DE245183C - - Google Patents
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Description
KAISERLICHESIMPERIAL
PATENTAMT.PATENT OFFICE.
PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING
- M 245183 -■ KLASSE 18 c. GRUPPE- M 245183 - ■ CLASS 18 c. GROUP
mittels Kohlenoxyds.by means of carbon monoxide.
Die Wirkung von Kohlenoxyd, auf Stahl oder Stahllegierungen ist bereits Gegenstand, zahlreicher Forschungen sowie mehrfacher Versuche gewesen, die Kohlungswirkung dieses Gases zur industriellen Zementierung von Gegenständen aus Stahl oder Stahllegierungen zu benutzen.The effect of carbon monoxide on steel or steel alloys has already been discussed, more numerous Research and several attempts have been made to investigate the charring effect of this gas for the industrial cementation of objects made of steel or steel alloys.
Die Forschungen jedoch sind zu widersprechenden Ergebnissen gelangt, denn während viele auf Grund von Versuchen behaupteten, daß Kohlenoxyd schwache Kohlungen hervorbringen kann, haben andere (und zwar in neuerer Zeit und auf Grund äußerst genauer Versuche) behauptet, daß Kohlenoxyd Stahl überhaupt nicht zementieren kann. Zu letzterem Schlüsse gelangt z. B. R. Bruch in seinen in der Zeitschrift »Metallurgie« (geleitet von Borchers & Wüst, Bd. Ill, S. 123 bis 128) veröffentlichten Versuchen.The research, however, has come to contradicting results because during many, on the basis of experiments, asserted that carbon monoxide had weak carbohydrates can produce, have others (and in more recent times and due to extremely precise Experiments) claims that carbon oxide cannot cement steel at all. To the latter Conclusions reached z. B. R. Bruch in his in the magazine "Metallurgie" (headed von Borchers & Wüst, Vol. Ill, pp. 123 to 128) published trials.
Niemand jedoch hatte je an die Möglichkeit gedacht, Kohlenoxyd gewerblich als Zementierungsmittel zu verwenden unter Benutzung seiner besonderen Wirkungsweise, um eine bestimmte Konzentration und Verteilung des Kohlenstoffs in den zementierten Zonen zu erhalten; denn selbst diejenigen, welche zugaben, daß Kohlenoxyd imstande ist, Eisen zu zementieren, glaubten, daß ganz geringe Spuren von Kohlensäureanhydrid, die sich bilden, ,wenn das Kohlenoxyd beginnt, Kohlenstoff an das Eisen abzugeben und dasselbe zu zementieren, genügen, um den Fortgang des Kohlungsprozesses zu verhindern. Demnach müßten also auf Grund dieser Annahme, um die Zementierung mit Kohlenoxyd weiterführen zu können, die geringsten Spuren Kohlensäureanhydrid bei ihrem Entstehen sofort gänzlich ausgeschieden werden.Nobody, however, had ever thought of the possibility of using carbon monoxide commercially as a cementing agent to use using its special mode of action to achieve a specific concentration and distribution of the Preserve carbon in the cemented zones; for even those who admit that carbon dioxide is able to cement iron, believed that very small traces of carbonic anhydride, which are form when the carbon oxide begins to give up carbon to the iron and the same to cement, are sufficient to prevent the carbonization process from proceeding. Therefore So, on the basis of this assumption, we would have to continue cementing with carbon dioxide to be able to completely remove the slightest traces of carbonic anhydride immediately as they arise be eliminated.
Diese Ideen sind u. a. in dem in »Stahl und Eisen«, 1906, Bd. I, S. 756, veröffentlichten Aufsatze zum Ausdruck gelangt.These ideas include in which in "Stahl und Eisen", 1906, Vol. I, p. 756, published Articles expressed.
