DE421830C - Stahllegierung - Google Patents

Stahllegierung

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DE421830C
DE421830C DEA33175D DEA0033175D DE421830C DE 421830 C DE421830 C DE 421830C DE A33175 D DEA33175 D DE A33175D DE A0033175 D DEA0033175 D DE A0033175D DE 421830 C DE421830 C DE 421830C
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D45/00Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/04Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia
    • B01D45/06Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia by reversal of direction of flow
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/34Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of silicon

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Description

  • Stahllegierung. Die Erfindung betrifft eine Stahllegierung, welche Eisen, Silicium, Chrom und Kohle enthält und höchst stabilen Charakter besitzt, d. h. sehr widerstandsfähig gegen Veränderung oder Zerstörung ist, wie solche bei gewöhnlichem Stahl beispielsweise durch Beiz-, Oxydierungs-, Ätz- u. dgl. Mittel veranlaßt wird.
  • Der Grund- Moder Hauptteil der Stahllegierung ist Eisen, von welchem das Material bezüglich Stärke und Billigkeit in hohem Maße abhängig ist.
  • Eine der Wirkungen des Chroms bei seiner Vereinigung mit Eisen besteht, wie längst bekannt ist, darin, daß es das Material stabiler bzw. widerstandsfähiger gegen Zerstörung, z. B. Rosten, macht, doch besitzt Chrom, wenn es im wesentlichen :oder gänzlich allein als Legierungsmaterial für Eisen benutzt wird, verschiedene Nachteile. Chrom und Eisen legieren sich nicht gut zusammen, und es werden ungleiche und unregelmäßige Wirkungen erzeugt. Aus einer und derselben Schmelzung einer solchen Chrom-Eisen-Legierung hergestellte Gegenstände besitzen oft weit voneinander abweichende Eigenschaften. Chrom-Eisen-Legierungen neigen oft zu Rotbrüchigkeit, woraus sich Risse, Fehler und Brüche ergeben, und schälen schlecht ab, wenn sie auf Temperaturen erhitzt werden, die zum heißen mechanischen Bearbeiten erforderlich =iid. Die Menge Kohle, die in einer Chrom-Eisen-Legierung vorhanden sein kann, ohne einen wesentlichen Verlust an Stabilität oder Widerstandsfähigkeit gegen Zerstörung herbeizuführen, ist sehr begrenzt. Bei der den Gegenstand der Erfindung bildenden Stahllegierung sind Schwierigkeiten dieser Art entweder vollkommen vermieden oder doch auf ein Minimum reduziert.
  • Ohne auf eine besondere Theorie der Wirkung von Silicium in der Legierung beschränkt zu sein, ist anzunehmen, daß der ganz ausgezeichnete Charakter des nach der Erfindung erzielten Materials der Bildung einer oder mehrerer Si'iciumverbindungen des Eisens und einer oder mehrerer Siliciumverbindungen des Chroms zuzuschreiben ist, welche Verbindungen in geschmolzenem Zustande gut miteinander vermischt werden können. Auf jeden Fall wirkt das Silicium als ein drittes Legierungsmaterial, und zwar äußerst günstig, da es die Bildung einer im wesentlichen homogenen Legierung veranlaßt, die frei von lästigen Ungleichmäßigkeiten und Unregelmäßigkeiten ist, eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Wasser, Säuren usw. besitzt und gut bearbeitet werden kann. Diese günstige Einwirkung von Si'icium ist nicht festzustellen, wenn es nur in. geringem Verhältnis, z. B. 0;3 bis o,¢ Prozent, vorhanden ist. Will man die günstige Einwirkung erzielen, so müssen mindestens o,5 Prozent Silicium in der Legierung vorhanden sein, und noch mehr Silicium ist wünschenswert. . Dadurch, daß man Silicium in diesem Verhältnis für die Legierung verwendet, wird es möglich, als Grundmasse des Materials eine im wesentlichen feste Lösung (solid so:ution) zu erhalten. Je mehr die Grundmasse eine feste Lösung ist, um so größer scheint die Stabilität der erzeugten Stahllegierung zu sein. Bei der Anwesenheit des Siliciums in der Stahllegierung können größere Mengen Kohle benutzt werden, als sonst für die Herstellung eines Materials mit stabiler Oberfläche ohne Vorhandensein eines wesentlichen Prozentsatzes Silicium zuträglich sein würde.
