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Verfahren zum Verbessern der physikalischen Eigenschaften von Tempergußeisen
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß normales schmiedbares Gußeisen
heim Erhitzen eine »Gefahrenzone« und dann eine »Sicherheitszone« durchläuft. Wenn
das Gußeisen, nachdem es schmiedbar gemacht worden ist, auf die Sicherheitszone
erhitzt und nachher lngsam erkaltet, zeigt sich oft, daß es bröcklig geworden ist
und auch in anderer Weise seine Eigenschaften geändert hat; wird dagegen das Eisen
auf eine Temperatur innerhalb der Sicherheitszone erhitzt und nachher abgelöscht,
z. B. in Wasser, so bleibt Schmiedbarkeit und andere wünschenswerte Eigenschaften
erhalten oder werden sogar verbessert.
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Die Glühbehandlung, der das schmiedbar gemachte Gußeisen erfindungsgemäß
unterworfen wird, unterscheidet sich von den bisher gebräuchlichen Glühverfahren
in verschiedener Hinsicht. Wenn z. B. sogenanntes Tempergußeisen, welches Kohlenstoff
in chemischer Verbindung enthält, geglüht wird, um es schmiedbar zu machen, wird
es auf eine Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur erhitzt, um den Kohlenstoff
auszuscheiden, und auf dieser Temperatur eine Zeit gehalten, deren Dauer von der
Zusammensetzung des Eisens und der Glühtemperatur abhängt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird (las Gußeisen, nachdem es schmiedbar
gemacht worden ist, erhitzt und abgelöscht, aber seine Temperatur wird nicht bis
oberhalb der kritischen Temperatur erhöht, sondern die Maximaltemperatur wird unterhalb
der kritischen Temperatur gehalten.
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Es hat sich ferner herausgestellt, daß schmiedbares Gußeisen, welches
dem bisher gebräuchlichen Verfahren einmal oder wiederholt unterworfen wurde, nicht
beständig ist. sondern, wenn es nachher auf die »Gefahrenzone« erhitzt wird, wie
beim Verzinken. bröcklig werden kann. Nach dem neuen Verfahren dagegen ist (las
Erzeugnis beständig, d. h. es behält seine schtniedbaren Eigenschaften bei, selbst
wenn es nachträglich auf eine Temperatur innerhalb der »Gefahrenzone« erhitzt wird,
um z. B. mit einem Zink-oder anderem Überzuge versehen zu werden.
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Die durch die Wärmebehandlung nach der Erfindung erzielbare Wirkung
ist aus der Abbildung ersichtlich.
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Es wurde der Schlagwiderstand mittels der Jodprobe in Kilogrammeter
an Hand der Werkstoffe A und 13 bei steigenden Temperaturen ermittelt und die prozentuale
Veränderung des Schlagwiderstandes zur Aufstellung der Kurven benutzt.
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Der Werkstoff A besaß nachstehende Zusammensetzung
| Gesamtkohlenstoff ..... 2,io °jo, |
| Silicium .... .. . . . . . . . . o,8o °(o. |
| Phosphor . . . . . . . . . . . . 0,20'>/,. |
| Mangan ............. o,26 |
| Schwefel . . . . . . . . . . . . 0,073 '110- |
Eine Betrachtung der Kurve A lehrt, daß die Gefahrenzone des hier in Frage kommenden
Eisens
zwischen
300 und 60o° C liegt und claß .ich die Sicherheitszone zwischen
60o und ;6o° C befindet. Es ist ersichtlich, claß' die Kurve A an der Stelle. wo
sie die Hundertprozentlinie, also die Normallinie schneidet. steil' zu dem Scheitelpunkt
bei etwa 61o° C ansteigt. In anderen Worten: Wenn (las Gußeisen auf eine Temperatur
(licht über 60o° C erhitzt wird, so kann der Schlagwiderstandswert etwa um 54 "/0
erhöht werden. Bei einer Erhöhung der Temperatur auf etwa 65o° C wird mit Sicherheit
eine Erhöhung des Schlagwiderstandes um etwa ioo erreicht. ' Der Kurve B liegt als
Werkstoff ein schmiedbares Gußeisen nachstehender Zusammensetzung zugrunde:
| Kohlenstoff ...... 3,I5 %, |
| Silicium . . . . . . . . . o,630/0, |
| Phosphor . . . . . . . . 0,I5 0/0, |
| Mangan ......... 0,310/0, |
| Schwefel . . . . . . . . 0,o8 0/0. |
Die Behandlung war die gleiche wie die des Werkstoffes A. Auch hier ist eine »Gefahrenzone«,
welche Bröckligkeit hervorruft, und eine »Sicherheitszone«, durch welche die Elastizität
und der Schlagwiderstandswert des Gußeisens über diejenigen des unbehandelten Eisens
erhöht wird, zu beobachten. Die Kurve B zeigt, daß die günstigste Temperatur zur
Erreichung der Höchstwirkung hinsichtlich der Erhöhung des Schlagwiderstandes niedriger
liegt als beim Werkstoff A, und daß die prozentuale maximale Erhöhung des Schlagwiderstandes
infolge der verschiedenen Zusammensetzung der Werkstoffe hinter der beim Werkstoff
A erreichbaren zurückbleibt. Es ist jedoch hierbei zu berücksichtigen, daß die Gefahr
des Bröckligwerdens beim Werkstoff B nicht so groß ist als beim Werkstoff A. jedoch
ist beim Werkstoff B noch deutlich eine Gefahrenzone und eine Sicherheitszone zu
erkennen, so daß es gerechtfertigt erscheint, auch einen Werkstoff mit der Zusammensetzung
des Materials B der vorgeschlagenen Wärmebehandlung zu unterwerfen.