Im Gegensatze zu den obigen Vermutungen nun hat eine Reihe ganz genauer Untersuchungen (ausgeführt unter sorgfältigster Berücksichtigung des Einflusses, den Druck und Temperatur auf die Gleichgewichtsverhältnisse der chemischen Systeme ausüben, zwischen denen die die Zementierungswirkung des Kohlenoxyds bewirkenden Reaktionen stattfinden) zwei neue Tatsachen dargetan, nämlich:In contrast to the above assumptions now has a number of very precise investigations (carried out with the most careful consideration of the influence, pressure and temperature exert on the equilibrium of the chemical systems between which the reactions causing the cementing effect of the carbon monoxide take place) two new ones Facts demonstrated, namely:
1. daß man durch entsprechende Veränderung der Temperatur (und ev. des Druckes) die Zementierungswirkung des Kohlenoxyds nach Belieben verstärken bzw. abschwächen kann;1. that you can change the temperature (and possibly the pressure) the cementing effect of the carbon monoxide can strengthen or weaken at will;
2. daß bei »Regenerierung« des Kohlenoxyds die Kohlungswirkung des Kohlenoxyds nicht durch vollständige Ausscheidung des Kohlensäureanhydrids sofort bei ihrem Entstehen, sondern durch teilweise Ausscheidung desselben derart geregelt werden kann, daß man in den zementierten Zonen die Konzentration und Verteilung von Kohlenstoff erhält, die man wünscht.2. That with "regeneration" of the carbon monoxide the carbonizing effect of the carbon monoxide not through complete excretion of carbonic acid anhydride as soon as it occurs, but can be regulated by partial excretion of the same in such a way that the concentration in the cemented zones and distribution of carbon that one desires.
Auf einen Teil dieser Erkenntnisse gründet sich ein älteres Zementierungsverfahren desAn older cementing process is based on some of these findings
Erfinders, bei welchem die teilweise Regenerierung des Kohlenoxyds durch Verwendung von festen, mit der Oberfläche der zu zementierenden Stahl gegenstände in Berührung gebrachten freien Kohlenstoff enthaltenden Substanzen erzielt wird.Inventor, in which the partial regeneration of the carbon oxide by using solid, brought into contact with the surface of the steel objects to be cemented Free carbon containing substances is achieved.
Neuere Untersuchungen haben nun dargetan, daß noch bessere Ergebnisse erzielt werden können, wenn die zur teilweisen RegenerierungMore recent studies have now shown that even better results are achieved can if the for partial regeneration
ίο des Kohlenoxyds verwendeten festen, freien kohlenstoffhaltigen Substanzen sich (wenigstens während eines Teiles der Zementierung) nicht in direkter Berührung mit der Oberfläche der zu zementierenden Gegenstände befinden.ίο of carbon dioxide used solid, free carbonaceous substances (at least during part of the cementation) do not are in direct contact with the surface of the objects to be cemented.
Durch dieses neue Verfahren kann die Konzentration und Verteilung des Kohlenstoffs in den zementierten Zonen innerhalb viel weiterer Grenzen als bei dem oben erwähnten Verfahren geregelt werden; denn durch das neue Verfahren kann die Zementierungstemperatur unabhängig von der Temperatur geregelt werden, bei welcher sich die teilweise Regenerierung des Kohlenoxyds vollzieht, was offenbar bei dem oben angeführten Verfahren, bei dem die beiden Reaktionen sich in zwei untereinander in Berührung stehenden festen Massen (Kohle und Stahl) vollziehen, nicht der Fall sein kann.This new process allows the concentration and distribution of carbon in the cemented zones within much wider limits than the method mentioned above be managed; because with the new process, the cementing temperature can be independent can be regulated by the temperature at which the partial regeneration of the carbon dioxide takes place carries out what is evidently done in the above-mentioned process, in which the two reactions come into contact with one another standing solid masses (coal and steel) can not be the case.
Am besten kann die Neuheit und Wichtigkeit der durch das neue Verfahren erzielbaren Ergebnisse an einem praktischen Ausführungsbeispiel erläutert werden. Best of all, the novelty and importance of the achievable by the new process Results are explained using a practical embodiment.
