DE79429C - Verfahren zum Hätten der Oberfläche von Platten u. dergl. durch Cementation - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIF

KLASSE 18: Eisenerzeugung.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 24. April 1894 ab.

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein neues Verfahren zur Herstellung von Panzerplatten, sowie sonstiger Gufs- oder Schmiedstücke mit harter Oberfläche.

Der Wärmeverlust eines Körpers durch Strahlung ist bekanntlich unter sonst gleichmäfsigem Wärmeverlust von der Gröfse der ausstrahlenden Fläche abhängig, während die Aufnahmefähigkeit durch Absorption gleichfalls von der Gröfse der Fläche abhängt, welche den Wä'rmestrahlen ausgesetzt ist; es folgt hieraus, dais, wenn zwei Flächen einer Platte ungleiche Oberfläche haben, die gröfsere Fläche schneller erhitzt und abgekühlt wird als die kleinere Fläche; ist beispielsweise eine Platte auf der einen Seite gewellt, genarbt oder mit Einschnitten versehen, während die andere glatt oder verhältnifsmäfsig glatt ist, so mufs die erstere Seite die Hitze rascher annehmen und wieder ausstrahlen als die glatte' Seite; ferner aber kann auf jener Seite in diesen Wellen und Narben eine gewünschte Temperatur schneller und mit weniger Verlust, an Arbeit und Feuerung erreicht werden, da auf der glatten Seite die Gröfse der Aufnahmefläche geringer ist und der- Querschnitt, durch welchen die Hitze fort in die Masse der Platte fliefst, gröfser ■ ist.

Wenn erhitzte Platten mit parallelen Flächen gehärtet oder getempert werden, so werden sich die äufseren Kanten und Ecken der Platten schneller abkühlen als der mittlere Theil, so dafs die äufseren Ränder zunächst hart werden und der mittlere Theil infolge der späteren Zusammenziehung innerhalb des durch die schon erhärteten Kanten gebildeten festen Rahmens eine Spannung annehmen mufs. Diese Anfangsspannung verursacht Ungleichmäfsigkeiten der Structur und schwache Stellen in der Platte. Dieser Uebelstand kann dadurch vermieden werden, dafs man die Ausstrahlfläche in der Mitte der Platte vergröfsert und die Ränder einhüllt, so dafs die Wärmeabgabe bei der Abkühlung an allen Orten gleichmäfsig ist. . ;

Als ein weiterer Uebelstand hat sich herausgestellt, dafs, wenn die eine Seite einer Platte, welche bis zu einer hohen Temperatur erhitzt und dann allmälig abgekühlt wird, die sich zuerst abkühlende Seite eine Form annimmt, der sich die übrige Masse der Platte anpassen mufs; wird nun die langsamer abkühlende Fläche gleichfalls fest, so wirft sich die Platte nach der zuletzt abgekühlten Fläche und erzeugt nicht nur eine Abweichung von der gewünschten Gestalt, Sondern es entstehen unausgeglichene Spannungen in der fertigen Platte, welche ihre absolute Festigkeit beeinträchtigen.

Dieser Uebelstand soll vorliegender Erfindung gemäfs dadurch vermieden werden, dafs die Platte mit ihren ausstrahlenden Flächen so angeordnet wird, dafs, obgleich die Medien, in welchen die Ausstrahlung beider Seiten stattfindet, verschieden sein können, der Betrag der von jeder Seite ausgestrahlten Wärme praktisch der gleiche sein kann, so dafs die Platte kein Bestreben zeigt, sich zu werfen und zu verziehen. Dies Bestreben kann auch dadurch regulirt werden, dafs die Oberfläche der beiden Seiten der Platten ungleich gemacht wird. Da die Wirkung der- Verschiedenheiten in der die Wärme aufnehmenden oder ab-

gebenden Flächen von so mancherlei Umständen im und um den Wärmeofen, den Abmessungen und der Gestalt der Platte abhängt, so ist es unmöglich, eine bestimmte Regel für alle Fälle abzugeben, sondern diese Verschiedenheiten werden in jedem besonderen Falle durch Erfahrung festgestellt werden müssen.

