DE2630176C2 - Verfahren zum Abschrecken chromhaltiger Baustähle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschrecken chromhaltiger Baustähle, die ggf. Molybdän und/oder Nickel enthalten, in einem Bad aus einer wäßrigen Lösung mit 0,1 bis 6 Gew.-% eines Polyacrylsäuresalzes aus der Gruppe der Natrium- und/oder Kaliumpolyacrylate.

υ Ein durch die DE-OS 23 49 225 bekanntes derartiges Verfahren basiert auf der Überlegung, das Abschrecken in einer Welse zu beeinflussen, die zu einer möglichst gleichmäßigen Struktur des abgeschreckten Werkstückes führt und Risse sowie Verzüge vermeidet. Die Polyacrylsäuresalze werden dabei hinsichtlich ihrer Viskosität, die in direktem Zusammenhang mit dem Molekulargewicht steht, so ausgewählt, daß das wasserlösliche Salz einen das Werkstück umhüllenden Film von Polyacrylsäuresalzen bildet mit dem Ergebnis, daß die Abkühlen geschwindigkeit entsprechend wrrtngp.it wird. In der Vorveröffentllchung wird von der Verwendung von wasserlöslichen Polyacrylsäuresalzen mit höherer Viskosität und damit höherem Molekulargewicht abgeraten, da es bei deren Verwendung zur Bildung einer das zu behandelnde Werkstück umgebenden Dampfhaut kommt mit der Folge, daß unvollständiges Abschrecken und Härteverluste eintreten. Dies bedeutet, daß nach der in der VorveröffentHchung vertretenen Auffassung die Bildung von martensitischen Strukturen bei Verwendung von

» Salzen mit höherem Molekulargewicht aufgrund des entstehenden Dampffilmes beeinträchtigt wird.

In »Werkstoffhandbuch Stahi und Elsen«, 4. Auflage, 1965, S. T 6 bis 9 v*ird ebenfalls daraui hingewiesen, daß durch die Bildung von Dampfblasen das Härteergebnis negativ beeinflußt werden kann. Zur Abhilfe wird die Zugabe von Salz empfohlen. Für die Behandlung legierter Stähle höherer Härtbarkelt, die besonders rißempfindlich sind, ist das bekannte

Verfahren, v!e auch alle anderen bekannten, wäßrige Abschreckmittel verwendenden Verfahren, nicht geeignet, da dabei nicht gewährleistet ist, daß die Werkstücke nach dem Abschrecken keine Risse und Verzüge aufweisen. Dies liegt daran, daß \iie Abkühlgeschwindigkeit für höher legierte Stähle Immer noch zu groß Ist. Aus diesem Grunde mußten derartige Stähle bisher In öl- oder Salzbädern abgeschreckt werden. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der einleitend beschriebenen Art so abzuwan-

dein, daß es auch das Abschrecken legierter Stähle höherer Härtbarkeit erlaubt, ohne daß es zur Bildung von Rissen und Verzügen kommt.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß zur Erzielung einer martensitischen MikroStruktur im Stahl das Polyacrylsäuresalz ein solches Molekulargewicht besitzt, das eine 20gew.-«lge wäßrige Lösung eine Viskosität von etwa 700 bis 25 000 cP bei 25° C aufweist.

Bei Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung bildet sich eine stabile und gleichförmige Dampfhülle, die die Oberfläche des abzuschreckenden Werkstückes gegenüber der flüssigen Phase des Bades Isoliert und so zu einer gleichförmigen Kühlung bei sehr niedriger Kühlgeschwindigkeit führt. Die angestrebte Wirkung tritt auch dann ein, wenn die Oberfläche des zu behandelnden Werkstückes rauh oder mit groben Schuppen bedeckt ist. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Dauer des Bestehens der Dampfhülle durch das Molekulargewicht des jeweils gewählten Salzes einstellbar ist, derart, daß die Dauer des Bestehens der Dampfhülle mit steigendem Molekulargewicht wächst.

