DE686780C

DE686780C - Manufacture of objects with good sliding properties

Info

Publication number: DE686780C
Application number: DE1933B0163059
Authority: DE
Original assignee: FREDERICK REGAR BONTE
Current assignee: FREDERICK REGAR BONTE
Priority date: 1933-06-28
Filing date: 1933-11-09
Publication date: 1940-01-16

Description

Herstellung von Gegenständen mit guten Gleiteigenschaften Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Gegenständen mit guten Gleiteigenschaften nach dem Patent 685 6o9. Nach dem Hauptpatent kennzeichnet sich die Herstellung von Gegenständen mit guten Gleiteigenschaften durch graphitisierendes Glühen durch drei Maßnahmen, nämlich: a) Verwendung einer Eisenlegierung mit 45 bis 2,o °,/o Kohlenstoff und o,9 bis o,6°/, Silicium, bei der der Kohlenstoffgehalt nahezu vollständig in gebundener Form vorliegt, b) Herstellung der Ausgängsform für die Fertigbearbeitung der Gegenstände durch Warmwalzen oder Warmschmieden der Eisenlegierung mit der Maßgabe, daß der Kohlenstoff während des Warmwalzens oder des Warmschmiedens nicht als Graphit oder Temperkohle ausfällt, c) Überführung -des gebundenen Kohlenstoffs durch Glühen oberhalb des kritischen Punktes in Graphit.Manufacture of articles with good sliding properties The invention refers to the manufacture of objects with good sliding properties the 685,6o9 patent. According to the main patent, the manufacture of objects is characterized with good sliding properties through graphitizing annealing through three measures, namely: a) Use of an iron alloy with 45 to 2, o °, / o carbon and 0.9 to 0.6% silicon, in which the carbon content is almost completely in bonded Form is available, b) Production of the initial form for the finishing of the objects by hot rolling or hot forging the iron alloy with the proviso that the Not as graphite or carbon during hot rolling or hot forging Tempering coal precipitates, c) transfer of the bound carbon by annealing above the critical point in graphite.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Verbesserung dieses Verfahrens. Sie besteht darin, daß nach der graphitisierenden Wärmebehandlung der Gegenstand noch einer weiteren Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 76o° C und 982° C unterworfen und sodann abgeschreckt wird. Diese weitere Wärmebehandlung hat eine Änderung des graphitischen Kohlenstoffgehaltes in der Weise zur Folge, daß .der graphitische Kohlenstoff in Lösung geht. Diese Gefügeänderung der Eisenlegierung kann durch Änderung der Dauer und der Temperatur der Wärmebehandlung und durch den Abschreckungsvorgang geregelt werden. Die Gegenstände können auch- aus Eisenlegierungen hergestellt werden, welche neben der notwendigen Menge an Kohlenstoff noch irgendein oder mehrere Kohlenstoffausfällmittel, z. B. Silicium, Aluminium und Nickel, enthalten. Es kann auch Molybdän als Graphitisierungs- oder Kohlenstoffausfällmittel verwendet werden. Es hat besondere Vorteile, Molybdän in Verbindung mit Nickel oder Silicium zu verwenden, da es auf diese Weise möglich ist, die Graphitisierungskraft zu vergrößern und gleichzeitig die Graphitisierungstemperatur verhältnismäßig niedrig zu halten. Der Kohlenstoffgehalt der Eisenlegierung beträgt 1,5 bis 2 oder 2,5°r. Die Menge des Graphitisierungsmittels hängt von der Graphitisierungswirkung des betreffenden Elementes ab.The present invention now relates to an improvement in this method. It consists in the fact that after the graphitizing heat treatment the object yet another heat treatment at temperatures between 76o ° C and 982 ° C is subjected and then quenched. This further heat treatment has one Change in the graphitic carbon content in such a way that .der graphitic carbon goes into solution. This structural change in the iron alloy can be changed by changing the duration and temperature of the heat treatment and by the Deterrent process can be regulated. The objects can also be made of iron alloys be produced, which in addition to the necessary amount of carbon still any or more carbon precipitants, e.g. B. silicon, aluminum and nickel contain. Molybdenum can also be used as a graphitizing or carbon precipitating agent will. Molybdenum in combination with nickel or silicon has particular advantages should be used because in this way it is possible to increase the graphitizing force and at the same time keeping the graphitization temperature relatively low. The carbon content of the iron alloy is 1.5 to 2 or 2.5 ° r. the The amount of graphitizing agent depends on the graphitizing effect of the product in question Element.

