DE2349225A1

DE2349225A1 - Abschreckmittel

Info

Publication number: DE2349225A1
Application number: DE19732349225
Authority: DE
Inventors: Takshi Kato; Takashi Tokuue
Original assignee: Toho Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Toho Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1972-10-02
Filing date: 1973-10-01
Publication date: 1974-04-18
Also published as: DE2349225C3; DE2349225B2; US3939016A; JPS533725B2; JPS4955510A

Description

COHAUSZ & FLORACK

PATBTvTANiVALI SBURO
4 DÜSSELDORF SCHUMANNSTR. 97

PATENTANWÄLTE: Dipl.-Ing. W. COHAUSZ · Dipl.-Ing. W. FLORACK · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-lng., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER

Toho Chemical Industry Go., Ltd.

1-11, Kaigara-cho, Nihonbashi, Chuo-ku

Tokyo, Japan 28. September 1975

Abschreckmittel

Die Erfindung betrifft ein Abscheckmittel zum Abschrecken von Kohlenstoffstahl, Legierungsstahl und anderen Metallen.

Herkömmliche aAbschreckmittel haben einige Schwächen. Wenn beispielsweise ein Kohlenstoffstahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt in Wasser abgeschreckt wird, wird der Kohlenstoffstahl zu schnell abgekühlt, und damit tritt häufig eine innere Spannung oder ein Abschreckriß im Kohlenstoffstahl auf. Wenn deshalb Wasser als ein Abschreckmittel verwendet wird, sind komplizierte Verfahren erforderlich, beispielsweise eine unterbrochene Abschreckung. Wenn ein Kohlenstoffstahl hohen Kohlenstpffgehalts in Öl abgeschreckt wird, wird der Kohlenstoffstahl nicht perfekt abgeschreckt, und es entstehen Weichstellen am Kohlenstoffstahl.

Es sind schon die verschiedensten Abschreckmittel vorgeschlagen worden, um solche Schwachstellen zu beseitigen. Diese Abschreckmittel haben jedoch einige der nachstehenden Schwächen« (1) Sie haben allgemein eine kurze Lebensdauer. (2) Stahl neigt immer noch dazu, nicht perfekt abgeschreckt zu werden in diesen Mitteln, und es treten häufig Weichstellen und andere Defekte am Material auf. (3) ein störender Geruch geht bei Abschreckung von Materialien in den Mitteln aus, und es ist schwierig, verbrauchte Absdreckmittel zur Beseitigung zu behandeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abschreckmittel zu schaf-27 427

409816/0817 -2-

fen, das keine Ab schreckspannungen bewirkt und keine Weeichstellen entstehen läßt und das ein perfektes und gleichförmig gehärtetes Gefüge entstehen .läßt«

Der Erfindung liegt femer die Aufgabe zugrunde, ein Abschreckmittel zu schaffen, das ein abgeschrecktes Gefüge mit einem gewünschten Härtegrad entstehen läßt, beginnend mit einer niedrigen Härte, die gleich oder geringer als die ist, die man mit Abschreckölen erreicht, und endend mit einer hohen Härte, die gleich der ist, die man mit Wasser erreicht.

Weiter soll gemäß der Erfindung ein Abschreckmittel geschaffen werden, daß keinen störenden Geruch oder schädliches Gas während des Abschreckens abgibt, und das beseitigt werden kann, wie es ist, wenn seine Lebensdauer beendet ist.

W-eiter bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Abschreckmittels, mittels dessen ein Abschreckhärten innerhalb relativ kurzer Zeit erreicht werden kann.

Erfindungsgemäß ist ein Abschreckmittel vorgesehen, bestehend aus einer wässrigen Lösung, die 0,4 bis 10 Gew.-^ mindestens eines Polymers aus der Gruppe enthält, zu der Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure, ein Copolymer von Methacrylsäure und Acrylsäure und Salzen davon gehören, wobei der Polymer eine Grundviskosität (W ) von 0,010 bis 0,050 l/g hat.

