten Stahles befindlichen Temperatur vor sich geht.

Übrigens ist es einleuchtend, daß, je nachdem das Metall oder die Metalle aus dem körnigen Gemenge innerhalb der Stahlmasse diffundieren, die Zusammensetzung der letzteren variieren soll, was eine Verlegung der kritischen Temperaturen zur Folge hat; es wird sich deshalb, damit die Diffusion an der Oberfläche weiter vor sich gehen kann, als notwendig herausstellen, die Temperatur derart zu variieren, daß sie sich in demselben Verhältnisse mit Bezug auf das kritische Intervall erhält, welches der mit dem Vorsichgehen der Diffusion veränderlichen Zusammensetzung des Stahles entspricht.

In manchen Fällen hat es sich als vorteilhaft ergeben, die Temperatur wechselweise zu steigern und zu erniedrigen, vom kritischen Intervalle des gewöhnlichen durch die Diffusion noch nicht beeinflußten normalen Stahles, der den Kern des Gegenstandes bildet, zum kritisehen Intervall des Spezialstahles übergehend, das sich in der äußeren Zone durch die Diffusion gebildet hat. Durch dieses Verfahren gestalten sich die an der äußeren Oberfläche der bereits umgewandelten äußeren Zone stattfindenden Diffusionsvorgänge gleichförmiger, und dasselbe ist der Fall mit Bezug auf die Diffusion zwischen den tieferen Schichten besagter Zone und dem noch nicht beeinflußten Kern.
Eg sei noch erwähnt, daß es sich empfiehlt, um die Manipulationen zu ■ beschleunigen, die Behandlung bei einer Temperatur einzuleiten, die den Schmelzpunkt des Gußeisens übertrifft, welche Temperatur aufrechtzuerhalten wäre, bis das in dem körnigen Gemisch enthaltene Metall bzw. die Metalle eine Legierung mit den oberflächlichen Teilen des Stahlgegenstandes gebildet haben, worauf die Temperatur nach den oben angegebenen Vorschriften geregelt werden wird.

Es kann im allgemeinen gesagt werden, daß die Gemische die fraglichen Metalle (z. B. Wolfram, Chrom, Silicium usw.) in ungebundenem Zustande oder als labile Verbindungen enthalten sollen, welche Verbindungen entweder durch die Wirkung des Eisens selbst oder durch diejenige anderer im Pulver enthaltener Substanzen (Spodiurn, Cyaniden, Holzkohle, Lederabfälle usw.) reduziert werden können (so z. B. wenn es sich um Mangan handelt, kann man Pyrolusit [Manganhyperoxyd] und Braunit zusammen mit Kohle und Abfällen von organischen Substanzen anwenden; handelt es sich um Silicium, so kann man Kieselsäure nebst Kohle und Cyaniden verwenden usw.).

Die Diffusion geht rascher vor sich, wenn man dafür Sorge trägt, daß sich im körnigen Gemisch eine flüchtige Verbindung des zu diffundierenden Metalles bilden kann, wenn auch solche Verbindung sich leicht unter Einwirkung der Hitze zersetzen sollte. ■

Es sei nunmehr die Erfindung an der Hand dreier Ausführungsbeispiele näher erklärt.

Beispiel 1. Man nehme an, es stehe eine Platte oder ein anderer Gegenstand aus gewöhnlichem Stahl folgender Zusammensetzung zur Verfügung, nämlich:

Kohlenstoff 0,25 Prozent,

Silicium Spuren,

Mangan 0,65 Prozent,

Schwefel 0,03

Phosphor 0,04

Es sollen nunmehr die äußeren Schichten ohne Verschmelzung in Nickelstahl umgewandelt werden, und zwar derart, daß der Nickelgehalt an der äußeren Oberfläche 10 Prozent betrage, und daß er dann zuerst rasch, dann langsamer abnehme, um bei einer Tiefe von 5 bis 6 mm gleich Null zu werden.