Bei einfachen Eisenlegierungen zeigt sich bei einem hohen Siliciumgehalt die Neigung zu einer ausgesprochenen Graphitbildung. Wenn-jedoch aus irgendeinem Grunde in der Eisenlegierung ein Siliciumgehalt in einer derartigen Menge vorhanden sein muß, daß in dem Gußblock bereits von vornherein Graphit gebildet wird, dann kann die schädliche Wirkung des Siliciurnüberschusses durch die Verwendung eines der Graphitbildung entgegenwirkenden Legierungsmittels ausgeglichen werden. So kann beispielsweise der Mangan-Behalt des Stahles über das übliche Maß hinaus erhöht werden, um dadurch die graphitbildende Wirkung des Siliciums auszugleichen. ' Um die Ausbildung des Kohlenstoffs in gebundener Form zu erleichtern, können die Rohblöcke einer Temperatur von nicht weniger als ungefähr 98a° C ausgesetzt werden: bei der darauffolgenden Erhitzung. der Rohblöcke zwecks Auswalzens oder Schmiedens soll die Temperatur nicht über ungefähr zoSo° C steigen. Das Durchweichen der Rohblöcke und das darauffolgende Erhitzen für die @Varmv erformung haben keine Graphitisierung des Kohlenstoffes zur Folge, da dies nur beim Abkühlen und Wiedererhitzen eintreten kann; jedoch tragen die beiden Maßnahmen dazu bei, daß ein in bester Weise auswalzbarer Block: gebildet wird, in dein sich der Kohlenstoff größtenteils in der gebundenen Form befindet. Der Block wird dann warm verformt, wobei durch Walzen oder Schmieden die Erzeugnisse in der gewünschten Form, z. B. Platten, Bleche, Rohre, Stangen usw., hergestellt werden. Danach werden die Erzeugnisse bei einer Temperatur geglüht, die oberhalb des kritischen Punktes liegt; um die Ausscheidung des- Kohlenstoffs als Graphit zu erzielen. Bei den einfachen Eisenlegierungen mit 1,5 bis 2/, Kohlenstoff und o,9 bis o,6°;a Silicium liegt diese Temperatur beispielsweise bei 76o° C oder -höher.In the case of simple iron alloys, it is shown with a high silicon content the tendency towards pronounced graphite formation. If-but for anything Basically, there is a silicon content in the iron alloy in such an amount must be that graphite is already formed from the outset in the cast block, then can reduce the harmful effects of excess silicon through the use of a the alloying agent counteracting the formation of graphite can be compensated. So can For example, the manganese content of the steel is increased beyond the usual level in order to compensate for the graphite-forming effect of silicon. ' Around The ingots can facilitate the formation of carbon in bound form exposed to a temperature not less than about 98a ° C: at the subsequent heating. the ingots for the purpose of rolling or forging the temperature does not rise above about zoSo ° C. Soaking the raw blocks and the subsequent heating for @varm deformation have no graphitization of carbon, as this only occurs when cooling and reheating can; However, the two measures contribute to the fact that one can be rolled out in the best possible way Block: is formed in which most of the carbon is bound Shape is located. The block is then hot worked, being done by rolling or forging the products in the desired form, e.g. B. Plates, sheets, tubes, rods, etc., getting produced. The products are then annealed at a temperature which is above the critical point; about the excretion of carbon than graphite. With the simple iron alloys with 1.5 to 2 /, carbon and 0.9 to 0.6 °; a silicon, this temperature is, for example, 76o ° C or -higher.

Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der fertigbearbeiteten Gegenstände werden diese auf Temperaturen von 76d his 982° C erhitzt und sodann durch Abschrekkung gehärtet.To improve the mechanical properties of the finished Objects are heated to temperatures from 76d to 982 ° C and then hardened by quenching.

