-
Verfahren zur Wärmebehandlung von Leichtmetallen Die Erfindung betrifft'
die Wärmebehandlung von Leichtmetallen. und von Legierungen, die erhebliche oder
überwiegende Mengen dieser Metalle enthalten, in gewöhnlicher Luft.
-
Der Ausdruck Wärmebehandlung ist hier iai weitesten Sinne gebraucht,
d. h. es ist darunter jede Art von Erhitzung zu verstehen, durch welche in dem Metall
oder der Legierung irgendeine gefügliche oder physikalische Änderung erzielt wird,
wie z. B. das Vorwärmen eines Metallblocks vor der Verarbeitung, das Ausglühen von
bearbeitetem Metall, um eine Rekristallisation oder eine Erweichung zu verursachen,
die Wärmebehandlung von Metallegierungen, bei welcher die Legierung auf eine Temperatur
unter dem Schmelzpunkt erhitzt wird, um eine erhebliche Änderung in der Festigkeit
oder anderen physikalischen Eigenschaften herbeizuführen, das Altern von Metall
für denselben Zweck usw., also jede Art von Erhitzung, die bezweckt, in oder auf
dem Metall eine bestimmte Wirkung außer der des Schmelzens zu erzielen.
-
Die veränderlichen Größen, die bei der Bearbeitung oder sonstigen
Behandlung von Metall geregelt werden müssen, sind noch in keiner Weise vollständig
durchforscht. Unerwartete Metallfehler und unerwartete Beschaffenheitsunterschiede
zwischen verschiedenen Posten scheinbar gleicher Metalle sind keineswegs selten.
Die Leichtmetalle, wie Aluminium und Magnesium, und die vielen und verschiedenartigen
Legierungen, in denen das eine oder andere dieser Metalle in erheblicher Menge von
z. B. 50 °1o oder mehr auftritt, bilden keine Ausnahme von dieser allgemeinen Regel.
Viele Entwicklungsarbeiten hinsichtlich, der wirksamen und wirtschaftlichen Herstellung,
Verarbeitung und Verwendung dieser Leichtmetalle sind in den letzten Jahren vorgenommen
worden, wobei ein besonderer Wert auf die Wärmebehandlung dieser Metalle gelegt
worden ist. Es war jedoch nicht möglich, die Wärmebehandlung von Leichtmetallen
und ihren Legierungen so durchzufühern, daß die diesen innewohnenden Eigenschaften
in der günstigsten Weise entwickelt wurden.
-
Die Erfindung gründet sich nun auf die Auffindung einer dieser bisher
nicht erkannten Größen. Es wurde nämlich festgestellt, daß der Feuchtigkeitsgehalt
der Atmosphäre in dem Ofen oder in der Glühkammer, in welcher das Metall erhitzt
wird, eine wichtige Rolle bei der Wärmebehandlung der Leichtmetalle und ihrer Legierungen
spielt, und es wurde weiterhin gefunden, daß, wenn durch Trocknen der das Metall
während der Wärmebehandlung umgebenden gewöhnlichen Luft
ihr Feuchtigkeitsgehalt
auf einem Wert gehalten wird, der niedriger als der Feuchtigkeitsgehalt -der Außenluft
ist, besondere Vor.< teile zu erzielen. sind, und zwar auch schon,-'-'7,1 solchen
Fällen, wo die Menge der aus er' Luft entfernten Feuchtigkeit so klein ist, d sie
scheinbar unbeachtlich sein müßte. Atf" Grund dieser Feststellung wurden Versuche
für die Wärmebehandlung von Leichtmetallen und ihren Legierungen gemacht, und es
wurde dabei gefunden, daß die früher erhaltene Verschlechterung der Metalle während
der Wärmebehandlung durch die Gegenwart von Feuchtigkeit in der gewöhnlichen Luft
verursacht wird. Auch wurde festgestellt, daß die gewünschten physikalischen Eigenschaften
der Leichtmetalle, und ihrer Legierungen mit größerer Sicherheit erhalten werden
können, wenn die Feuchtigkeit in der die Metalle oder Legierungen während der Wärmebehandlung
umgebenden Luft durch eine vorherige Behandlung der Luft zwecks Entfernung ihrer
Feuchtigkeit verringert wird.
-
So scheinen z. B. die Legierungen des Aluminiums und oft auch das
Aluminium selbst, wenn es einen geringen -Querschnitt hat, eine allmähliche Verschlechterung
zu erleiden, wenn die Wärmebehandlung in ihrer Dauer verlängert wird. Auf Grund
der gemachten Feststellung und der im Anschluß daran vorgenommenen Versuche kann
man annehmen, daß die Verschlechterung des Metalls in der Ofenatmosphäre von gewöhnlicher
Luft auf interkristalliner Korrosion durch hohe Temperaturen beruht, die durch die
Feuchtigkeit in der Ofenatmosphäre verursacht wird. Diese besonders nachteilige
Verschlechterung des Metalls wird oft nicht eher ersichtlich, als bis sie durch
das unerwartete Auftreten von Brüchen oder anderen Fehlern bei .der Verwendung des
Metalls zutage tritt. Die Nachteile machen sich besonders bei dünnen Drähten aus
einer Aluminiumlegierung geltend, die nach einer Wärmebehandlung von üblicher Dauer
und üblicher Art oft so brüchig werden, daß sie schon beim bloßen Hantieren brechen.
