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Verfahren zur Erzeugung von gefärbtem und gehärtetem Bandstahl, insbesondere
zur Herstellung von Rasierklingen Die Erfindung'-bezieht sich auf die Erzeugung
von gefärbtem und gehärtetem Bandstahl, insbesondere für die Herstellung von Rasierklingen,
durch Erhitzung des Stahlbandes in einem oxydierenden Gasgemisch unter Zusatz eines
reduzierenden Bestandteiles. Ein bekanntes Verfahren, das die Erzeugung einer gegen
Rosten schützenden Oxydschicht auf Guß-, Schmiedeeisen oder Stahl bezweckt, verwendet
als oxydierendes Mittel Kohlensäure und als reduzierendes Mittel Kohlenoxyd in der
Weise, daß die zu oxydierenden Gegenstände in einer Retorte oder einer ähnlichen
Vorrichtung, in welcher die Oxyd bildende Kohlensäure umströmt, , durch äußere Befeuerung
des Behälters erhitzt werden. Die Erhitzung kann auch ausschließlich oder zum Teil
dadurch bewirkt werden, daß Kohlenoxyd unmittelbar in den Behälter eingeführt und
hier unter regelbarer Zuführung von Luft verbrannt wird oder daß die Gegenstände
einem Strom stark erhitzter Kohlensäure ausgesetzt werden, welcher gleichzeitig
Kohlensäure von gewöhnlicher Temperatur beigemengt werden kann. Das nötige Köhlenoxyd,
durch dessen Verbrennung die Kohlensäure gewonnen werden soll, kann aus dem zur
Befeuerung des Behälters dienenden Brennstoff erzeugt, mittels geeigneter Röhren
über und zwischen die in dem Behälter befndlichen Gegenstände geleitet und hier
bei genügender Luftzuführung zu Kohlensäure verbrannt werden. Das bekannte Verfahren
kann auch in-der Weise ausgeführt werden, daß vor der Einwirkung der Kohlensäure
oder des zur Bildung derselben dienenden Kohlenoxyds das Kohlenoxyd mit einer größeren
Menge Luft, als zu seiner Umwandlung in Kohlensäure nötig ist, in die Oxydationsvorrichtung
geleitet und hierdurch zunächst eine Schicht von Sesquioxyd erzeugt wird, worauf
eine hinreichende Menge Kohlenoxyd ohne Beimischung von freiem Sauerstoff oder Luft
eingeführt wird, um das Sesquioxyd zu dem durch das bekannte Verfahren bezweckten
schwarzen magnetischen Oxyd zu reduzieren. Die Dauer dieses Verfahrens nimmt etwa
1j2 Stunde in Anspruch, und die Erhitzung erfolgt auf eine Temperatur, welche zwischen
der dunklen und der hellen Rotglühhitze liegt.
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Demgegenüber bezweckt die Erfindung ein Verfahren, durch welches gleichzeitig
mit dem Härten eines insbesondere zur Rasierklingenherstellung dienenden Stahlbandes
oder Stahlstreifens auf diesem ein sehr dünner blauer Film erzeugt wird, der an
sich nicht rostschützend ist, um gleichzeitig mit dem Härtevorgang beispielsweise
blau gefärbte Messerwaren, insbesondere blaue Rasierklingen, zu erzeugen.
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Bisher ist eine Blaufärbung des Stahles in der Weise bewirkt worden,
daß er nach erfolgter
Härtung bis zu derjenigen Temperatur angelassen
und getempert wurde, bei welcher er blau anläuft. Ein solches Anlassen ergibt jedoch
einen viel zu weichen Stahl.,; um eine brauchbare Schneide zu liefern. W(e eher
Stahl ist auch dadurch blau gefärbt wor# den, daß er bis zu einer bestimmten Tem-@
peratur erhitzt wird, die erheblich unter der Härtetemperatur liegt. Endlich ist
auch vorgeschlagen worden, die fertigen Rasierklingen mit einer blauen Lackschicht
zu überziehen.
