DE670246C - Zementationsschmelzbad - Google Patents

Description

• Zementationsschmelzbad Die Erfindung bezieht sich auf Zementationsschmelzbäder für Eisen, Stahl u. dgl, welche nicht zementierende Salze, wie Alkalichloride, Alkalicarbonate, Erdalkalichloride u. dgl., und Zementationsmittel enthalten.
• Die bekannten Zementationsbäder enthalten als wirksame Zementationsmittel zumeist Cyanverbindungen, wie Alkalicyanide und Erdalkalicyanide, gegebenenfalls auch Cyanamide, wie Calciumcyanamid. Derartige Bäder besitzen den Nachteil, daß im Verlaufe der Zementation störende Zustandsänderungen, wie Ausfällungen, Schlammbildungen, Viscositätserhöhungen u. dgl., stattfinden, welche die gleichmäßige Durchführung des Zementationsprozesses erschweren und häufigeren Neuansatz der Bäder erforderlich machen.
• Gemäß vorliegender Erfindung werden Salzschmelzbäder verwendet, welche neben den üblichen nicht zementierenden Salzen, wie Alkalichloriden, Erdalkalichloriden u. dgl., als Zementationsmittel solche organischen Stickstoffverbindungen enthalten, in deren Molekül kein Metall vorhanden ist und welche sich bei Zementierungstemperaturen nur langsam zersetzen. Als derartige organische Verbindungen kommen z. B. polyrner isierte Blausäure, wie Melam, Melem und Mellon, ferner Oxamid, Hexamethylerntetramin, ferner Verbindungen, wie z. B. Arylamin, Alkylamin, Pyridin, Aminosäuren, amidierte organische Verbindungen, in Betracht. Bei Verwendung derartiger organischer Stickstoffverbindungen als Zementationsmittel kann man Härtetiefen erreichen, welche den mit bisher bekannten Zementierschmelzbädern erzielbaren gleichkommen oder sie sogar noch übertreffen. Außerdem bietet die Verwendung der beanspruchten Zementationsbäder aber noch den großen Vorteil, daß störende Zustandsänderungen in den Schmelzbädern nicht stattfinden. Ausscheidungen und Viscositätsänderungen finden nicht statt. Schmelzpunkt und Zementationswir .wngen bleiben konstant. Die Büder besitzen praktisch unbegrenzte Lebensdauier.
• Die organischen Stickstoffverbindungen können sowohl in fester wie in flüssiger Form zur Verwendung gebracht werden. Zweckmäßig verwendet man feste Erzeugnisse, z. B. in stückiger Form oder in Gestalt von Formkörpern, welche ein leicht regelbares Zusetzen gestatten.
• Der Gehalt der Bäder an organischen Stickstoffverbindungen ist abhängig von der Arbeitsweise, den erstrebten Wirkungen und selbstverständlich auch von der Natur der verwendeten Verbindungen. Der Zusatz an organischen Verbindungen kann z. B. etwa o, I bis 2,o °l% des Badgewichts betragen. Die Behandlungsdauer richtet sich nach dem Grad der gewünschten Zementierung. Dieselbe kann z. B. etwa I bis 2 Stunden betragen. In den üblichen Fällen genügen 2o bis 3o Minuten; in besonderen Fällen, z. B. zwecks Erzielung besonderer Härtetiefen, kann die Behandlungsdauer z. B. bis auf 5 bis 6 Stunden ausgedehnt werden. Die Zementierung kann bei Temperaturen zwischen etwa 7o0 und 95o°, vorzugsweise bei etwa 8oo bis goo° erfolgen.
