DE286369C

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Publication number: DE286369C
Application number: DENDAT286369D
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Metallen, mittels dessen das körnige Gefüge des Metalles, beispielsweise von Stahl oder Stahllegierungen, in ein sehniges, faseriges Gefüge umgewandelt wird. Die Entstehung des körnigen Gefüges im Stahl ist auf den Kohlenstoff zurückzuführen. Sie tritt bei einem bestimmten Kohlenstoffgehalt ein. Wird der Kohlenstoffgehalt wesentlich

ίο verringert, so erhält das Metall bekanntlich ein sehniges Gefüge. Gleichzeitig hiermit je^ doch gehen andere wertvolle Eigenschaften des Stahles verloren. Insbesondere nimmt die Festigkeit ab. Der Erfindung gemäß wird das körnige Gefüge des Metalles in ein sehniges Gefüge umgewandelt, ohne daß das Metall seinen Kohlenstoffgehalt wesentlich verändert. Vielmehr wird dem Kohlenstoff durch die neue Behandlung lediglich die Eigenschaft genommen, das körnige Gefüge herbeizuführen. Zu diesem Zwecke wird das Metall eine gewisse Zeit bei einer bestimmten Temperatur, wie weiter unten dargelegt ist, erhitzt. Die Höhe der Temperatur und die Zeitdauer der Erwärmung hängt von der Zusammensetzung des Metalles ab.

Der nach dem Verfahren hergestellte Stahl zeichnet sich durch geringen Preis und durch hohe physikalische Koeffizienten (Festigkeits- und Dehnungskoeffizienten usw.) und insbesondere durch seine physikalischen und chemischen Eigenschaften aus.

In der Zeichnung ist das nach dem Verfahren behandelte Metall abgebildet. ·

Zur richtigen Würdigung der Erfindung ist im Auge zu behalten, daß Stahl und Stahllegierungen im allgemeinen ein körniges, kristallinisches Gefüge besitzen. Außerdem scheinen die Bestandteile des Metalles bei der Herstellung des Stahles die Form von Kügelchen anzunehmen, wodurch verschiedene wertvolle Eigenschaften des Metalles beeinträchtigt werden. Durch Versuche ist festgestellt, daß das körnige Gefüge wenigstens · zum Teil auf die zusammenziehende Wirkung des Kohlenstoffes zurückzuführen ist, die fast bei allen Stahlsorten und Legierungen von Eisen und Stahl in Erscheinung tritt. Wenn der Kohlenstoff mit dem geschmolzenen, sehnigen Eisen im Ofen oder im Metallbade in Berührung gebracht wird, so übt er auf das Metall eine zusammenziehende Wirkung aus, vermöge deren die bisher sehnigen Bestandteile sich zu Kugeln zusammenballen. Wenn Stahl in der gewöhnlichen Weise hergestellt wird, so tritt diese zusammenziehende Wirkung des Kohlenstoffes in die Erscheinung, und wenn das Metall darauf gegossen wird und sich abkühlt, so erhält man ein körniges, kristallinisches Gefüge. Der Erfindung gemäß wird diese zusammenziehende Wirkung des Kohlenstoffes durch geeignete Mittel aufgehoben.

Es hat sich herausgestellt, daß diese zusammenziehende Eigenschaft des Kohlenstoffes dem Stahl jeder Art dadurch genommen werden kann, daß man das Metall auf etwa 1700 ° C (3100 ° Fahrenheit) erhitzt und eine

Zeitlang bei dieser Temperatur erhält. Wenn das Metall danach abgekühlt wird, so besitzt es sehniges, faseriges Gefüge.

Je nach der Länge der Zeit, während deren. der Stahl dem Verfahren unterworfen wird, und je nach der Höhe der Temperatur sind die Eigenschaften des fertigen Metalles verschieden. Bei einer Temperatur von etwa 1733 ° C (3150 ° Fahrenheit) beginnt die Wirkung nach 15 bis 20 Minuten. Die Beendigung des Verfahrens läßt sich durch ein geübtes Auge an der Art des Kochens des Bades ermessen. Das Verfahren ist beendigt, wenn die stürmische Bewegung der Oberfläche des Metalles in eine leichte Wellenbewegung übergeht. Die Temperatur muß von nun an noch weitere 10 bis 15 Minuten aufrechterhalten werden, damit die Kugeln in ein sehniges, faseriges Gefüge übergehen können.