Das Abschreckmittel der Erfindung ist eine wässrige Lösung aus wasserlöslichen Polymeren wie Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure, ein Copolymer von Acrylsäure und Methacrylsäure und Dalzen davon. Zu den Salzen gehören beispielsweise jene von Natrium, Kalium, Triäthanolamin, Ammonium und dergleichen.

Yon diesen wasserlöslichen Polymeren sind jene in der Form von Salz im Vergleich zu jenen in der Form der freien Säure vom Standpunkt der Abschreckungsintensität H, der Wärmestabilität, der Korrosiionsver-

- 5 409816/0817

sprödung und der Leichtigkeit in der Behandlung von Abfallflüssigkeit vorzuziehen· Insebesondere sind Natrium- und Kaliumsalze vorzuziehen.

Optimale Ergebnisse sind mit einem Gemisch von 40 bis $0 Gew.-fo Natrium- oder Kaliumpolyacrylat und 60 bis 40 Gew.-% Natrium- oder Kaliumpoly-(Aerylat-M6thacrylat) zu erreichen. Wenn die relative Menge an Natrium- oder Kalium-poly-(Acrylat-Methacrylat) in einem Überschuß über den vorstehenden Bereich hinaus vorhanden ist, besteht die Gefahr, daß eine Dampfhaut das Stahlstück über eine relativ verlängerte Zeitdauer im Abschreckmittel hinweg überzieht, und in seltenen Fällen wird eine nicht vollkommene Abschreckung bewirkt. Im Gegensatz dazu, wenn die relative Menge an Natrium- oder Kalium-Poly-(Acrylat-Methacrylat) unter dem vorstehenden Bereich liegt, besteht die Gefahr, daß die Abschreckgeschwinidkgiet von Stahl beim Martensitanfangspunkt (Ms) excessiv hoch wird, und daß bei seltenen Fällen ein Absichreckriß am abgeschreckten Gefüge auftritt.

Die wasserlöslichen Polymere sollen eine Grundviskosität (f\) von 0,010 bis 0,050 l/g, vorzugsweise 0,020 bis 0,045 l/g haben. Der Betgriff "Grundvikesität", wie er hier verwendet wird, bedeutet die, wie sie in Wasser bei einer Temperatur von 25°C bestimmt wird. Wenn die Grundviskosität (η) ^{deB waBS}erlösiichen Polymers weniger als 0,010 l/g beträgt, hat das Abschreckmittel einea hohe Äbschreckungsintensitität H, die praktisch gleich der von Wasser ist. In diesem Falle kann die Kühlungsgeschwindigkeit von Stahl nicht im"erwünschten Maße beim Martensitanf angspunkt (Ms) reduziert werden, selbst wenn die Konzentration des wasserlöslichen Polymers im Abschreckmittel erhöht wird. Wenn im Gegensatz dazu die Grundviskosität (Ύ\) des wasserlöslichen Polymers höher als 0,050 l/g ist, bedeckt eine Dampfhaut unvermeidlicherweise das Stahlstück über eine lange Zeitdauer hinweg im Abschreckmittel, was zu einem Verlust im Abschrecken und zu einem unvollkommenen Abschrecken führt.

Die Konzentration des wasserlöslichen Polymers im Abschreckmittel beträgt 0,4 bis 10 Gew.-?», vorzugsweise 0,5 bis 6,0 Gew.-$. Wenn die Konzentration weniger als 0,5 Gew.-$> beträgt, hat das Abschreckmittel eine

409 816/0817 ~⁴~

Abschreckintensität H, die praktisch gleich der von Wasser ist, und es besteht die Gefahr eines Entstehens eines. Abschreckrisses, obgleich das abgeschreckte Produkt eine größere Härte hat. Sobald im Gegensatz dasu die Konzentration 10 Gew.-$> überschreitet, ist das Abschreckmittel schlechter in der Wärmeübertragung, und sie hat eine extrem geringe Absehreekinteneität H„

Wenn ein Stück austeaitisierter Stahl ia das Abschreckmittel gemäß der Erfindung eingetaucht wird, umhüllt der wasserlösliche Polymer, der im Abschreckmittel aufgelöst ist, das Stüek und verhindert einen Wärmeaustausch^ und damit wird in wünsehenswerter Weise die Abkühlgesehwindigkelt des Stahls am Grenzbereich des Martensitanfangspunkts* verringert. Das Abschreckmittel erzeugt also ein gehärtetes Gefüge mit keinen Absehreckspannungen und keinen Abschreckrissen«

Die folgenden Beispiele dienen zur Yeransehaulichung der Erfindung, und sie dürfen in keiner Weise als einschränkend angesehen werden.