Das sich am besten eignende Gemisch besteht in diesem Falle aus Nickelpulver und Nickeloxyd, vermengt mit Knochenkohle; vorteilhaft ist es, aus näher anzugebenden Gründen, das Gemisch mit Bariumcarbonat in etwa wie Sandkörner großen Stücken zu versetzen. Das Gemisch wird um den zu behandelnden Gegenstand in einem Kasten aus feuerfestem Material gepreßt und mit einem schwer belasteten Deckel belegt. Der Kasten wird in einem Zementierofen erhitzt, wobei die Temperatur folgendermaßen den obigen Normen entsprechend geregelt wird.

Zunächst erhitzt man bis zu einer den Schmelzpunkt des Gußeisens übertreffenden Temperatur und hält diese Temperatur aufrecht, bis man an einigen Probestäben des Stahles ersehen hat, daß das Nickel eine Legierung mit den

äußeren Schichten des Stahles gebildet hat. Hierauf wird man zuerst die Temperatur bis zu 800^c herabsetzen, und dann wird man sie ganz langsam, d. h. in 60 bis 70 Stunden, bis zu 500 ° fallen lassen." Dann ist die gewünschte Diffusion des Nickels im Innern des Stahlgegenstandes erreicht. Der Zusatz an Bariumcarbonat befördert die Operation, da es bei der hohen Temperatur Kohlensäureanhydrid entwickelt, das, auf den Kohlenstoff des Gemenges einwirkend, Kohlenoxyd bildet, welches mit dem Nickel flüchtige Verbindungen eingeht, die, obwohl sehr wenig konstant, die Diffusion des Nickels besonders gegen Ende der Operation befördern. Dieselbe befördernde Wirkung würde, man durch den langsamen Zufluß eines Kohlenoxydstromes erreichen.

Beispiel 2. Will man bei einem Stahle derselben Zusammensetzung wie der vorige durch Diffusion eine äußere Schicht mit einem Gehalt von 5 Prozent (oder mehr) Silicium erhalten, so wird man ein körniges Gemisch aus gleichen Teilen Holzkohle, kieseligem Sand und Kohlenstoffsilicid (Carborundum) anwenden.

Die Behandlung ist dieselbe wie im Beispiel 1, doch wird man am Ende der Operation die Temperatur nur bis ungefähr 650 ° fallen lassen. Beispiel 3. Denselben Operationen können nicht nur gewöhnliche, sondern auch Spezial-Stahlsorten unterworfen werden; man wird in diesem Falle quaternäre und höhere Stahlsorten erhalten, deren äußere Zonen 4, 5,6 verschiedene Bestandteile aufweisen. Unterwirft man z. B. einen chromhaltigen Stahl der im Beispiel 1 beschriebenen Behandlung, welcher etwa folgende Zusammensetzung hat:

Chrom 1 Prozent,

Kohlenstoff 0,10 Prozent,

Schwefel Spuren,

Schwefel Spuren,

so wird man eine äußere Schicht erhalten, die neben dem bereits vorhandenen Chrom auch das durch Diffusion hinzugekommene Nickel enthält; die äußere Schicht wird also aus einem quaternären, chromnickelhaltigen Stahl bestehen.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Verfahren zur Herstellung irgendwelcher Gegenstände (hauptsächlich Schiffspanzerplatten) aus Stahl oder aus Stahllegierungen, bei welchem man den aus einem gegebenen Stahl hergestellten Gegenstand in Berührung mit einem körnigen oder pulverförmigen Gemenge erhitzt, das ein oder mehrere freie oder in labilem Zustand gebundene Metalle enthält (wie Chrom, Mangan, Kobalt, Wolfram, Vanadium usw.), dadurch gekennzeichnet, daß man die Erwärmung bei einer Temperatur beginnt, die höher ist als der Schmelzpunkt des Gußeisens, und die Temperatur selbst andauernd oder abwechselnd ändert, um die Diffusion des Metalles oder der Metalle, welche in dem Gemenge enthalten sind, in eine größere oder geringere Tiefe des Inneren des Stahlgegenstandes zu ermöglichen.