Die Abschreckgeschwindigkeit fällt Im allgemeinen mit einer Erhöhung der Abschrecktemperatur. Der bevorzugte Bereich der Abschrecktemperatur Ist etwa 21° C bis etwa 71⁰C. Für crie meisten Anwendungen können Indes niedrigere Temperaturen, z.B. etwa 15,5°C, benutzt werden. Es sind aber auch Temperaturen möglich, die über 71° liegen, nämlich Temperaturen bis zu 100° C.

Durch Einstellen der vorstehend angeführten Einflußgroßen, nämlich Temperatur des Bades, Konzentration und Molekulargewicht des Polyacrylsäuresalzes sowie ggf. Rühren des Bades und Stärke des letzteren können die Kühlbedingungen Innerhalb eines verhältnismäßig breiten Bereiches eingestellt werden, der wesentlich höher 1st als bei anderen, bekannten wäßrigen Lösungen.

Das Abschreckbad kann neben dem Polyacrylsäuresalz weitere Zusätze enthalten, um seine Wirkung für gewisse Anwendungen zu verbessern. So können z. B. Korrosionsinhibitoren zugesetzt werden, die eine Korrosion der Abschrecktanks, der Förderbänder und der abgeschreckten Teile verhindern. Weitere mögliche Zusätze sind Entschäumer, Biozide und metallinaktivierende Mittel. Wenn auch die Art des wasserlöslichen Salzes von Polyacrylsäure, welches zur Erzielung der gewünschten Ergebnisse verwendet wird, nicht entscheidend Ist, Ist das besonders bevorzugte Salz Nätflumpölyacrylat. Vergleichbare Ergebnisse können aber auch erzielt werden mit Kallumpolyacrylat.

Die folgenden Versuche wurden ausgeführt, um metallurgische Änderungen In dem Eisenmetall zu veranschaulichen, wenn eine Wärmebehandlung gemäß vorliegender Erfindung stattfindet. Für diese Versuche wurden zwei chromhaltige Baustähle, nämlich SAE 4340 und 5160 verwendet. Die Prüf-

M stücke des SAE 4340 waren Prüfstücke 86 mm lang und aus einem Stab zugeschnitten, der heißgewalzt und geglüht war und einen Durchmesser von 25,4 mm hatte. Die Prüfstücke des SAE 5160 hatten eine Abmessung von 7,8 χ 64 χ 86 mm. Acht Proben jeden Siahltyps wurden für die Versuche verwendet. Vier verschiedene wäßrige Abschrecklösungen wurden verwendet; jede Lösung enthielt Natrlumpolyacrylat;

die dynamische Viskosität einer 20«!gen Lösung betrug bei 25° C 25 000 Cps. Die Konzentration des Polyacrylates war in den Bädern in Gewichtsprozent 0,376«, 0,75«, 1,5* bzw. 3,0%. Außerdem wurde ein wäßriges Abschreckmittel (kein Polyacrylat) als Kontrolle verwendet. Die Temperatur der Abschrecklösung vor dem Eintauchen des Probestückes war 27° C bzw. 71° C.

Jedes Probestück wurde einzeln In etwa 181 Abschreckmittel abgeschreckt. Das Abschreckmittel wurde mit :' einer Geschwindigkeit von 50 cm/sec. mittels eines Propellermischers gemischt; in dem Bad war eine vertikale Platte angeordnet, damit das Abschreckmittel im Bereich des Probestückes aufwärts strömte.

Vor dem Abschrecken wurden alle Prüfstücke auf die für den jeweiligen Stahl in Frage kommende Temperatur von 842,3° C der Austenesierung erhitzt, und zwar unter Anwendung eines elektrisch beheizten Widerstandsofens. Die gesamte Erhitzungszeit betrug in jedem Fall 30 Minuten; jedes Probestück wurde etwa 20 Minuten auf der für die Austenisierung angegebene Temperatur gehalten.