In den Beispielen wurde die Härte des abgeschreckten Produkts an der Oberfläche und im Kern desselben nach der Japanischen Industrienorm (nachstehend kurz als"JIS" bezeichnet) Z 2245 bestimmt und als Rockwell Härteskala G ausgedrückt. Die in den Spalten für die Härte der Oberfläche des abgeschreckten Produkts angegebenen numerischen Werte bedeuten die geringste und die größte Härte, die erreicht worden ist, bestimmt an sieben Punkten der Oberfläche des abgeschreckten Produkts.

Das Auftreten von ATbschreckrissen wurde durch eine magnetische Partikelprüfmethode für ferromagnetische Werkstoffe bestimmt, entsprechend JIS G 0565.

Eine unvollkommene Abschreckung wurde durch Prüfung der abgeschreckten Probe mikroskopisch bestimmte

Zwei numerische Werte, die die Temperatur des Abschreckmittels zeigen, bedeuten die Temperatur unmittelbar/Sntertauchen der /vor Stahlprobe im Abschreckmittel baw_e die Temperatur nach Abschrecken

4098 16/0817 " ^b "

der Stahlprobe in dem Mittel.

Alle Proζentangaben beziehen sich auf das Gewicht.

Beispiel 1

Hunde Stäbe aus Kohlenstoffstahl SAB 1045 jeweils mit einem Durch- . messer von 25 mm und einer Länge von 50 mm wurden unter den folgenden Bedingungen abgeschreckt.

Austenitisierung: bei 850⁰C für die Dauer von 40 Minuten Abschrecktemperatur: 850⁰C
Abschreckmittelι
Mittel 1-A 1,0yfaige wässrige Lösung eines 1:1-Gemisches ,aus Uatrium-

polyacrylat mit einer Grundviskosität (1\ ) von 0,0234

l/g und iiatriumpoly(acrylat-Methacrylat) mit einer

Grundviskosität (T) ) von 0,0396 l/g

1, o^oige wässrige Lösung eines Polymergemisches ähnlich

dem vorstehenden

3,Obiges wässrige Lösung eines Polymergemisches ähnlich

dem vorstehenden

Stadtwasser

Abschrecköl mit der Bezeichnung ITo. 1-1 entsprechend

JIS K 2242
Anmerkung: *1 Copolymer mit 70^ ITatriumacrylat und 3Q^c/a llatriummethacry-

lat

Mittel 1-B Mittel 1-0

Mittel 1-D Mittel 1-B

Volumen des Abschreckmittels: 5 1 Temperatur des Abschreckmittels! 28 - 32 C

Harte der abgeschreckten Stäbe wrde geprüfte Die Ergebnisse sind in

Tabelle I angegebene

Tabelle I

Mittel

Oberflächenhärte

Kernhärte

1-A	60,0 - 60,9	• 46,5
1-B	56,0 - 57.6	45,2
1=0	28,5 - 31,6	27,5
1-B (Kontrolls;	59,5 - 62₉6	45,2
1«S (Ecfc-srellfe)	25,4 - 28,4	27, sp
	4 09816/0817

Beispiel 2

Runde Stäbe aus Ghrommolybdänstahl SAE 4155 jeweils mit einem Durchmesser τοπ 25 mm und einer Länge von 50 mm wurden unter den folgenden Bedingungen abgeschreckt.