  • Man kann annehmen, daß die Wirkung der Kohle darin besteht, daß sie einen Wechsel in der Stahllegierung während des Abkühlens verzögert und daß die Kohle mit dem Eisen. und dem Chrom Verbindungen eingeht, die jedoch durch die Einwirkung des vorhandenen Siliciums modifiziert werden.
  • Bei der neuen Stahllegierung kann eine große Anzahl kleiner Flächen, die im Aussehen den Carbiden in reinem Kohlestahl ähnlich sind, unter dem Mikroskop unterschieden werden; und da es nicht möglich gewesen ist, dieselben zu isolieren, so kann man annehmen, daß es Chromcarbide sind, wenngleich sie auch einfache Konzentrationen der Grundmasse sein könnten, die in ihrer Lage durch Kohle fixiert sind, oder aber, man kann mit ihnen auch noch auf anderen Wegen rechnen. Es sind keine Punkte lokalen Angriffs, denn beim Ätzen mit Königswasser werden sie weniger geätzt als die Grundmasse, und keine Ätzungsntensität ist an den Grenzen der kleinen Flächen erkennbar. Sind sie im Material vorhanden, ganz gleich, ob dasselbe sich in gegossenem oder gewalztem Zustande befindet oder einem verlängerten Erhitzen und langsamen Abkühlen unterworfen ist, so beeinflussen sie nicht ungünstig seine Oberflächenstabilität.
  • Die im obigen angegebenen Verhältnisse sind Gewichtsverhältnisse.
  • Eine Stahaegierung, di° mehr als etwa 5 Prozent und weniger als etwa 13 Prozent Silicium und Chrom zusammengenommen e:i;hält, ist praktisch fehlerlos und widerstandsfähig gegen Anfressen u. dgl., wenn die Grundmasse durch Wärmebehandlung sich im Zustande fester Lösung befindet, doch kann sie durch Ätzmittel o. dgl. mehr oder weniger gut angegriffen werden, wenn sie sich nicht in d_..esem Zustande befindet.
  • Die Grundmasse wird in fester Lösung durch Wärmebehandlung erhalten, die darin besteht, daß man das Material auf eine hohe Temperatur zwischen 90o° C und 1200'C, vorteilhaft zwischen i ooo° C und i r oo° C, erhitzt und dann in Öl, Wasser @o. dgl. ablöscht. Beispielsweise sollte eine Legierung, die 8 bis 9 Prozent Chrom, 31/2 bis ¢ Prozent Silicium und 0,¢o bis 0,5o Prozent Kohle enthält, auf roq.o° C erhitzt und in Öl abgelöscht werden, um das gewünschte Resultat zu erzielen.
  • Zur Herstellung eines solchen Materials sind o,5 bis 7 Prozent Silicium und 3 bis i o Prozent Chromerforderlich, wobei die V erhältniszahlen zwischen den beiden so verteilt werden, daß die Gesamtverhältniszahl zwrischen 5 Prozent und 13 Prozent verbleibt. Bei so niedrigen Verhältnismengen von Silicium und Chrom zusammengenommen muß möglichst wenig Kohle verwendet werden, wenn man gute Resultate ,erzielenwill; also etwa 0,o5 Prozent Kohle. Vorteilhaft verwendet man an Kohle weniger als 1/l0 des Siliciums und des Chroms zusammengenommen. Bei einer Stahllegierung, welche beispielsweise 2,5 Prozent Silicium und 3 Prozent Chrom enthält, verwendet man. vorteilhaft weniger als 0,55 Prozent Kohle, da bei einem solchen Material mehr Kohle, also etwa i Prozent, eine beträchtliche Verringerung der gewünschten Oberflächenstabilität der Stahllegierung zur Folge haben würde. 0,30 Prozent Kohle gibt z. B. bei den genannten Verhältnismengen von Silicium und Chrom gute Resultate, vorausgesetzt, daß die Grun:drnasse eine durch Wärmebehandlung fixierte feste Lösung ist.
  • Das neue Material wird für elektrisch Heizelemente benutzt, wo Temperaturen von etwa 700° C erforderlich sind. Der spezifische Widerstand einer solchen Stahllegierung beträgt etwa 65 Mikrohm- Er, steigt vielschneller bei Erhöhung des Si'.iciumgehalts als bei Erhöhung des Chromgehalts. Bedingt die Herstellung der elektrischen Heizelemente eine Zieh- oder Biegeoperation, so muß der Kohlegehalt niedrig bemessen werden, vorteilhaft etwa 0,40 Prozent. Ein höherer Kohlegehalt kann benutzt werden, wenn die Heizelemente durch Gießen o,. dgl. hergestellt werden oder ein. Kaltbiegen des Materials nicht erforderlich ist.