• Bei Ansatz der Bäder tritt häufig zunächst starkes Schäumen auf. Es empfiehlt sich, so lange weitere Mengen an Stickstoffverbindungen zuzufügen, bis das Schäumen aufhört, alsdann das Bad abzuschäumen und es dann erst zum Zementieren zu verwenden.
• Man kann den Bädern außer den metallfreien organischen Stickstoffverbindungen noch andere zementierend wirkende bzw, einer Entkohlung entgegenwirkende Stoffe, wie z. B. Alkali- oder Erdalkalicyanide, fein verteilte Kohle, oder auch verschiedene derartige Stoffe in geringen Mengen zusetzen.
• Es empfiehlt sich, Zusätze, welche eine oxydierende Wirkung auszuüben vermögen, zu vermeiden, da hierdurch Zerstörungen der Gefäße und Werkstücke stattfinden können.
• Es ist bereits vorgeschlagen worden, Zementierungen von Gegenständen aus Eisen und Stahl derart vorzunehmen, daß die betreffenden Gegenstände in Rotglut der Einwirkung von Lösungen ameisensaurer Salze, z. L. von ameisensaurem Ammön, unterworfen werden. Dieser Vorschlag, welcher aus einer Zeit stammt, in welcher das Zementieren mit Hilfe schmelzflüssiger Salzbäder noch unbekannt war, hat der Fachwelt die vorliegende Erfindung nicht nahegelegt. Da nämlich bekannt war, daß ameisensaure Salze, wie ameisensaures Ammoniak, sich bereits bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen rasch zersetzen, war die Verwendung derartiger Salze als zementierender Bestandteil schmelzflüssiger Salzbäder, welche in Tetnperaturbereichen von z. B. 8oo bis goo° arbeiten, von vornherein ausgeschlossen. Das Zementieren in Salzschmelzbädern erfordert eine Dauerwirkung des zementierenden Mittels. Wenn sich dieses bereits bei Temperaturen, die erheblich unter den Zetnentierungstemperaturen liegen, schnell zersetzt, dann ist eine gleichmäßige Durchführung des Zementationsverfahrens mit derartigen Mitteln nicht denkbar. Beispiele I. In ein Salzbad, bestehend aus 33 Teilen geschmolzenen Natr iumchlorids und 67 Teilen geschmolzenen Calciumchlorids, würden zunächst 2 % polymerisierte Blausäure während der ersten halben Stunde zugesetzt und nach einer weiteren Stunde nochmals I °% bei einer Temperatur von etwa 85o° C. In dieses Bad würden Stücke aus einfachem Kohlenstoffstähl eingehängt und bei verschiedenen Temperaturen und über verschiedene Zeitlängen darin belassen. Zur Ermittlung der erhaltenen Zemnentationstiefe wurden nacheinander Schichten von o,I nm Stärke von den Stücken abgehobelt und die erhaltenen Späne auf Kohle- und Stickstoffgehalt untersucht. Auch die sichtbare Zementationstiefe wurde an gebrochenen Stücken ermittelt, schließlich wurde in einem Rockw ell-Härtemesser die Härte nach demn Abschrekken in Öl und Wasser geprüft.
• Hierbei wurden folgende Ergebnisse erlangt: A. Bei Behandlung eines S. A. E.-Io2o-Stahls in einem Bad der beschriebenen Art und bei durchschnittlichem Nachschub von o,5 °%° des Bädgewichtes an polymerisierter Blausäure ergaben sich bei Untersuchung von Spänen, wie oben beschrieben, nach Behandlung unter verschiedenen Temperaturen nachstehende Werte:

  Temperatur

  845 ° C goo ° C 93o ° C 950 ° C

  Schicht Nr. --

  Analysenfolge

  %C %N °%nC %nN %nC %'nN %nC %'nN

  I o,82 0,74 I,oo o,48 i,o6 o,4I I,I3 o,42

  2 o,67 o,38 o,8o I o,34 o,97 o,35 I,o7 o,35

  3 o,35 o,o8 o,57 O,22 0,7I o,26 o,83 o,27

  4 0,21 0,02 0,44 o,ii o,66 0,21 o,61 0,20

  5 0,27 0,08 0,43 0,12 0,53 0,13

  6 0,29 1 0,07 0,42 0,11

  0,22 ' 0,07 0,26 0,09

  0;22 0,05

  Die Prüfung der Härte beim einstündigen Einsetzen unterhalb 90o° C und Abschrecken in Ü1 ergab eine Oberflächenhärte von 59° Rockwell C, bei Abschrecken in Wasser 62° Rockwell C.
• B. Zur Feststellung des Einflusses der Behandlungsdauer wurden vier Stücke des vorstehend genannten Stahles bei 90o° C behandelt, und zwar i, 2, 3 und 6 Stunden lang. Bei Einführung der Stücke schwankte die Radtemperatur in der ersten halben Stunde zwischen 775 bis 89o° C. Im Verlauf der weiteren Betriebsdauer konnte die Temperatur praktisch auf 90o° C erhalten werden. Zur Aufrechterhaltung der Zementierung wurden an einzelnen Nachschüben von o,5%, des Radgewichts an gepulverter polymerisierter Blausäure in 6 Betriebsstunden etwa 2 bis 3°% des Radgewichtes verbraucht. Abhängig von der Betriebsdauer wurden folgende Ergebnisse erhalten:

  Behandlungslänge

  Schicht Nr. - i Std. I 2 Std. I 3 Std. I 6 Std.

  Analysenfolge

  °: -o C I °/" N °.'o C I 0/n N I 0'0 C N

  i

  1 0,94 0,50 1,20 0,46 1,64 0,45 2,00 0,36

  2 o,76 0,36 0,91 0,43 1,Z0 0,46 1,1Z 0,39

  3 0,58 ! o,16 0,83 0,36 0,93 0,40 1,07 j 0,37

  4 0,27 0=09 0,65 0,24 0,79 0,30 0,97 0,33

  5 0,22 0,03 0,57 0,14 0,69 1 0,24 0,89 0,30

  6 j 0,44 ! 0,10 0,52 O,14 0,8o i o,26

  7 0.32 004 043 0,o6 0,71 0,22

  8 o,22 0,03 0,31 0,04 o,64 0,17

  9 0,27 1 0,03 0,53 o,16

  ZO 0,22 i 0,45 0,09

  Z1 . 0,38 0.04

  i

  12 j 0,31 0,04

  13 0,25 0,02

  14 I ; 0,22 0,02

  l i I I

  C. Bolzen aus S. A. E. I I I2-Stahl wurden während verschiedener Zeitlängen bei 845'C und 90o° C eingetaucht und in Wasser abgeschreckt. Die Einsatztiefen wurden dadurch bestimmt, daß die Tiefe des weißen Einsatzes im Bruch bestimmt wurde. Die Gesamtmenge des während 6 Stunden Betriebszeit zugefügten Blausäurepolymerisats entsprach ungefähr 2% des Badgewichtes.

  Einsatztiefen

  Behandlungslänge

  Temperatur

  ¼ Std. ½ Std. i Std. I 2 Std. 3 Std.

  i

  845° C - 0,z75 mm 0,275 mm 0,375 mm 0,475 mm

  900° C 0,Z25 mm 0,225 mm 0,375 mm o,575 mm -

  2. Zwei Zementationsbäder aus geschmolzenem Strontiumchlorid und Kochsalz in verschiedenen Verhältnissen wurden durch den Zusatz von gepulverter, polymerisierter Blaus *itire aktiviert wie in Beispiel i. Eisenstücke und Scheiben aus S. A. E.-io2o-Stahl wurden in diesen Bädern bei 90o° behandelt und die Einsatztiefen durch Analvsen von o,i25-inm Schichten bestimmt wieg in Beispiel i. Reihe A. Badzusammensetzung: Strontiumchlorid 70 % Natriuinchlorid 30 Badtemperatur goo°.

  Behandlungszeit

  Schicht i Std. I q. Std. 6 Std. -

  Nr' Anale sen

  % C % N %0 C % , R N % C %, N

  I o,82 o,65 1,67, 0,42 1,88 0,36

  2 o,89 0,47 1,0- -1 0,44 i,o6 0,41

  3 o,63 o,26 o,95 0,40 0.99 0,37

  4 0,50 0,15 0,84 0,42 0,95 0,34

  5 0,30 o,o6 o,79 e 0,32 0,84.1 0,30

  0,23 - 0,58 0,24 0,T4.' 0,24

  7 0,48 0.15 o,63 0,24

  8 0,36', o;ii o,54; 0,I9

  9 0,29 i 0,08 0,46i 0,14

  io 0,25 i o,36 ; o,xi

  II 0,22,i 0,271 0,0g

  I2 0,23

  Reihe B. Badzusammensetzung: Strontiuinchlorid 58 0%, Natriümchlorid 42% Zeit der Behandlung: I Stunde bei goo°.