Austenitisierung: bei 850 C für die Dauer von 40 Minuten Abschrecktemperaturj 850 C

Abschreckmittels

Mittel 2-A 1,0$ige wässrige Lösung eines 1:1-Gemisches aus Natrium·

polyacrylat ähnlich dem nach Beispiel 1 und Uatrium-

PoIy-(Acrylat-Methacrylat) ähnlich dem nach Beispiel 1 Mttel 2-B 4,0Jüge wässrige Lösung eines Polymergemisches ähnlich

dem vorstehenden
Mittel 2-G 4»6?&ige wässrige Lösung eines Polymergemisches ähnlich

dem vorstehenden
Mittel 2-D Stadtwasser
Mittel 2-E Abschrecköl mit der Bezeichnung Uo. 1-1 entsprechend

JIS K 2242.

Yolumen des Abschreckmittels: 5 1

!Temperatur des Abschreckmittels: 28 - 52⁰C Härte der abgeschreckten Stäbe wurde geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle II angegeben.

Tabelle II

Mittel	■ -	Ob erflächenhärte	Kernhärte
42-a		58,1 - 60,2	57,9
2-B		52,4 - 54,6	50,5
2-G		49,2 - 55,5	50,5
2-D	(Eontrdle)	60,5 - 61,5	60,6
2-1	(Kontrolle)	52,5 - 56,1	57,5

Beispiel 5,

Sin Hauptarm (ein Teil eines Automobils) aus Chrommolybdänstahl SAE 4155 ίηι& eine Schraubenfeder aus Kohlenstoffwerkzeugstahl SAE V108 wurden unter den folgenden Bedingungen abgeschreckt.

=. 7 —

409816/0817

Austenitisierung: bei 85O⁰C für die Bauer Ton 50 Minuten für

den Hauptarm}

bei 95O⁰C für die Dauer von 3 Minuten für

die Schraubenfeder 55O°C für den I Schraubenfeder

Abschrecktemperaturί 850 C für den Hauptarm^ und 95O⁰C für die

Abschreckmittel:

Mittel 3-A 3»0$ige wässrige Lösung eines Polymergemigehes ähnlich

dem nach Beispiel 1
Mittel 3-B Stadtwaseer
Temperatur des Abschreckmittels2 28 - 5O⁰C Härte der Oberfläche der abgeschreckten Gefüge wie folgt8

Oberflächenhärte

Mittel Hauptarm Schraubenfeder

3-A 58,4 - 59,5 6ipO - 63,2

3-B 51,2 -53,4 . 60₉8 - 63_fl8

Ein Abschreckriß wurde sowohl im Hauptarm als such in der Schraubenfeder festgestellt, die beide in Stadtwasser abgeschreckt inarden (3-B)ο Im Gegensatz dazu wurden keine Hisse im Hauptarm und in der Schraubenfeder festgestellt, die beide in der wässrigen Lösuag (3=A) des Gemisches aus Hatriumpolyacrlyat und Natriumpoly^Aerylat-Methaerylat) abgeschreckt wurden, obgleich sowohl der Hauptarm als auch die Schraubenfeder Härten hatten, die höher als jene waren, die bei der Abschrek kung in Stadtwasser erreicht wurden,»

Auftreten eines Risses in der Schraubenfeder wurde mit dem nackten Auge festgestellt.

Beispiel 4

Runde Stäbe aus Kohlenstoffstahl SAE 1045 jeweils mit einem Durchmesser von 25 mm und einer Länge von 50 mm und runde Stäbe aus Chrommolybdänstahl SAE 4135 jeweils mit dem gleichen Durchmesser und der gleichen Länge wie vorstehend wurden unter den folgenden Bedingungen abgeschreckt.

Austenitisierung: bei 850 C für die Dauer von 40 Minuten

Abschrecktemperatur: 85O⁰C

4098.16/0817

Abschreckmittelt

Mittel 4-A 10,0%ige wässrkge Lösung eines Polymergemisch.es ähnlich dem nach Beispiel 1

Mittel 4-B Abschrecköl mit der Bezeichnung No. 1-1 nach JIS K 2242 Volumen des Abschreckmittelss 5 1
Temperatur des Abschreckmittels: 850 C

Die Härte der abgeschreckten Stäbe an der Oberfläche wurde wie folgt festgestellt?