So wurden z. B. Ventilstößel aus warm gewalzten, etwa 39 mm starken Stäben einer Eisenlegierung mit z,61 °joKohlenstoff, 1,o6°jo Silicium, 0,4°/o Mangan, o,o15°jo Phosphor und o,o14°/o Schwefel Hergestellt. Nach der Graphitisierung enthielten die Stößel 0,76°,/p graphitischen Kohlenstoff. Die Spitzen der Stößel wurden dann finit einer Sauerstoffazetylenflamine an der Oberfläche erhitzt, um die Oberflächenschicht schnell auf Temperatur zu bringen. Unmittelbar danach wurden sie im Wasser abgeschreckt. Auf diese Weise wurde eine örtlich begrenzte Oberflächenhärtung erreicht. Die auf annähernd 8i6° C erhitzten und darauf abgeschreckten Spitzen waren feilenhart und zeigten eine kockwell-C-Härte von 62 bis 6q.. Eine mikrographische Untersuchung zeigte ein inartensitisches Gefüge der Trag- oder Arbeitsfläche mit einer erheblichen Menge von freiem Graphit. Behandlungen hei höheren Temperaturen ergaben etwas geringere Härtewerte, obgleich selbst bei einer Wärrhebehandlung von 982° C die Spitze mindestens ebenso hart war wie die von üblichen Bußeisernen Stößeln, die eine Rockwell-C-Härte von .43 besaßen.So were z. B. Valve tappets made of hot-rolled, about 39 mm thick Iron alloy rods with z.61 ° carbon, 1.06 ° jo silicon, 0.4% manganese, Manufactured o, o15 ° jo phosphorus and o, o14 ° / o sulfur. Contained after graphitization the ram 0.76 °, / p graphitic carbon. The tips of the pestles were then finite an oxygenacetylenflamine heated on the surface to the surface layer to bring up to temperature quickly. Immediately afterwards, they were quenched in the water. In this way, localized surface hardening was achieved. The on Tips heated to approximately 80 ° C and then quenched were file-hard and showed a Kockwell-C hardness of 62 to 6q .. A micrographic examination showed an inartensitic structure of the support or work surface with a considerable Amount of free graphite. Treatments at higher temperatures gave somewhat lower results Hardness values, although even with a heat treatment of 982 ° C the peak is at least was as hard as that of standard pen-iron tappets, which were Rockwell C hardness owned by .43.

Durch die erfindungsgemäße Behandlung wird nicht nur eine große Härte mit den daraus sich ergebenden gewünschten Eigenschaften erreicht, sondern es tritt auch die wünschenswerte Schmiereigenschaft des Graphits in Erscheinung. Bei einer örtlichen Oberflächenhärtung erhält das Erzeugnis ferner die für einen besonderen Zweck notwendigen mechanischen Eigenschaften. Wird dagegen die Härtung des ganzen Erzeugnisses gewünscht, so kann dies natürlich ebenfalls geschehen; hierbei kann die Härtewirkung durch die Höhe der Temperatur der Wärmebehandlung und die Art der Abschreckung geregelt werden.The treatment according to the invention not only results in great hardness achieved with the resulting desired properties, but it occurs the desirable lubricating property of graphite also becomes apparent. At a Local surface hardening also gives the product that for a special one Purpose necessary mechanical properties. On the other hand, there will be the hardening of the whole Desired product, this can of course also be done; here can the hardening effect by the level of temperature of the heat treatment and the type of Deterrence will be regulated.

Im Sinne der Erfindung können außer Silicium auch andere Graphitisierungsmittel entweder allein oder in Verbindung mit Silicium verwendet werden. Einige von ihnen zeigen besonders gute--Ergebnisse. So hat sich erwiesen, daß Molybdän ein besonders kräftiges und vorteilhaftes Graphitisierungsmittel ist. Dies steht im Gegensatz zu dem, was erwartet werden konnte, weil Molybdän als karbidbildendes Element gilt und eine Karbidbildung die Graphitisierung ausschließt. Molybdän hat aber eine ungeheure graphitisierende Kraft, wobei die Graphitisierungstemperatur unter derjenigen liegt, welche zur Erzielung des gleichen Ergebnisses mit Silicium allein nötig ist. Molybdän macht eine Graphitisierung nahezu des ganzen Kohlenstoffgehaltes möglich, d. 1i. der Anteil -.des Kohlenstoffs in gebundener Form wird bis auf den Wert Null gebracht. Das trifft insbesondere bei Legierungen zu, die Silicium innerhalb .des bereits angegebenen Bereiches und ungefähr 0,2 bi. 0,5°1Q Molybdän enthalten.For the purposes of the invention, in addition to silicon, other graphitizing agents can also be used either alone or in conjunction with silicon. Some of them show particularly good - results. It has been shown that molybdenum is a particularly powerful and advantageous graphitizing agent. This is in contrast to what could be expected because molybdenum is considered a carbide-forming element and carbide formation precludes graphitization. However, molybdenum has a tremendous graphitizing power, the graphitization temperature being below that which is necessary to achieve the same result with silicon alone. Molybdenum makes it possible to graphitize almost all of the carbon content; 1i. the proportion of carbon in bound form is brought down to zero. This is particularly true for alloys containing silicon within the range already indicated and approximately 0.2 bi. Contains 0.5 ° 1Q molybdenum.