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Demgegenüber besteht das Neue der Erfindung darin, daß das zu härtende
Stahlband vor dem Abschrecken und Anlassen auf die Gebrauchshärte, auf die Härtetemperatur,
also auf etwa über 76o ° C, in einem durch Wasserdampf oxydierenden Gasgemisch erhitzt
wird, welches ein durch Wasserstoff reduzierendes Gas in einem Verhältnis enthält,
daß es auf dem Stahlband einen blauen Überzug von Eisenoxydul erzeugt. Nach der
chemischen Untersuchung besteht die hierdurch beim Härten auf der Oberfläche des
Stahlbandes erzeugte Blaufärbung aus einem submikroskopischen gleichmäßigen Eisenoxy:dulfilm,
der nur etwa sechs Lichtwellenlängen dick ist.
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Der durch den Wasserdampf bewirkte Oxydationsvorgang ist folgender:
3Fe+4H20=Feg04+8H. Dieses Eisenoxyduloxyd wird sofort durch den Wasserstoff wie
folgt reduziert: Fei 04 H= = 3 Fe O -!- H2 O.
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Das Fe0 bildet den sehr dünnen blauen Film.
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Das vorliegende Verfahren ergibt den wesentlichen Vorteil, daß gleichzeitig
mit der Härtung ein Überzug von schöner dunkler Farbe (also auf eine einfache Weise,
ohne Verzögerung des Härtevorganges unter gleichzeitiger Ausnutzung der Härtehitze
für die Blaufärbung) erzeugt werden kann, und zwar ohne Beeinträchtigung der Härte.
Das aus dem Härteofen kommende und in diesem mit dem blauen Film überzogene Stahlband
kann sofort dem üblichen Abschreckungsprozeß und dem nachfolgenden Anlassen auf
Gebrauchshärte unterworfen werden, ohne daß hierdurch die blaue Färbung beeinträchtigt
wird.
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Das neue Verfahren ergibt auch den Vorteil, daß für das Gasgemisch
das gewöhnliche, überall vorhandene Leuchtgas,. welches etwa 5o % Wasserstoff enthält,
und Luft verwendet werden kann, indem die Verbrennung des Gasgemisches so geleitet
wird, daß sie unter Luftmangel vor sich geht. Das richtige Verhältnis ist nach dem
Vorstehenden ohne weiteres empirisch für das jeweils zurVerfügung stehende. Leuchtgas
festzustellen. Bei Verwendung von Leuchtgas folgender Zusammensetzung
| Kohlendioxyd . . . . . . 1,6 0/0 |
| Leuchtbestandteile .... J,9 0/0 |
| Sauerstoff . . . . . . . . . 0,7% |
| Kohlenmonoxyd ...... -1,911, |
| Methan . . . . . . . . . . 29,30 ,`0 |
| Wasserstoff . . . . . . . . . . 51,5 0fo |
| Stickstoff . . . . . . . . . . . . g', 0/0 |
besteht das Gasgemisch aus 24. bis 30 0/0 Leuchtgas und 76 bis 70 % Luft. Hierbei
ist das. Verhältnis von Wasserstoff (H.,) zu Wasserdampf (H20) I,o : o,6. Obwohl
dieses Verhältnis von Wasserstoff und Wasserdampf für eine vorteilhafte Durchführung
des Verfahrens vorherrschend ist, so wird dieses Verhältnis naturgemäß durch das
Verhältnis von Kohlendioxyd zu Kohlenmonoxyd beeinflußt, welches sich mit einer
Änderung im Brennstoff ebenfalls ändert.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil des vorliegenden Verfahrens besteht
darin, daß die Blaufärbung des Stahlbandes sehr schnell eintritt, während die Schwarzfärbung
nach dem eingangs erwähnten Verfahren etwa 1/2 Stunde in Anspruch nimmt. Im Gegensatz
zu dem letzteren ist daher auch das erfindungsgemäße Verfahren im besonderen Maße
zur Blaufärbung in einem schnellen fortlaufenden Härteverfahren geeignet, wie es
insbesondere für die Härtung der Stahlstreifen für die fortlaufende Herstellung
von Rasierklingen vom Band erforderlich ist, wobei das Stahlband mit einer Geschwindigkeit
von etwa 6 m j e Minute durch den Härteofen hindurchläuft. Hierbei kann gemäß der