	Oberflächenhärte	Cr-Mo-Stahl
Mittel	Kohlenstoffstahl	35,5 -
4-A	10,0 - 13,7	52,5 -
4-B	25,4 - 28,4	17,0 -
	7,8 - 8,3*	■ 40,0
	■ 56,1
	■ 18,5*

Anmerkung: * Härte an der Oberfläche der Probe vor dem Abschrecken

Wie oben gezeigt, kann das Abschreckmittel mit dem Biymer in relativ hoher Konzentration ein abgeschrecktes Gefüge liefern, das eine Härte hat, die geringer als die eines Gefüges ist, das in Öl abgeschreckt wird.

Beispiel 5

Hauptarme aus Chrommolybdänstahl SAE 4135 wurden unter den folgenden Bedingungen abgeschreckt.

Austenitisierungs bei 850⁰C für die Dauer von 50 Minuten

Abschrecktemperatur% 85O⁰C

Abschreckmittels

Mittel 5-A 1»5$ige wässrige Lösung von Polyacrylsäure mit einer

Grundviskosität von 0,0234 l/g

Mittel 5-B 1»5$ige wässrige Lösung auses Copolymers aus 70%

Acrylsäure und 30% Methacrylsäure mit einer Grundviskosität (t| ) von 0,0396 l/g

Mittel 5-C 1,5%ige Wässrige Lösung eines 1:1-Gemisches

aus Polyacrylsäure ähnlich dem Mittel ^-k und einem Copolymer ähnlich dem des Mittels 5-B

Mittel 5-D 1,5% wässrige Lösung von Kaliumpolyacrylat mit einer

Grundviskosität (η) von 0,0234 l/g

409816/0817 "⁹~

Mittel 5-I¹

Mittel 5-G

Mittel 5-H

Mittel 5-1

Mittel 5-J Mittel 5-E Mittel -5-L

Mittel 5-M Mittel 5-U

Mittel 5-E 1»5$ige wässrige Lösung von Kaliumsalz eines Copolymers von 70$ Acrylsäure und 30$ Metahcrylsäure mit einer Grundviskosität (^ ) von O,OJ96 l/g

1»5$ige Lösung eines 1:1-Gemisches aus Kaliumpolyacrylat ähnlich dem des Mittels 5-D ¹¹¹¹O- einem Copolymer ähnlich dem des Mittels 5-33

1»5$ige wässrige Lösung eines Triäthanolaminsalues von Polyacrylsäure mit einer Grundviskosität (τ\) von

0,0234 l/g

1»5$ige wässrige Lösung eines Triäthanolsaminsalzes eines Copolymers aus 70$ Acrylsäure und 30$ Methacrylsäure mit einer Grundviskosität von 0,0396 l/g

1,5$ige wässrige Lösung eines 1:1-Gemisches eines Triäthanolaminsalues einer Polyacrylsäure ähnlich dem Mittel 5-G· "and eines Triäthanolaminsalues eines Copolymers ähnlich dem des Mittels 5-H

Abschrecköl mit der Bezeichnung No. 1-1 nach JTfIS K 2242 Stadtwasser

1,5$ wässrige Lösung von Polymethacrylsäure mit einer Grundviskosität (η ) von 0,0230 l/g

1s5$ige wässrige Lösung von KaliumHpolymethacrylat mit einer Grnndviskosität (-η) voa O₉O23O l/g 1,5$ige wässrige Lösung eines ffiLäthanolaminsalzes von Polymetahcrylsäure mit einer Grundviskosität (^ ) von O₉0230 l/s

Tolumen des Abschreckmittels; 5 Temperatur des Abschreckmittelss 28 - 32⁰C

Die Härte und das Auftreten von Eissen in den abgeschreckten Hauptarmen sind in Tabelle III angegeben_o