Jedes Probestück wurde fünf Minuten abgeschreckt; dann war jedes Probestück auf die Temperatur des Abschreckmittels abgekühlt.

Nach dem Abschrecken wurde jedes Probestück bis zu einer Tiefe von 1 mm abgeschliffen, um jeglichen Zunder und jeglich entkohlte Oberflächenschicht zu entfernen. Dann wurde die Rockwell-C-Härte jedes Probe-Stückes durch zehn Einkerbungen auf jedem Probestück ermittelt. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Tabelle I aufgeführt.

Für Vergleichszwecke wurden Probestücke jeder der Stahltypen in ruhender Luft gekühlt; die Rockwell-C-Härte jedes Probestückes ist ebenfalls in der Tabelle I aufgeführt.

Tabelle I

Abschreck- Wasser Wäßrige Lösungen von Natriumpolyacrylat ruhende Luft

mittel

Konzentration 100 0,376 0,75 1,5 3,0 1,5 3,0 100

in Gew.-%

Temperatur 26,7 26,7 26,7 26,7 26,7 71,1 71,1 ungefähr

in ⁰C 25,0

Rockwell C Härte ·)

Stahlart

fi SAE

U

U 4340 54,0-55,2 51,0-52,0 49,0-50,0 46,0-46,6 44,0-45,0 46,0-46,0 42,0-43,0 29,0-32,0

(54,9) (5U) (49,5) (46,3) (44,5) (46,0) (42,5) (30,5)

C- 5160 62,5-63,1 58,0-60,5 56,8-57,0 49,6-50,2 46,0-47,0 55,0-56,0 46,0-47,0 29,0-31,0

$ (62,8) (59,3) (56,9) (49,9) (46,5) (55,5) (46,5) (30,0)

·) Zahlen getrennt durch einen Bindestrich entsprechen dem Bereich dei erhaltenen Versuchswerte; die Werte in Klammern sind Durchschnittswerte.

Flg. 1 zeigt eine Reihe von Kurven, bei welchen die durchschnittlichen Rockwell-C-Härte-Werte der abgeschreckten Stahlproben als Funktion der Konzentration des Polyacrylate in dem Abschreckmittel, dessen ■»* Temperatur 27° C beträgt, eingetragen sind.

Fig. 2 ist ein Rechteck-Diagramm, in welchem die durchschnittliche Härte jeder Stahlprobe eingetragen Ist, die nur In Wasser bei 27^J C abgeschreckt wurde, und die, welche In Luft gekühlt wurden, sind mit der durchschnittlichen Härte vop Proben verglichen, die gemäß vorliegender Erfindung unter Anwendung einer 3«lgen Polyacrylatlösung abgeschreckt worden sind, wobei die Polyacrylat-AbschreckKHungen sich bei einer Tempera- so tür von entweder 27° C oder 71° C befanden.

Aus den vorstehenden Ergebnissen folgt, daß in dem Maße, wie sich die Konzentration des Polyacrylate in der wäßrigen Abschrecklösung erhöht, die Abschreckgeschwlr-dlg.'.eii fällt.

Die Daten in Tabelle I und in den Fig. 1 und 2 lassen erkennen, daß sich bei höher legierten Stählen die gewünschten martensitlschen Mlkrostukturen elntstcllen, ohne daß In den Werkstücken Risse oder Verzüge auftreten. Bislang konnten höher legierte Stähle nur In öl- oder Salzbädern abgeschreckt werden.

[■:> Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Abschrecken chromhaltiger Baustähle, die ggf. Molybdän und/oder Nickel enthalten, in einem Bad aus einer wäßrigen Lösung mit 0,1 bis 6 Gew.-* eines Polyacrylsäuresalzes aus der Gruppe der Natrium- und/oder Kalium-Polyacrylate, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer martensitischen MikroStruktur im Stahl das Poiyacrylsäuresalz ein solches Molekulargewicht besitzt, daß eine 20gew.-«ige wäßrige Lösung eines Viskosität von etwa 700 bis 25 000 cP bei 25° C aufweist.