Nickel beschleunigt ebenfalls die Graphitbildung. Er wirkt besonders als Graphitverfeinerer, wobei der Graphit in Form von kleinen Teilchen an Stelle von länglichen Formen ausgeschieden wird. Eine langgestreckte Grapliitausl)iI(Iung tritt bei Verwendung von Silicium allein ein. Nickel dagegen ist in Verbindung mit Molybdän ein besonders wünschenswertes Legierungselein.ent, weil es auf den Graphit eine knotenbildende Wirkung ausübt und die Festigkeit der Eisenlegierungen erhöht. Es kann in beliebigen Mengen verwendet werden, obgleich ein Gehalt von 0,75 bis 2% für viele Zwecke ausreicht. Eisenlegierungen zeit Nickel- und Molybdänzusätzen besitzen eine verhältnismäßig niedrige Graphitisierungstemperatur. Diese Legierungen lassen sich sehr leicht walzen und bilden beim Walzen nahezu keinen Graphit. Bei entsprechender Wärmebehandlung jedoch scheidet sich der Kohlenstoff in ihnen fast vollständig als Graphit aus.Nickel also accelerates graphite formation. It works particularly as a graphite refiner, where the graphite is precipitated in the form of small particles instead of elongated shapes. An elongated graphite formation occurs when silicon is used alone. Nickel, on the other hand, is a particularly desirable alloy element in combination with molybdenum, because it has a knot-forming effect on the graphite and increases the strength of the iron alloys. It can be used in any quantity can be used, although a content of 0.75 to 2% is sufficient for many purposes. Iron alloys and the addition of nickel and molybdenum have a relatively low graphitization temperature. These alloys can be rolled very easily and form almost no graphite during rolling. However, with appropriate heat treatment, separates the carbon in them is almost entirely made up of graphite.

Aluminium ist ein weiteres Graphitisierungsmittel, das infolge seiner kräftigen Wirkung an Stelle von Silicium verwendet werden kann. Dieses Element kann in einer Menge von ungefähr o,5 bis 6% und mehr, beispielsweise .bis zu 15 °/o, verwendet werden. Aluminium ist auch in der Lage, den Gehalt .an gebundenemKohlenstoff bis fast auf denWert Null zu verringern. Ferner wirkt es in der gleichen Weise wie Nickel Icnötchenbildend auf den Graphit ein. Im allgemeinen gleichen die Eigenschaften dieser im Sinne (der Erfindung behandelten Eisenlegierungen mit Aluininitimzusatz denjenigen der erwähnten Eisenlegierungen mit Zusätzen an Nickel und Molybdän.Aluminum is another graphitizing agent that, due to its powerful action, can be used in place of silicon. This element can o in an amount of about 5 to 6% and more, for example 1 to 5 .to be ° / o are used. Aluminum is also able to reduce the bound carbon content to almost zero. It also has a pilling effect on graphite in the same way as nickel. In general, the properties of these iron alloys treated in accordance with the invention with the addition of aluminum oxide are the same as those of the iron alloys mentioned with additions of nickel and molybdenum.