  • Bei der Herstellung der neuen Stahllegierung kann großer Vorteil aus der Tatsache gezogen werden, daß Silicium zusammen mit Chrom in wesentlichem Umfang in der Legierung vorhanden ist. Die Herstellung von Legierungen, die Chrom, aber nur wenig oder gar kein Silicium enthalten, erfordert Ferro-Chrom von großer Reinheit, dessen Erzeugung sehr kostspielig ist. Es wurde gefunden, daß Silicium als gutes und billiges Reduktionsmittel bei der Herstellung des Ferro-Chroms für die neue Stahllegierung benutzt werden kann. Wird Si:icium als Reduktionsmittel benutzt, so trist es in beträchtlichem Umfang als Legierungskomponente in das geschmolzene Metall ein, und auf diesem Wege kann eine Ferro-Chrom-Si:icium-Legierung billig und in geeigneter Weise hergestellt werden. Die so erzielte Eisenlegierung kann direkt im Schme7,zofen Verwendung finden, selbstverständlich unter Zusatz anderer Stoffe zwecks Erzielung der richtigen Verhältnismengen der verschiedenen Legierungskomponenten, und verschiedene Sorten von Ferro-Chrom-Silicium können bei richtiger 'V4rahl anderer Stoffe Verwendung finden. Auf diese Weise ist der Herstellungsprozeß vereinfacht, und es wird ganz erhzblpch an wertvollen Stoffen, einschließlich Chrom. und Silicium,, gespart. 8o bis fast ioo Prozent des Siliciums und praktisch fast das gesamte Chrom, welches beim Schmelzen gebraucht wird, kann in dem Fertigprodukt wiedergefunden werden, besonders, wenn das Schmelzen in einem elektrischen Ofen erfolgt, der als der geeignetste Apparat für diesen Zweck erscheint, obgleich auch andere Schmelzsysteme gewünschtenfalls verwendet und natürlich auch Stoffe, die aus anderen Quellen herrühren, benutzt werden können.
  • Eine wichtige Eigenschaft der neuen Stahllegierung ist ihre hohe Widerstandsfähigkeit bei schnellem Erhitzen oder Abkühlen. Wird sie z. B. zusammen mit einem Stück gewöhnlichen Kohlestahls von gleichen Abmessungen in einen Ofen gelegt, so bleibt sie noch einige Zeit schwarz, nachdem der gewöhnliche Stahl bereits auf Gelbglut erhitzt worden ist. Wird sie zur Herstellung von Geschützfutter u. dgl. benutzt, wo die Oberfläche der Einwirkung von salpetrigen Dämpfen bei außerordentlich hoher Temperatur für kurze Zeitspannen unterworfen wird, was auf Material, welches sich schnell erhitzt und abkühlt, sehr zerstörend wirkt, so gibt das neue Material außerordentlich gute Resultate, und zwar ist es äußerst widerstandsfähig gegen Anfressen. Infolge dieser charakteristischen Eigenschaft ist die neue Legierung für eine Anzahl wichtiger Verwendungszwecke sehr geeignet, z. B. für Glührohre, Glühkästen (annealing-tubes) und Gegenstände, die während langer Zeitspannen verschiedenen Temperaturen unterworfen werden. Infolge der wertvollen Eigenschaft des langsamen Erhitzers kann der Inhalt der Glühkästen u. dgl. viel gleichmäßiger erhitzt werden als bei Verwendung von Legierungen oder Metallen, die bisher zu diesen Zwecken Verwendung fanden.
  • Die neue Legierung besitzt auch die wertvolle Eigenschaft, daß sie für Gase von hoher Temperatur nicht leicht durchdringbar ist, so da.ß sie sich sehr gut für Apparate wie Behälter für hocherhitzte Gase eignet, die chemischen Reaktionen unterworfen sind, sowie für Rohre zum Schutz der thermo-elektrischen Elemente von Pyrometern tt. dgl., wo es von großer Wichtigkeit ist, hocherhitztes metallisches iNTaterial gegen Anfressen durch angreifende Gase zu schützen.