Wenn die niedrigste Temperatur angewandt wird, bei der die Veränderung überhaupt eintreten kann, und wenn eine zu geringe Zeit für die Umbildung zur Verfügung steht, so läßt das fertige Metall an seinen Kristallen schon den Beginn der Entstehung des sehnigen Gefüges erkennen. Wenn andererseits eine zu hohe Temperatur verwendet wird, beispielsweise eine Temperatur von mehr als 1790° C (3250⁰ Fahrenheit), und diese Temperatur zu lange aufrechterhalten wird, so wird praktisch der ganze Kohlenstoff verbrannt. Dieselbe Erscheinung tritt ein, wenn eine verhältnismäßig geringe Temperatur, beispielsweise eine etwas über 1700 ° C (3100 ° Fahrenheit) liegende Temperatur, zu lange bestehen bleibt.

Die Zeit, während deren das Eisen und der Kohlenstoff dem Verfahren unterworfen werden muß, schwankt auch innerhalb gewisser Grenzen je nach der Art des kohlenstoffhaltigen Stoffes, welcher in der Legierung vorhanden ist. Beispielsweise bewirken vegetabilische Kohlenstoffe oder Kohlenstoffe, die aus vegetabilischen Stoffen gewonnen sind, die schnellste und heftigste Reaktion. Danach folgen hinsichtlich des Grades der Geschwindigkeit Knochenkohle, mineralischer Kohlenstoff und Retortenkohle. Der Unterschied in der Zeit zwischen der schnellsten und langsamsten Reaktion ist indessen nur sehr gering. Er beträgt bei vegetabilischen Kohlenstoffen und bei Retortenkohle nicht mehr als 5 Minuten. Zu beachten ist, daß die Art des Kohlenstoffes auch einen Einfluß auf die physikalischen Eigenschaften des Stahles ausübt. Beispielsweise gibt 1 Prozent von vegetabilischen Kohlenstoffen dem Stahl eine größere Dehnbarkeit, als wenn 1 Prozent von Retortenkohle verwendet wird. Auch ist ein merklicher Unterschied in dem Härtegrade der beiden Metalle vorhanden.

In folgendem ist ein Beispiel für die Zusammensetzung eines nach dem neuen Verfahren behandelten Stahles gegeben·:

Nickel 3,50 Prozent,

Chrom . '. 2,00

Mangan ...... 0,40

Vanadium 0,25

Kohlenstoff.... 0,30 - . ■

Eisen ■ ■ ■ 93,55

100,00 Prozent.

Wenn eine Temperatur von etwa 1700 bis 1760⁰ C (3150 bis 3200⁰ Fahrenheit) angewandt wird und die Erhitzung so lange stattfindet, daß das körnige Gefüge des Stahles verloren geht, so besitzt das Endprodukt ein vollkommen sehniges, faseriges Gefüge. Es kann dann wie ein Stück von gespaltenem Holz gespalten werden.

Nach dem neuen Verfahren kann man ein Metall erzielen, welches hart, zäh, dicht und dauerhaft ist und welches durch und durch ein dem Holz, beispielsweise dem Eichenholz, ähnliches sehniges Gefüge besitzt. Außerdem kann man ein Metall erzielen, welches schwerer ist als Stahlsorten mit körnigem Gefüge, die ihrer chemischen Zusammensetzung nach ihm ähnlich sind.