Es sei angenommen, man will nach dem neuen Verfahren Gegenstände aus weichem Stahl folgender Zusammensetzung zementieren:Let us assume that you want objects made of soft according to the new process Cement steel of the following composition:
Kohlenstoff 0,11 Prozent,Carbon 0.11 percent,
Mangan 0,36Manganese 0.36
Silicium 0,02Silicon 0.02
Schwefel 0,03Sulfur 0.03
Phosphor 0,04Phosphorus 0.04
und die Regenerierung des Kohlenoxyds soll durch Holzkohle bei einer beständigen Temperatur von 1200 ° C. bewirkt werden. Wenn nun die Holzkohle (wie bei dem oben angeführten Verfahren) in Berührung mit den zu zementierenden Stahlgegenständen wäre, so müßte offenbar auch die Zementierung bei 12000C. stattfinden, und wenn in diesem Falle die Konzentration des Kohlenstoffs in den zementierten Zonen innerhalb einigermaßen weiter Grenzen stattfinden sollte, müßte man den Druck des Kohlenoxyds großen Veränderungen unterwerfen.and the regeneration of the carbon monoxide is said to be effected by charcoal at a constant temperature of 1200 ° C. Now, if the charcoal (as in the above procedure) would be in contact with the to be cemented steel articles, as well as the cementation at 1200 0 C. apparently would have to take place, and if, in this case, the concentration of carbon in the cemented zones within somewhat more If limits were to take place, one would have to subject the pressure of the carbon dioxide to great changes.
Sehen wir nun dagegen, was für Ergebnisse man erzielen kann, wenn man nach dem neuen Verfahren vorgeht, d. h. wenn die zur Regenerierung des Kohlenoxyds verwendete Holzkohle nicht mit den zu zementierenden Stahlgegenständen in Berührung gebracht, sondern in einem anderen Behälter bzw. in dem Teil der Zementierungskammer erwärmt wird, welehe von dem Teil, wo sich besagte Gegenstände befinden, entfernt ist, so daß, selbst wenn die Temperatur, bei der sich die Regenerierung des Kohlenoxyds vollzieht, beständig erhalten wird, die Temperatur der zu zementierenden Gegenstände verändert und mithin günstig gewählt werden kann.On the other hand, let's see what kind of results one can achieve when looking for the new one Proceeding, d. H. if the charcoal used to regenerate the carbon dioxide not brought into contact with the steel objects to be cemented, but in another container or in the part of the cementing chamber is heated, welehe from the part where said objects are located, so that, even when the temperature at which the regeneration of the carbon dioxide takes place is constant is obtained, the temperature of the objects to be cemented changed and therefore can be chosen favorably.
Es sei ferner angenommen, daß man in jedem Falle das Kohlenoxyd im Zementierungsbehälter so zirkulieren läßt, daß jede Stunde mit den zu zementierenden Gegenständen ungefähr ι cbm »regenerierten« Kohlenoxyds (zu 1200° C.) pro Quadratmeter zu zementierender Stahlfläche in Berührung kommt, und daß in jedem Falle die Zementierung etwa 20 Stunden dauert.It is also assumed that in each case the carbon monoxide is stored in the cementation tank circulates so that every hour with the objects to be cemented approximately ι cbm of "regenerated" carbon oxide (at 1200 ° C.) comes into contact per square meter of steel surface to be cemented, and that in each In case the cementation takes about 20 hours.
Die Konzentration des Kohlenstoffs in den zementierten Zonen verändert sich alsdann mit der Veränderung der Temperatur der zu zementierenden Stücke und dem Gasdruck folgendermaßen (wobei die Darlegung hier natürlich auf einige der Klarheit wegen in zwei Gruppen vereinigte Fälle beschränkt wird):The concentration of carbon in the cemented zones then changes with it the change in the temperature of the pieces to be cemented and the gas pressure as follows (The exposition here, of course, for the sake of clarity, is divided into two groups united cases):
a) Der gewählte (während der ganzen Dauer jeder Operation beständig zu erhaltende) Druck sei gewöhnlicher atmosphärischer Druck. Wenn in diesem Falle die zu zementierenden Gegenstände auf verschiedene Temperaturen erwärmt werden, erhält man folgende Resultate: ■— — a) Let the pressure chosen (to be maintained continuously for the entire duration of each operation) be ordinary atmospheric pressure. If in this case the objects to be cemented are heated to different temperatures, the following results are obtained: ■ - -
Temperaturtemperature
der zu zementierendenthe one to be cemented
GegenständeObjects
iioo° C,iioo ° C,
looo0 C.looo 0 C.