Wenn solche Drähte erfindungsgemäß längere Zeit in einem Ofen mit trockener Atmosphäre
behandelt werden, dann weisen sie eine große Festigkeit und Duktilität auf. Dasselbe
gute Ergebnis wird auch bei dünnen Blechen erzielt. Es ist weiter gefunden worden,
daß auch bearbeitete Metalle bei einer in trockener Atmosphäre durchgeführten Wärmebehandlung
der Oberflächenblasenbildung viel weniger unterworfen sind als Metalle, die eine
Wärmebehandlung unter den üblichen Bedingungen erfahren.
-
Bei der Wärmebehandlung von Leichtmetallen und ihren Legierungen in
gewöhnlicher Ofenatmosphäre tritt die schädliche Wirkung der Feuchtigkeit verstärkt
auf, braucht sich aber nicht bemerkbar zu machen, ;;wenn nicht die Behandlungszeit
verlängert '@Urd. Trotzdem sind die Zerstörungskräfte .` . Anfang an wirksam, und
wenn, wie anzu-;' en ist, eine interkristalline Korrosion 'die Hauptursache für
die Verschlechterung ist, so können die Zonen beginnender oder anfänglicher Korrosion
leicht zum Ausgangspunkt für die weitere Zerstörung werden, wenn das Metall im Gebrauch
korrosiven Einflüssen ausgesetzt ist. Bei dünneren Gegenständen, dünnen Drähten
oder Blechen treten die Schädigungen der Wärmebehandlung in gewöhnlicher Ofenatmosphäre
besonders hervor, da die Eindringtiefe einen im Verhältnis größeren Teil der Gesamtdicke
ausmacht, doch 'ist es vorteilhaft, solche Schädigungen auch bei Gegenständen starken
Querschnitts, gleichviel ob gegossen oder gezogen, zu vermeiden: Es ist auch gefunden
worden, daß die bei Aluminium und seinen Legierungen bei Erhitzung in gewöhnlicher
Ofenatmosphäre beobachteten Erscheinungen entsprechend auch bei Magnesium und seinen
Legierungen auftreten.
-
Es, ist nun bereits bei der Randentkohlung von Kohlenstoffstählen
bekannt, getrocknete Luft als weniger stark entkohlendes Mittel zu benutzen. Ferner
wurde schon eine Glühung in einer Atmosphäre von getrocknetem Stickstoff zum Verhindern
einer Verzunderung der Oberfläche des Metalls vorgeschlagen. Erfindungsgemäß erfolgt
aber zur Verhinderung der interkristallinen Korrosion von Aluminium, Magnesium und
ihren Legierungen die Wärmebehandlung in einer Atmosphäre von gewöhnlicher Luft,
deren Feuchtigkeitsgehalt unterhalb desjenigen der Außenluft gehalten wird.
-
Es ist ersichtlich unmöglich, eine genaue und feste obere Grenze für
den Feuchtigkeitsgehalt anzugeben, den die das Metall während der Wärmebehandlung
umgebende Atmosphäre nicht überschreiten darf. Der Idealfall wäre, wenn die Ofenatmosphäre
überhaupt keine Feuchtigkeit enthielte. Dies ist natürlich praktisch unmöglich,
doch ergibt schon eine merkliche Verringerung des Feuchtigkeitsgehaltes der Luft
erhebliche Vorteile. In der Praxis wird vorzugsweise der Feuchtigkeitsgehalt der
Luft in der Ofenkammer unter etwa 7 g/cbm gehalten, weil bei diesem Wert gute Ergebnisse
zu erhalten sind und weil bei Einhaltung der sonstigen Bedingungen, welche bei der
Wärmebehandlung von Leichtmetallen und ihren Legierungen zu beachten sind, ohne
Schwierigkeit --die Luft auf einem solchen Zustand gehalten werden kann.
-
Bei der Ausführung der Erfindung wird das zu behandelnde Metall mit
gewöhnlicher
Luft von verringertem Feuchtigkeitsgehalt, z. B. in
einem Ofen o. dgl., umgeben. Es ist gewöhnlich nicht nötig, daß die Tür oder sonstige
Öffnung der Heizkammer luftdicht eingepaßt ist; ein guter mechanischer Verschluß
genügt gewöhnlich. Vorzugsweise wird aber die Anlage so luftdicht als praktisch
möglich ausgebildet. In den Fällen, in denen der Raum, in welchem das Metall erhitzt
wird, im wesentlichen luftdicht ist, braucht man nur nach dem Einbringen des Metalls
in den Raum die Feuchtigkeit aus der darin befindlichen Luft zu entfernen, worauf
gewöhnlich keine weitere Behandlung der Luft bis zu dem Zeitpunkt erforderlich ist,
wo die Tiir zum Herausnehmen des behandelten Metalls und zum Einbringen einer neuen
Beschickung geöffnet wird.