  • Die neue Legierung wird nach der Wärmebehandlung in merkbarem Maße vorr Salpetersäure, Essigsäure oder anderen organischen Säuren sowie von Fruchtsäften u. dgl. nicht angegriffen. In gewissem Maße wird sie aber angegriffen vorn. Salzsäure, Schwefelsäure und Fluorwasserstofsäure, besonders wenn diese Säuren verdünnt sind.
  • Die neue Stahllegierung, welche beträchtliche Verhältnismengen Silicium enthält, ist. widerstandsfähiger gegen Beizen, Oxydieren, Ätzen u. dgl. als ähnliches Material, welches keine beträchtlichen Verhältnismengen Silicium enthält. Barren und Klötze, die aus der neuen Legierung hergestellt sind, können bearbeitet werden, ohne daß praktisch irgendwelcher Walzsinter gebildet wird, während Material, das seiner Analyse nach der neuen Stahllegierung entspricht, aber nur einen sehr geringen Prozentsatz, z. B. o,3 Prozent, Silicium enthält, sehr schlimm sintern wird, wenn es für warme mechanische Bearbeitung erhitzt wird. Die neue Legierung ist so außerordentlich widerstandsfähig gegen Oxydierung, daß, wenn die Kohlenanalyse genommen wird, indem man Sauerstoff bei hoher Hitze darüberstreichen läßt, es sich als unmöglich herausgestellt hat, die Kohle durch Verbrennung herauszuholen ohne Zusatz eines Oxyds, z. B. Blei-,oxyd, so daß also eine chemische Einwirkung auf die Kohle erforderlich ist, während bei einer Legierung, die denselben Gehalt an Chrom besitzt wie die neue Legierung; aber wenig ,oder gar kein Silicium enthält, die genaue Bestimmung der Kohle durch Sauerstoff vorgenommen werden kann, ohne daß man fremde Oxyde o. dgl. zu Hilfe zu nehmen braucht.
  • Einige Verwendungszwecke der neuen Legierung sind bereits früher erwähnt worden, z. B. elektrische Heizelemente, Guß, Messerschmiedewaren undWerkzeuge, Geschützfutter, Glührohre usw. Die neue Stahllegierung eignet sich vorzüglich für eine ganze Reihe anderer Zwecke, z. B. für Ventile für Verbrennungsmotoren, Eisenplatten und Fundamente, Waschmaschinen, Propeller, Wasserrohre und Pumpen für frisches Wasser und Salzwasser, Kühlerrohre und Kühlerausrüstungen und ganz allgemein für Apparate, Apparaturen usw., die der gtzel-Feuchtigkeit, Dampf oder intensiver Kälte ausgesetzt sind; ferner für Apparate und Gegenstände, die der Einwirkung von Alkalien ausgesetzt sind, gegen welche die neue Stahllegierung außerordentlich widerstandsfähig ist, und für Gegenstände, die der freien Atmosphäre ausgesetzt sind, wie Scharniere, Klinken und allgemein 'außen verwendete Eisenkurzwaren, sodann für elektrische Ausrüstungen, Kraftübertragungsmechanismen, elektrischen Straßenbahn- und Eisenbahnbetrieb, und zwar insbesondere für diejenigen Teile, die der Elektrolyse zu widerstehen haben, Kugeln für Ventile, Kugeln für Kugelläger, Laufbahnen für Kugellager, die unter Wasser arbeiten müssen, Schiffsbeschläge, ärztliche Instrumente, zahnärztliche Werkzeuge, Stahllineale, Artikel für den persönlichen Gebrauch, wie Juwelierfassungen, Münzen und Medaillen, automatische Schüreisen, die hohen .Temperaturen zu widerstehen haben, wo große Widerstandsfähigkeit gegen Beizen, Oxydierung und Anfressen erforderlich ist. Die neue Stähllegierung enthält natürlich kleine Prozentsätze von Metalloiden, wie Schwefel und Phosphor.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Stahllegierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie Kohle über 0,05 Prozent und weniger als 1,3 Prozent, Chrom über 3 Prozent und weniger als 11,5 Prozent und Silicium über o,5 Prozent und weniger als 8 Prozent enthält, wobei an Silicium und Chrom zusammen unter 13 Prozent und mehr als zehnmal soviel als Kohle vorhanden ist, und daß durch Wärmebehandlung die Grundmasse in den Zustand fester Lösung versetzt ist.
DEA33175D 1919-05-24 1920-03-26 Stahllegierung Expired DE421830C (de)

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US421830XA 1919-05-24 1919-05-24

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