900° C:900 ° C:
MaximalkonzentrationMaximum concentration
des Kohlenstoffs in denof carbon in the
erzielten zementiertenscored cemented
ZonenZones
0,35 Prozent 0,52 -0.35 percent 0.52 -
0)750) 75
b) Bei Zementierung unter einem etwas höheren Druck, nämlich von 2 Atmosphären, erhält man folgende Resultate:b) When cementing under a slightly higher pressure, namely of 2 atmospheres, the following results are obtained:
Temperaturtemperature
der zu zementierendenthe one to be cemented
GegenständeObjects
iioo° C.iioo ° C.
iooo0 C.iooo 0 C.
9000 C.900 0 C.
MaximalkonzentrationMaximum concentration
des Kohlenstoffs in denof carbon in the
erhaltenen zementiertenobtained cemented
ZonenZones
0,72 Prozent 0,86 .1,05 0.72 percent 0.86 .1.05
Es ist also ersichtlich, daß, wenn man nach dem neuen Verfahren unter bestimmten Bedingungen (besonders bezüglich Temperatur und Druck) vorgeht, zementierte Zonen erzieltIt can therefore be seen that if one follows the new procedure under certain conditions (especially with regard to temperature and pressure), cemented zones are achieved
werden, bei denen der Maximalwert der Kohlenstoffkonzentration (natürlich in den Außenschichten) ein durchaus bestimmter ist. Außerdem kann man dadurch, daß man die beiden Hauptfaktoren, nämlich Temperatur und Druck, innerhalb ziemlich beschränkter Grenzen verändert, in den zementierten Zonen (stets genau bestimmte) innerhalb sehr weiter Grenzen veränderliche Kohlenstoffkonzentrationen erzielen;at which the maximum value of the carbon concentration (of course in the outer layers) is a definite one. In addition, one can do this by having the two Main factors, namely temperature and pressure, changed within fairly limited limits, in the cemented zones (always precisely defined) variable within very wide limits Achieve carbon concentrations;
ίο ja es genügt, auch nur einen der beiden Faktoren (z. B. die Temperatur) zu verändern, um bedeutende Veränderungen der Kohlenstoffkonzentration in den zementierten Zonen zu erlangen. ^Dies erhellt ohne weiteres aus dem Vergleich der Zahlen beider vorstehender Tabellen. ίο yes it is sufficient to change only one of the two factors (e.g. the temperature), significant changes in carbon concentration in the cemented zones to get. ^ This is readily apparent from a comparison of the figures in the two tables above.
Diese Ergebnisse sind offenbar durchaus neu.These results are apparently entirely new.
Nachdem durch vorstehendes Beispiel dieAfter the
Merkmale des neuen Verfahrens hervorgehoben worden sind, lassen sich für seine Verwendung in den verschiedenen Fällen folgende allgemeine Regeln, die leicht von den Gleichgewichtsverhältnissen der die Kohlungswirkung des Kohlenoxyds hervorbringenden Reaktionen abzuleiten und von der Erfahrung bestätigt sind, als Richtschnur aufstellen:Features of the new process that have been highlighted can be seen for its use in the various cases the following general rules, which are slightly different from the equilibrium relationships the reactions that produce the carbon dioxide effect and are confirmed by experience, set up as a guideline:
Die Zementierungswirkung des Kohlenoxyds ist auf die umkehrbare Gleichung:The cementing effect of carbon dioxide is based on the reversible equation:
(1) 2 CO ^z± CO2 + O= (1) 2 CO ^ z ± CO 2 + O =
zurückzuführen, die sich in dem von dem verwendeten Kohlenoxyd (C O), dem sich bei fortschreitender Zementierung bildenden Kohlensäureanhydrid (C O2) und dem bei fortschreitender Zementierung in feste Lösung in den Stahl übergehenden Kohlenstoff C gebildeten System vollzieht.which takes place in the system formed by the carbon dioxide (CO) used, the carbonic acid anhydride (CO 2 ) that forms as the cementation progresses, and the carbon C which is formed in the steel as the cementation progresses into solid solution.