-
Das Trocknen der Luft in der Glühkammer kann leicht dadurch erfolgen,
daß man die Luft aus dem Ofen abzieht, aus ihr die gewünschte Feuchtigkeitsmenge
entfernt und sie dann wieder in den Ofen zurückführt, oder dadurch, daß man einen
Strom trockener Luft durch den Ofen leitet, wodurch mehr oder weniger Luft von größerem
Feuchtigkeitsgehalt herausgetrieben und der Feuchtigkeitsgehalt der Atmosphäre bis
zu dem gewünschten Punkte gesenkt wird. An Stelle der vorstehend beispielsweise
angegebenen Wege zur Schaffung einer trockenen Atmosphäre um das Metall herum kann
auch irgendein anderer Weg gewählt werden. In Fällen, wo luftdichte Behälter oder
Öfen nicht leicht verfügbar oder praktisch sind und wo Türen oder Öffnungen oft
geöffnet und geschlossen werden können, wird der Glühkammer vorzugsweise ein ununterbrochener
Strom getrockneter Luft zugeführt, die gegebenenfalls v orgewärrnt ist.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur
Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung schematisch dargestellt.
-
Abb. i ist ein Grundriß der Einrichtung. Abb. 2 ist ein Querschnitt
nach der Linie 2-2 der Abb. 3.
-
Abb. 3 ist ein Längsschnitt nach der Linie 3-3 der Abb. i.
-
Der Ofen 1o aus feuerfesten Ziegeln oder Blöcken hat eine entfernbare
Tür i i und weist im Innern elektrische Heizwiderstände 12 auf, deren Heizwirkung
beliebig regelbar ist. Die Ofenbeschickung wird z. B. durch I-Träger 13 gebildet.
-
Am hinteren Ende ist der Ofen mit einer Anlage zur Lieferung von trockener
Luft verbunden. Diese Anlage besteht aus zwei aufrechten Trommeln 14, die ein Trocknungsmittel,
wie Chlorcalcium, aktivierte Kohle, Silicagel oder vorzugsweise aktivierte Tonerde
enthalten und oben durch mit Ventilen versehene Leitungen 15, 16 mit dem Ofenanschlußrohr
17 und- unten durch Leitungen i8 mit Gebläsen i9 verbunden sind, die von
getrennt gesteuerten Motoren 2o angetrieben werden. Zwischen den Leitungen 18 und
den Trommeln 14 können Erhitzer oder Öfen 2i vorgesehen sein, um die aktivierte
Tonerde wieder feuchtigkeitsaufnahmefähig zu machen bzw. die Trocknungsmittel in
den Trommeln zu trocknen. Die Leitung 15 kann mit einem Luftvorwärmer 22 versehen
sein. Die Lufteinlässe 23 der Gebläse ig können mit Regelventilen versehen sein,
die durch den Druck im Ofen mittels auf Druck ansprechender Einrichtungen 24 gesteuert
oder betrieben werden, die mit den Ventilen durch Rohre 25 verbunden sind, so daß
ein im wesentlichen gleichbleibender Druck von jedem gewünschten Werte im Ofen aufrechterhalten
werden kann.
-
Die Beschickung wird in den Ofen durch die geöffnete Tür i i eingebracht.
Während die Tür noch offen ist, wird ein Strom von trockener Luft aus einer der
Trommeln 14 durch den Ofen gepreßt, so daß die während des Beschickens eingedrungene
feuchte Luft teilweise oder ganz verdrängt und dadurch der Feuchtigkeitsgehalt der
Ofenatmosphäre verringert wird. Während der Strom von trockener Luft noch fließt,
wird die Tür geschlossen, und man läßt den Druck im Ofen ansteigen. Dieser Druck
braucht nur wenig über dem Außenluftdruck zu liegen, da er nur gewährleisten soll,
daß bei etwaiger Undichtheit des Ofens nur Luft von innen nach außen durchsickern
kann, wodurch die Aufrechterhaltung der trockenen Atmosphäre in dem Ofeninnern gewährleistet
ist. Da das Durchsickern gewöhnlich in der Nähe der Tür am größten ist, werden die
Drucksteuereinrichtungeri 24, vorzugsweise nahe an dieser Stelle angeordnet.
-
Wenn sich das Trocknungsmittel in der jeweils in Betrieb befindlichen
Trommel mit Feuchtigkeit angereichert hat, wird die andere Trommel in Betrieb genommen,
während das Trocknungsmittel in der ersten Trommel wieder getrocknet bzw. wieder
feuchtigkeitsaufnahmefähig gemacht wird. Dies kann geschehen, indem man das Ventil26
über der Trommel öffnet und durch die Trommel eine ausreichende Luftmenge bläst,
die man durch den auf beliebige Weise beheizten Ofen 2i hindurchgeschickt hat, um
sie auf eine geeignete Temperatur zu erwärmen. Auf diese Weise kann immer eine Trommel
in Betrieb sein, während das Trocknungsmittel in der anderen Trommel behandelt wird,
um ihm seine Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit wiederzugeben.