Erfindung das Gasgemisch im Härteofen in Gestalt eines Stromes in der Vorschubrichtung
des Stahlbandes an diesem entlang geführt werden und erzeugt dabei in dem fortlaufenden
Arbeitsgang trotz der erwähnten Vorschubgeschwindigkeit des Stahlbandes eine starke
Blaufärbung desselben ohne Beeinträchtigung des Härtevorganges.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß zweckmäßig der
Gasstrom nach erfolgtem Entlangführen von dein Stahlband abgelenkt wird und erst
in einer Entfernung von dem Band verbrennt und daß das Abschrecken des Bandes an
einer hinter der Ablenkungsstelle liegenden Stelle erfolgt. Dadurch, daß die Verbrennung
des Gasgemisches außer Berührung in einer gewissen Entfernung von dem Stahlband
stattfindet, wird eine schädliche, den Glanz und das Aussehen des blauen Films gegebenenfalls
beeinträchtigende Einwirkung der Verbrennungsflamme auf das Stahlband vermieden.
Eine
zur Ausführung und näheren Erläuterung des Verfahrens geeignete Vorrichtung ist
auf der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
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Abb. z zeigt schaubildlich die Muffel des Härteofens.
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Abb. 2 ist ein Ouerschnitt durch die Ofenkammer, und Abb. 3 ist ein
Längsschnitt durch die Ofenkammer, der auch beispielsweise die Anordnung der Abschreckungs-
und Anlaßvorrichtungen zum Ofen zeigt.
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Es sei jedoch vorausgeschickt, daß das Verfahren gemäß der Erfindung
bei seiner praktischen Ausführung weder an diese noch an eine sonstige besondere
Ausführungsform der Vorrichtung gebunden ist.
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Die Wände 1o des länglichen Härteofens bestehen aus feuerfestem Baustoff,
und in der Deckenwand sind in der Nähe des Austrittsendes Löcher 12 vorgesehen.
An Stellen längs den Seiten des Ofens sind Gasbrenner 14 angeordnet, durch die die
Ofenkammer auf die gewünschte Temperatur erhitzt wird. Zweckmäßig sind die Brenner
so angeordnet, daß der Stahlstreifen bei seinem Durchgang nacheinander heißere Zonen
antrifft. Die Ofenkammer ist amEintrittsende durch einePlatte 16 und am Austrittsende
durch eine Platte 17 geschlossen.
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Innerhalb der Ofenkammer ist eine Hilfskammer 18 vorgesehen. Diese
wird an jedem Ende durch die Platten 16 und 17 der Ofenkammer geschlossen und ist
in ihrer Deckenwandung mit einer Öffnung versehen. Zwischen den Seitenwänden und
der oberen Wand der Hilfskammer 18 einerseits und den Wandungen der Ofenkammer andererseits
befindet sich ein freier Raum, und die Hilfskammer 18 wird durch die Gasflammen
der Brenner 14 erhitzt, wodurch das Innere der Hilfskammer auf eine hohe, ohne plötzliche
Änderungen ausgestrahlte Temperatur gehalten wird. Innerhalb der Hilfskammer 18
ist eine längliche Muffel 2-o angeordnet, die an den Stirnseiten gleichfalls durch
die Platten 16 und 17 geschlossen wird und in der Nähe des Austrittsendes des Ofens
einen nach oben gerichteten Auslaßstutzen 22 besitzt, der durch die obenerwähnte
Öffnung in der Decke der Hilfskammer 18 hindurchgeht. Die Muffel 20 besteht aus
einer hitzebeständigen Legierung, beispielsweise aus Nickelchrom. Sie ist verhältnismäßig
niedrig und flach mit gebogenen Seitenwänden und dient zur Aufnahme eines oder mehrerer
Stahlstreifen, die waagerecht hindurchgehen. Innerhalb der Muffel 2o sind die Stirnplatten
16 und 17 mit Ein- und Auslaßschlitzen für den Durchgang der gleichzeitig
zu härtenden und zu färbenden Stahlstreifen versehen. Im vorliegenden Fall werden
zwei Stahlstreifen 30 parallel und nebeneinander durch die Muffel 2o hindurchgeführt.