Nachdem der Stahl oder die Stahllegierung das sehnige, faserige Gefüge erhalten hat und darauf in verschiedene Gestalt gebracht werden soll, kann man es in der üblichen Weise gießen, walzen und schmieden. Die hierbei im allgemeinen erforderliche Erhitzung kann wohl das Gefüge der einzelnen Fasern des Metalles ändern. Indessen kann dieses Gefüge leicht wiedergewonnen werden, indem man das Metall wieder auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, nachdem es in die gewünschte Form gebracht ist, es bei dieser Temperatur hält, bis die Fasern ihre ursprüngliche Lage wieder eingenommen haben, und es schließlich wieder abkühlt. Die bei der Wiedererhitzung verwendete Temperatur ändert sich je nach der Art des behandelten Metalles und dem Verwendungszweck. Beispielsweise kann der oben erwähnte Stahl auf eine Temperatur von etwa 875 bis 900° C (1605 bis 1650 ° Fahrenheit) erhitzt werden, auf dieser Temperatur eine gewisse Zeit gehalten und schließlich abgekühlt werden. In einzelnen Fällen ist es außerdem empfehlenswert, die Wiedererhitzung und Abkühlung bei allmählich abnehmenden Temperaturgraden zu wiederholen. Hierdurch erzielt man ein dichteres Erzeugnis, da die Moleküle sich ausdehnen und vergrößern und hierdurch die Poren des Metalles ausfüllen. Beispielsweise kann der oben erwähnte Stahl auf etwa 700 bis 725 ° C (1290 bis 1335 ° Fahrenheit) wieder erhitzt und darauf gekühlt und schließlich noch einmal auf etwa 575 bis

6οο°· C (1070 bis -iiio⁰ Fahrenheit) erhitzt und darauf gekühlt werden. Bei der Durchführung der Erhitzung empfiehlt es sich, das Metall so lange auf der gewünschten Temperatur zu halten, bis es durch und durch eine gleichförmige Hitze erhalten hat.

Das Verfahren läßt sich auf legierte Stahlsorten anwenden, sofern darauf geachtet wird, daß die Legierungen die ursprüngliche chemische Zusammensetzung wieder erhalten, nachdem sie auf die erforderliche hohe Temperatur erhitzt sind. Wenn der Stahl beispielsweise mit Mangan legiert ist, so sind die Temperaturen, welche zur Wiederherstellung der Legierung und zur Erhaltung des sehnigen Gefüges erforderlich sind, die folgenden:

erstens: von etwa 870 bis etwa 900 ° C (1600 bis 1650 ° Fahrenheit);

zweitens: von etwa 700 bis etwa 725⁰C (1290 bis 1340 ° Fahrenheit), um den Kohlenstoff in seine ursprüngliche Form zu bringen und zu verteilen;

drittens: von etwa 550 bis etwa 600 ° C (1025 bis iiio⁰ Fahrenheit), sofern das Metall besonders zäh sein soll.

Nach jeder zur Wiederherstellung der ursprünglichen Verhältnisse dienenden Erhitzung kann das Metall vorzugsweise in öl abgeschreckt oder langsam abgekühlt werden. Langsame Abkühlung gibt die größte Zähigkeit.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß durch einfache und praktisch leicht durchführbare Vorgänge wertvolle Wirkungen erzielt werden.

Das nach dem neuen Verfahren hergestellte Metall weist hohe physikalische Koeffizienten auf. Beispielsweise ist die Zugfestigkeit und die Geschmeidigkeit sehr hoch. Außerdem besitzt es sämtliche wertvollen physikalischen und chemischen Eigenschaften des gewöhnlichen Stahls. Der nach den bekannten Methoden hergestellte Stahl rostet leicht, da ihm gewisse zur Verbesserung der physikalisehen Koeffizienten und andere Eigenschaften dienende Stoffe zugesetzt sind. Der nach dem neuen Verfahren hergestellte Stahl rostet nicht leicht. Er ist auch in anderer Beziehung sehr wertvoll und haltbar.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur Umwandlung des kristallinischen Gefüges kohlenstoffhaltiger Metalle, insbesondere Stahl, in ein sehniges oder faseriges Gefüge, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall auf eine zwischen 1700 bis 1790 ° C liegende Temperatur etwa 10 bis 30 Minuten erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das nach dem Verfahren des Anspruchs 1 behandelte Metall in den Fällen, wo es durch die mechanische oder sonstige Behandlung sein faseriges Gefüge verloren hat, auf 875 bis 910 ° C erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung nach Anspruch 2, vorzugsweise bei abnehmenden Temperaturgraden, wiederholt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.