Tabelle III

Mittel	5-A	Oberflächenhärte	Kernhärte	Rißbildung
5-B	59,5 - 61,2	60,4	nein
5-C	59,8 - 61,0	59,0	nein
5-D	59,3 - 60,8	59,5	nein
5-E	58,5 - 59,2	58,8	nein
5-P	_v§8,5 -59,5	58,3	nein
5-G	58,8 - 59,6	58,5	nein
5-H	59,0 - 60,1	59,3	nein
5-1	59,3 - 61,0	60,7	nein
5-J (Kontrolle)	58,5- 59,5	59,5	nein
5-K (Kontrolle)	52,5 - 58,1	57,3	nein
5-L	58,5 - 61,j	60,6	Ja
5-M	59,3 - 61,3	59,4	nein
5-N	58,8 - 59,9	59,0	nein
59,5 - 60,4	60,0	nein

Beispiel 6

Hauptarme aus Chrommolybdänstahl SAE 4135 wurden in einem Bad aus34$iger wässriger Lösung eines 1 i1-Gemisches aus Natriumpolyacrlyat und llatriumpoly—(Acrylat-Methaycrylat) abgeschreckt, die beide verschiedene Grundviskositäten gemäß den Angaben in der nachfolgenden Tabelle IT haben,
und. zwar unter den folgenden Bedingungen:

85O⁰C

Austenitisierung1 Abschrecktemperatur t Volumen des Abschreckmittels! 5 1 Temperatur des Abschreckmittelss 28

bei 850 C für die Dauer von 50 Minuten

32⁰G

409816/0817

Tabelle IT

Mittel Grundviskosität des Polymers

*6 Gemisch NPA NPa-M

*7

Oberfläehenhärte

Zustand des abgeschreckten Gefügeε

6-A (Kontrolle)

(Kontrolle)

6-H (Kontrolle

Stadtwasser

0,0088 0,0092 0,0085

0,0125 0,0092 0,0135

0,0268 0,0250 0,0570

0,0340 0,0234 0,0396

0,0495 0,0330 0,0522

0,0518 0,0420 0,0550

Abschrecköl *5

60,5 - 62,	5	Riß *1
59,8 - 61,	0	Hiß #2
58,1 - 60,	2	Kein fiiß *3
55,4 - 57*	8	dito
52,6 - 54,	5	dito
51,0 - 55,	5	dito
49,2 - 54,	5	Kein Riß *4, aber unvollkom. Abs ehre ekung
50,5 - 56,	3	dito -

Anmerkungen:

*1 Risse wurden in allen zehn der geprüften Proben festgestellt.

*2 RisseH wurden in zweien der zehn geprüften Proben festgestellt.

*3 Keine Risse wurden in irgendeinem der zehn geprüften Proben festgestellt.

*4 Keine Russe wurden in irgendeiner der zehn geprüften Proben festgestellt, jedoch wurden in zwei der zehn Proben Abschreckunvollkommenhexten festgestellt.

*5 Abschrecköl mit der Bezeichnung No. 1-1 nach JIS K 2242

*6 HPA: ITatriumpolyacrylat

*7 NPA-M: Natriumpoly-(Acrylat-Methacrylat)e

Ansprüche

40981-6/08-17

Claims

Jl Ansprüche

1. Abschreckmittel, gekennzeichnet durch eine wässrige Lösung mit O,§4 Ms 10,0 Gew.-^ό mindestens eines Polymers aus der Gruppe Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure, ein Copolymer von Methacrylsäure und Acrylsäure und Salzen davon, wobei der Polymer eine Grundviskosität (η ) von 0,010 Ms 0,050 l/g hat.

2. Abschreckmittel, gekennzeichnet durch eine wässrige Lösung mit 6,5 bis 6,0 Gew.-5'o eines Gemisches, bestehend im wesentlichen aus 40 bis 60 Gew.-$> Natrium- oder Kaliumpolyacrylat und 60 bis 40 Gew.-fo Uatrium- oder Kaliumsalz eines Copolymers von Acrylsäure und Methacrylsäure, wobei das Gemisch eine Grundviskosität (^ ) von 0,020 bis 0,045 l/g hat.

4033^^/^81