Es ist klar, daß die Zementierung so lange weitergeht, als die obige Gleichung sich von links nach rechts weiter vollziehen kann, da in diesem Falle die Konzentration des Kohlenstoffs C in der zementierten Zone fortfährt zu wachsen, dagegen die Kohlenstoffkonzentration aufhört zuzunehmen, wenn die Konzentration der drei Bestandteile (C O, C O2 und C) dem Gleichgewichtsverhältnis der Reaktion (1) entsprechende Werte erreicht haben. Offenbar muß man also aus den Gleichgewichtsverhältnissen der Reaktion (1) die praktischen Normen herleiten können, um die Kohlenstoffkonzentration in den zementierten Zonen nach Belieben zu regeln.It is clear that the cementation continues as long as the above equation can continue from left to right, since in this case the concentration of carbon C in the cemented zone continues to increase, whereas the carbon concentration stops increasing when the concentration increases of the three constituents (CO, CO 2 and C) have reached values corresponding to the equilibrium ratio of reaction (1). Obviously, one must be able to derive the practical norms from the equilibrium conditions of reaction (1) in order to regulate the carbon concentration in the cemented zones at will.
In der Tat kann man unter Berücksichtigung des Umstandes, daß die Reaktion (1) sich (von links nach rechts) exothermisch und unter Abnahme des Gasvolumens vollzieht, folgende von der gewerblichen Praxis vollauf bestätigte Regeln daraus ableiten:Indeed, considering the fact that reaction (1) is different (from left to right) exothermic and with a decrease in gas volume takes place, the following derive rules that are fully confirmed by commercial practice:
I. Bei sonst völlig gleichen Bedingungen (vor allem unter beständig gleichbleibender Temperatur der zu zementierenden Gegenstände) ist die Kohlenstoffkonzentration in den zementierten Zonen um so höher, je höher die Temperatur ist, bei der sich die teilweise »Regenerierung« des Kohlenoxyds vollzieht.I. With otherwise completely the same conditions (especially under consistently constant Temperature of the items to be cemented) is the carbon concentration in the cemented The higher the temperature at which the partial "regeneration" takes place, the higher the zones of carbon dioxide takes place.
2. Bei sonst völlig gleichen Bedingungen (vor allem unter beständigem Gleichbleiben der Temperatur, bei welcher sich die teilweise »Regenerierung« des Kohlenoxyds vollzieht) ist die Kohlenstoff konzentration in den zementierten Zonen um so geringer, je höher die Temperatur der zu zementierenden Gegenstände ist.2. With otherwise completely the same conditions (especially if the conditions remain the same all the time the temperature at which the partial "regeneration" of the carbon oxide takes place) the carbon concentration in the cemented The higher the temperature of the objects to be cemented, the smaller the zones.
3. Bei sonst völlig gleichen Bedingungen ist die Kohlenstoffkonzentration in den zementierten Zonen um so höher, je höher der Druck der Kohlungsgase ist.3. All other things being equal, the carbon concentration is in the cemented The higher the pressure of the carbonization gases, the higher the zones.
4. Bei sonst völlig gleichen Bedingungen ist die Kohlenstoffkonzentration in den zementierten Zonen um so höher, je größer die während der Operation über eine bestimmte Länge zu zementierenden Stahles geleitete Menge »regenerierten« Kohlenoxyds ist.4. All other things being equal, the carbon concentration is in the cemented The larger the zones during the operation over a certain length, the higher the zones The quantity of "regenerated" carbon dioxide conducted is the amount of steel to be cemented.