Die Schnelligkeit, mit ,der die Graphitisierung verläuft, wurde durch Untersuchungen an einem etwa 22 mim starken Rundstab erwiesen. Der Stab war aus einer Legierung warm ausgewalzt, die 1,74°/o Kohlenstoff, 2,a40/, Aluminium, 0,14% Silicium, 0,0150,l0 Phosphor und 0,012% Schwefel enthielt. Die Stabproben wurden auf 982° C erhitzt und luftgekühlt. Nach einer Erhitzung von einer Stunde war der gebundene Kohlenstoff auf einen Gehalt von o, i 5 % verringert, iv ährend bei einer Erhitzung von 6 Stunden Dauer die Verminderung nur auf 0,i40/, fortschritt. Eine lange Graphitisierungsglühung ist somit unnötig.The speed with which the graphitization takes place was through Investigations on an approximately 22 m thick round rod proved. The staff was off an alloy hot rolled, the 1.74% carbon, 2, a40 /, aluminum, 0.14% Silicon, 0.0150, 10 phosphorus and 0.012% sulfur. The rod samples were heated to 982 ° C and air-cooled. After an hour of heating it was Bound carbon reduced to a content of 0.15%, while at one Heating for 6 hours reduces only to 0.140 /, progress. One long graphitization annealing is therefore unnecessary.

Die zur Ausführung der Erfindung verwendeten Eisenlegierungen können für besondere Zwecke auch andere Legierungselemente, wie Chrom, Vanadin und Wolfram, enthalten, die keine Graphitisierfähigkeit besitzen. Hierbei aber ist stets zu berücksichtigen, daß der Kohlenstoff vor ;ler Warmverformung in gebundener Form vorliegt und in dem fertiggeformten Erzeugnis fähig zur Graphitisierung bleibt. Chrom ist z. B. kein die Graphitbildung förderndes Element, sondern bildet sehr beständige Karbide. Chrom -ist somit ein kräftiges Mittel für die Verhinderung der Graphitisierung. Jedoch kann bei ausreichender Vergrößerung des Siliciumgehaltes oder des Gehaltes eines anderen Graphitisierungsmittels das Chrom mit Vorteil den Legierungen zugesetzt werden, um Erzeugnisse mit @besonderen mechanischen Eigenschaften herzustellen. Diese Eisenlegierungen haben infolge des graphitischen Kohlenstoffes gute Schmiereigenschaften, verbunden mit einer großen Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung und Abscheuern. Diese letzteren Eigenschaften erklären sich aus der Anwesenheit von Chromkarbiden in der Eisenlegierung: Chrom und die anderen die Graphitbildung erschwerenden Legierungsmittel haben daher keinen Einfluß a.uf die der Erfindung zugrunde liegenden wesentlichen Erscheinungen. Aus diesem Grunde kann, abgesehen vom Kohlenstoff und dem Graphitisierungsmittel, derRest der Eisenlegierung wirklich als Eisen betrachtet werden.The iron alloys used to practice the invention can for special purposes also other alloy elements such as chromium, vanadium and tungsten, contain, which have no graphitizing ability. Here, however, it must always be taken into account that the carbon is present in bonded form before hot forming and in the finished molded product remains capable of graphitization. Chromium is z. B. no Element that promotes graphite formation, but forms very stable carbides. chrome - is thus a powerful means of preventing graphitization. However can with sufficient enlargement of the silicon content or the content of a other graphitizing agents, the chromium is advantageously added to the alloys to produce products with special mechanical properties. These iron alloys have good lubricating properties due to the graphitic carbon, combined with great resistance to wear and tear. These latter properties are explained by the presence of chromium carbides in the iron alloy: chromium and the other alloying agents that make graphite formation more difficult therefore have no influence on the essentials on which the invention is based Apparitions. For this reason, apart from the carbon and the graphitizing agent, the remainder of the iron alloy can really be considered iron.

Die Verschiedenheiten der .bei der praktischen Durchführung der Erfindung erzielbarenEigenschaften machen auchverschiedenartige Verwendungszwecke der Erzeugnisse möglich. Die einfachen silicium- und nickelhaltigen Eisenlegierungen sind besonders für Bremstrommeln, Kupplungsplatten und für ähnliche Zwecke geeignet.The differences in the practice of the invention achievable properties also make various uses of the products possible. The simple iron alloys containing silicon and nickel are special suitable for brake drums, clutch plates and for similar purposes.

Claims

PATENT CLAIMS. i. Manufacture of objects with good sliding properties according to patent 6856o9, characterized in that after the graphitizing glow furnace the objects are heated to temperatures between 76o ° C and 982 ° C and then quenched will. z. Method according to claim i, characterized in that the heat treatment to harden the objects is locally limited. 3. Use of iron alloys with 1.5 to 2.5% carbon, 0.9 to 60/0 silicon and with molybdenum and / or Nickel additives for the production of objects according to claims 1 and 2.