  Analysen

  Schicht Nr.

  %o C ol0 N

  l o.9i 0,15

  2 o,89 0,13

  3 0,71 0,12

  4 0,53 0,07

  5 o,29 0,05

  0,22 0,04

  Härtebestimmung von Scheiben nach Abschrecken in Wasser 61 bis 6a0 Rockwell C.
• 3. In einem Schmelzbad aus: 77% Bariumchlorid, 13 % Calciumchlorid und io % Natriunichlorid, welches bei 9oo° C mit gepulverter, polymerisierter Blausäure aktiviert wurde, wie vorstehend beschrieben, wurden Proben von S.A.E.-Io2o-Stahl I Stunde bei goo° C - behandelt. Die Untersuchung nacheinander abgehobelter Späne ergab:

  Analysen (o,i mm Schicht)

  Schicht Nr. -

  %OC %N

  I o,9o 0,13

  2 0,88 0,i0

  3 0,72 o,o8

  4 045 ö;o6

  5 0,32 I 0,04

  Härte nach Abschrecken in Wasser: 6o,5° Rockwell C.
• 4 . In einem Bad aus 67 % Calciumchlorid und 33 % Natriumchlorid, dem etwa 3 0/0 des Badgewichtes an Melam hei Beginn zugesetzt und nach 3 Betriebsstunden in einzelnen Nachschüben zusammen ungefähr 3 % des Badgewichtes zugeführt wurden, wurden Stücke aus S. A. E.-I020- Stahl I Stunde bei goo° C behandelt. Die Untersuchung abgehobelter Späne, wie einleitend beschrieben, ergab

  Analysen
  Schicht Nr. -
  % C % N
  I_ . 0,59 0,58
  2 053 0,38
  3 0,41 0,18
  4 0,29 0;07
  5 0,23 i 0,05
  6 0,21 0,04
  7 0,03

  Die Untersuchung von Proben, die einem Bade aus 6o % Strontiumchlorid und 40 % Natriümchlorid von im übrigen unter gleichen Bedingungen wie vorstehend behandeltem Gut entnommen wurden, ergab

  Analysen

  Schicht Nr.

  % C % N

  I 0,79 0,26

  2 0,76 0,21

  3 o,63 0.12

  4 0,38 o,ö8

  5 0,25 o,o6

  6 0,21 0,04

  Ähnliche Ergebnisse wurden z. B. bei Aktivierung des Bades finit Oxamid erhalten.
• Bei Verwendung des Zementationsbades nach der Erfindung erhält man gleichmäßige Wirkungen auch bei längerer Betriebsdauer. Die Zeinentationsergebnisse liegen in der Mehrzahl der Fälle über den mit bisher bekannten Bädern erreichbaren Werten.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Zementationsschmelzbad für Eisen, Stahl u. dgl., bestehend aus nicht 7einentierend wirkenden Salzen, wie Alkali, und Erdalkalichloriden, und aus solchen zementierend wirkenden organischen Stickstoffverbindungen, in denen kein Metall vorkommt und die sich bei den Zementierungstemperaturen nur langsam zersetzen, wie z. B. polymerisierte Blausäure.
2. 2. Schmelzbad nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß es als zementierende organische Stickstoffverbindungen Polymerisationsprodukte der Blausäure, wie Melam, Melem und Mellon, enthält.
3. 3. Schmelzbad nach Anspruch i und z, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an zementierend wirkenden organischen Stickstoffverbindungen etwa o,ibiso,2°/o des Badgewichtes beträgt.
4. 4. Schmelzbad nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es frei ist von Sauerstoff abgebenden Stoffen.
5. 5. Schmelzbad nach Anspruch i bis 4., dadurch gekennzeichnet, daß es noch andere übliche zementierend wirkende Stoffe enthält.