5. Bei sonst gleichen Bedingungen nimmt die Kohlenstoffkonzentration in den zementierten Zonen zu, wenn zum Kohlenoxyd Kohlenwasserstoffe oder Dämpfe flüssiger Kohlenwasserstoffe hinzugegeben werden, und zwar ist die Zunahme der Kohlenstoff konzentration um so größer, je größer der Zusatz an Kohlenwasserstoffen ist. .5. All other things being equal, the carbon concentration in the cemented one increases Zones closed if hydrocarbons or vapors of liquid hydrocarbons are added to the carbon monoxide are added, namely the increase in carbon concentration is greater, the greater the addition of hydrocarbons is. .
Es erhellt also aus Vorstehendem, daß durch Anwendung einer oder mehrerer dieser Normen (auf der Basis der Ergebnisse der oben durch ein Beispiel erläuterten Experimentalproben) zementierte Zonen erzielt werden können, in denen der Kohlenstoff eine bestimmte Konzentration und Verteilung hat.It is therefore evident from the foregoing that by applying one or more of these norms (based on the results of the experimental samples explained above by way of an example) cemented zones can be achieved in which the carbon has a certain concentration and has distribution.
•Es ist ferner klar, das vorliegendes Verfahren in vielen Fällen auch in Verbindung mit dem oben angeführten verwendet werden kann, indem die Operation eine gewisse Zeitlang nach den vorstellend festgelegten Normen und eine andere Zeitlang nach dem anderen Verfahren (d. h. mit der Kohle in Berührung mit dem zu zementierenden Stahl) durchgeführt wird.• It is also clear the present procedure in many cases can also be used in conjunction with the above, by the operation for a certain period of time according to the norms laid down by the introduction and one for another time by the other method (i.e. with the carbon in contact with the steel to be cemented).
Die nach vorliegendem Verfahren hergestellten Stahlgegenstände können alsdann zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften den gewöhnlichen mechanischen Behandlungen (Auswalzen, Schmieden usw.) sowie den thermischen Behandlungen (Härten, Ausglühen usw.) unterworfen werden.The steel objects produced by the present process can then be used to achieve the desired properties to the usual mechanical treatments (rolling, Forging, etc.) as well as thermal treatments (hardening, annealing, etc.) will.
Endlich darf nicht unerwähnt bleiben, daß ein weiterer wichtiger praktischer Vorzug des neuen Zementierungsverfahrens darin besteht, daß in den durch das Verfahren erzielten gekohlten Zonen die Veränderung der Kohlenstoffkonzentration in den aufeinanderfolgenden Schichten eine außerordentlich gleichmäßige und allmähliche ist, so daß bei den nach vorliegendem Verfahren zementierten Stahlgegenständen niemals die von plötzlicher VeränderungFinally, it should not go unmentioned that another important practical advantage of the new cementing process is that in the carbonized obtained by the process Zones the change in the carbon concentration in the successive layers an extraordinarily uniform and is gradual, so that in the case of steel objects cemented by the present process never those of sudden change
der Kohlenstoff konzentration in den zementierten Zonen herrührende Brüchigkeit und Abblätterung auftritt, während bekanntlich - diese (sehr schädlichen und oft gefährlichen) Erscheinungen mit großer Häufigkeit bei nach gewöhnlichen Verfahren zementierten .Stahlgegenständen auftreten. the carbon concentration in the cemented Zones resulting from fragility and exfoliation occurs, while known - these (very harmful and often dangerous) phenomena with great frequency in after common methods of cemented steel objects.
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DE (1) | DE245183C (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE758345C (en) * | 1935-12-24 | 1953-02-09 | Louis Renault | Production of a gas for steel cementation |
-
0
- DE DENDAT245183D patent/DE245183C/de active Active
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DE758345C (en) * | 1935-12-24 | 1953-02-09 | Louis Renault | Production of a gas for steel cementation |
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