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Am Eintrittsende der Muffel 2o ist eineZuleitung 28 vorgesehen, und
in diese Zuleitung mündet ein Zuleitungsrohr 24. für Luft und ein Zuleitungsrohr
26 für Leuchtgas, die beide durch Hähne unabhängig voneinander im Durchgangsquerschnitt
geregelt werden können. Das derart gebildete Gasgemisch wird durch die Leitung 28
in die Muffel 2o eingeführt, und seine Zusammensetzung kann mittels der in den Leitungen
24 und 26 angebrachten Hähne geregelt werden, um durch eine derartige Regelung des
Gemisches die gewünschte Tönung der Bläuung zu erhalten, also entweder eine hellere
oder dunklere Tönung. Das der Muffel 2o zugeführte Gasgemisch umgibt die Stahlstreifen
30 und strömt an diesen entlang bis zu dem nahe dein Austrittsende der Muffel
befindlichen und nach oben gerichteten Auslaßstutzen 22. An dieser Stelle wird der
Gasstrom nach oben von dem Stahlstreifen abgelenkt und tritt über die Deckenwand
der Hilfskammer 18 aus. Die Muffel 20 wird auf einer oberhalb des unteren kritischen
Punktes des zu härtenden Stahles liegenden Temperatur gehalten, z. B. auf etwa über
76o °, und demzufolge wird das in der Muffel befindliche Gasgemisch auf eine beträchtlich
über seinen Entzündungspunkt liegende Temperatur erhitzt. Eine Verbrennung des Gemisches
im wesentlichen Maße innerhalb der Muffel2o wird jedoch verhindert, und zwar teils
wegen der Geschwindigkeit des Gasstromes und teils wegen des beschränkten Muffelraumes
und des Austrittsstutzens 22 der Muffel. Nachdem das Gemisch den Austrittsstutzen
22 verlassen hat, kann es sich frei entzünden und entweder innerhalb der Ofenkammer
verbrennen oder erst nachdem es durch die Öffnungen 12 der Ofenkammerdecke ausgetreten
ist. In jedem Falle findet die vollständige Verbrennung des Gases an einer Stelle
statt, die entfernt von dem Stahlstreifen liegt, so daß der letztere außer Berührung
mit der Verbrennungsflamme gehalten wird.
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Die Wirkung der Erhitzung des Stahles auf Härtetemperatur und der
gleichzeitigen Einwirkung des entsprechend geregelten Gasgemisches besteht in der
eingangs beschriebenen Weise darin, auf der Oberfläche des Stahles einen glatten
gleichmäßigen Film aus blauem Eisenoxydul zu erzeugen. Nachdem die auf Härtetemperatur
erhitzten und blau gefärbten Streifen 3o aus der Muffel 2o durch die Platte 17 herausgetreten
sind, werden sie sofort zwischen gekühlte Platten 32 geführt, wodurch die erhitzten
Streifen durch Abschrecken gehärtet werden, wobei der ihnen vorher erteilte blaue
Überzug erhalten bleibt.
Nach dem Verlassen der Abschreckplatten
32 werden die gehärteten und blau gefärbten Streifen sogleich zwischen erhitzten
Platten 34 hindurchgeführt, durch welche die gehärteten Streifen auf die Gebrauchshärte
angelassen werden, und auch bei diesem Vorgang wird die den Streifen erteilte Blaufärbung
nicht beeinträchtigt.