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Schmiedbares Gußeisen mit 2,35 Kohlenstoff, o,91 Silicium, 0,i8 Phosphor,
o,25 Mangan und 0,051 Schwefel wurde auf etwa 65o° C erhitzt und alsdann
in 'Wasser von etwa So' C abgelöscht. Der Schlagwiderstand des so behandelten Gußeisens
war 48 0j0 größer als der des gleichen unbehandelten.
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Die Untersuchungen ließen erkennen, daß die Dauer der Erhitzung von
geringem Einfluß -ist.
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Dagegen konnte festgestellt werden, daß die Ablöschgeschwindigkeit
nach dem Glühen einen Einfluß auf die Elastizität ausübt. Abkühlen in der Luft bewirkt
einen höheren Schlagwiderstand als Ablöschen in heißem Wasser oder Öl. Dieser Einfluß
geht aus nachstehender Übersicht hervor, der der Werkstoff A zugrunde liegt.
| Dauer der Erhitzung Art der Kühlung Schlag- |
| bei 678.5 C widerstand |
| 3 Min. Luftkühlung 1400/0 |
| 3 Min. in Wasser bei |
| etwa 80, C 133% |
| Dasselbe Eisen unbehandelt ...... Ioo 0jo* |
Die folgende Tabelle zeigt die Unterschiede bei verschiedener Erhitzungsdauer.
| Dauer der Erhitzung Abgelöscht Schlag- |
| bei 65o C widerstand |
| 300 Min. in Wasser von |
| etwa 80° C I26 |
| 5o Min. in Wasser von |
| etwa 8o9 C ' 1560/0 |
| 3 Min. in Wasser von |
| etwa 8o° C 133% |
| Dasselbe Eisen unbehandelt ...... Ioo %. |
Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung liegt darin, daß vorbehandeltes schmiedbares
Gußeisen in der Gefahrenzone erhitzt oder irgendwie weiterbehandelt werden kann;
ohne hierbei die Schmiedbarkeit und den hohen Schlagwiderstand zu verlieren, den
es durch die Vorbehandlung erhalten hat. Oder in anderen Worten, die Vorteile, welche
durch (las Glühen bei etwa 65o° C oder anderen Temperaturen innerhalb 'der Sicherheitszone
erreicht werden, bleiben bestehen. Ein schmiedbares Gußeisen besaß nach dem Glühen
bei etwa 65o° C und nachträglicher Wiedererhitzung auf etwa 450' C einen Schlagwiderstand
von 16o 0/0 im Vergleich zu dem unbehandelten Werkstoff. Normales schmiedbares Gußeisen
mit 2,i0 °/o Kohlenstoff und 0,8o0/0 Silicium zeigte bei derselben Behandlung einen
Schlagwiderstand von I390/, gegenüber dem unbehandelten Eisen.
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Es hat sich herausgestellt, daß durch die mitgeteilte Behandlung Gußeisen,
das z. B. durch eine beim Verzinken notwendige, in der Gefahrenzone liegende Behandlung
bröcklig und spröde geworden war, wieder einen hohen Schlagwiderstand erhält.
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Das Verfahren kann in der Weise ausgeführt werden, daß die schmiedbaren
Gußstücke in einen Ofen eingesetzt werden, in welchem sie auf die Temperatur der
Sicherheitszone erhitzt werden .und auf dieser Temperatur so lange gehalten werden,
bis die Stücke eine gleichmäßige Temperatur angenommen haben, worauf sie entweder
in Luft, Wasser oder Öl, je nach der gewünschten
Wirkung, abgelöscht
werden. Man kann auch hierzu einen ununterbrochen arbeitenden Ofen benutzen.
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Dem Verfahren kommt eine besondere Bedeutung zu, wenn, wie es z. B.
beim Verzinken der Fall ist, eine Wärmebehandlung bei den in der Gefahrenzone liegenden
verhältnismäßig niedrigen Temperaturen unvermeidlich ist. Nach dem Verfahren vorbehandeltes
Material ist nicht der Gefahr ausgesetzt, durch die nachträgliche Behandlung in
der Gefahrenzone schlechte mechanische Eigenschaften zu erhalten. Zum Beweise hierfür
dienen die Kurven X und Y. X zeigt die Erhöhung des Schlagwiderstandes
des vorbehandelten Werkstoffes f1, Y die desselben Werkstoffes mit derselben
Vorbehandlung, aber nach einem nachträglichen Verzinken bei in der Gefahrenzone
liegenden Temperaturen. Hieraus ist ersichtlich, daß trotz der nachträglichen Behaticilgng
in der Gefahrenzone die Erhöhung des Schlagwiderstandes nahezu dieselbe geblieben
ist.