Andererseits wird bei dem Harvey- und ähnlichen Verfahren, bei denen Metalle oder Metallpide oder bestimmte Mischungen unter der Einwirkung der Hitze durch Gase oder in ähnlicher Weise die Oberfläche der Panzerplatten imprägniren, das Eindringen dieser Substanzen nur bis zu einem bestimmten Grade in die Oberfläche stattfinden und bis zu einem gewissen Grade der Dicke derselben entsprechend variiren; ist nun durch tiefe Einschnitte, Narben oder Wellen die Oberfläche künstlich vergröfsert, so ist auch der Betrag des Stoffes vergröfsert, der diesen härtenden und verdichtenden Substanzen ausgesetzt ist; werden nun aber diese Erhebungen oder Wellen nachträglich glatt gewalzt, um wieder eine glatte Oberfläche zu bilden, so wird die Tiefe des auf diese Weise behandelten Materials angenähert im Verhältnifs zu den Oberflächen vor und nach dem Walzprocesse vermehrt mit der Hinzufügung, dafs die Oberflächengröfse nach Belieben vorher festgesetzt werden kann, was namentlich für dicke Platten von aufserordentlicher Wichtigkeit ist. Wird ferner eine bestimmte Stärke des imprägnirten Materials gewünscht, so wird die zur Ausführung des Processes nöthige Zeit im Verhältnifs zur Vergröfserung der ausgesetzten Oberfläche verkürzt. Dies ist von grofser Wichtigkeit, da die zur Behandlung dünner Platten nothwendige Zeit bei dem Harvey-Procefs zwischen io Tagen und 3 Wochen schwankt und bei dicken Platten im Verhältnifs noch länger dauert und somit nach vorliegendem Verfahren der grofse Aufwand an Feuerung und Arbeit, die zur Aufrechterhaltung der nothwendigen Hitze erforderlich sind, erspart bleibt. Weiter umgeht vorliegendes Verfahren auch theilweise das schwierige Verpacken bei solchen Cementir- und Umwandlungsprocessen dadurch, dafs sowohl die Zeit verkürzt als auch zur Erreichung derselben Wirkung nur eine geringere Temperatur nothwendig ist. Der letztere Umstand bedingt eine geringere Beanspruchung und somit eine längere Lebensdauer der Oefen und vermeidet die Gefahren und Schäden, die mit der langen Aufrechterhaltung einer hohen Temperatur grofser Metallmassen verbunden sind, so dafs nothwendige Reparaturen äufserst selten werden.

Da ein gröfserer Procentgehalt an Graphit bei derselben Temperatur den Theil der Platte weicher verbleiben läfst, so können diese gekohlten Wellen oder Erhöhungen leicht, ohne Gefahr zu laufen, die Platte überhitzen zu müssen, zu einer glatten Fläche niedergewalzt oder geprefst werden. Thatsächlich können die scharfen Kanten der Erhöhungen dadurch in dem Cementirungsofen beseitigt werden, dafs die Temperatur einige Stunden vor dem Ende des Processes gesteigert wird.

Hierzu kommt, dafs die aufgewendete Arbeit auf diese gewellte Oberfläche infolge ihrer gröfseren Weichheit concentrirt wird, und somit auch diejenige Oberfläche verbessert wird, welche den gröfseren Beanspruchungen ausgesetzt ist und welche bei den unbearbeiteten Oberflächen anderer Processe bekanntlich an Qualität und Zähigkeit durch das ungleichmäfsige Gemisch mit Graphit minderwerthig wird, besonders wenn sie lange Zeit einer sehr hohen Temperatur ausgesetzt war.

Im Weiteren kann vorliegender Erfindung gemäfs der Betrag der Verkohlung durch die Gestalt der Narbung, Wellen etc. regulirt werden; werden nämlich die Einschnitte nahe an einander und sehr tief gemacht, so wird ein gröfserer Procentsatz Kohlenstoff aufgenommen, als wenn die Einschnitte nicht so tief und weniger dicht an einander angeordnet werden. Durch die verschiedensten Gestaltungen dieser Einschnitte kann die Abstufung des Kohlen^ stoffgehaltes von dem verkohlten zu dem nicht verkohlten Theil mehr oder weniger plötzlich, mehr oder weniger tief gewählt und voraus bestimmt werden; auf diese Weise kann'eine reiche Verkohlung und somit eine gute Härtung bis tief in die Platte hinein erreicht werden, ohne dafs der Verlust an Zähigkeit die Qualität einer grofsen Tiefe der Platte herabdrückt. Dies trifft besonders bei dicken Platten und dann zu, wenn die Kohlung direct an den Barren vorgenommen wird, an welchen diese Einschnitte vorgenommen sind, da das Metall in diesen Fällen einem Brennprocefs unterworfen ist, während die Kohlung vorgenommen war.

Durch den Brennprocefs wird die Barre nicht nur verbessert, sondern das Verfahren geht schneller vor sich, da die specifische Schwere dieses Metalls geringer ist als die von geschmiedetem Metall; infolge der Vergröfserung der Oberfläche kann die Kohlung in jeder Form bis zu einer gewünschten Tiefe ausgeführt werden, ohne dabei die Rückseite der Platte durch Verlust an Kohle und nachfolgender Oxydation brüchig zu machen, oder den mittleren Theil dadurch weniger zäh werden zu lassen, dafs er zu viel Kohle aufnimmt.

Bekanntlich können Einschnitte, Narben, Wellen etc. von scharfer Contour nicht wieder glatt geprefst werden, ohne Nähte und unvollkommene Schweifsstellen von geringer Tiefe zu hinterlassen; dieser Umstand jedoch ist un-

wesentlich, da die Praxis gezeigt hat, dafs fehlerhafte Stellen, wie Ritzen, Narben, abgeflachte Löcher und dergl. von ein bis zwei Zoll Tiefe, sofern sie auf der harten Fläche sind, keine Spannung in Bezug auf die mehr nachgiebige Rückfiäche ausüben und die Widerstandsfähigkeit der Platte in keiner Weise beeinflussen. Werden nur scharfe Einschnitte angebracht, so ist nicht einmal nothwendig, dieselben überhaupt wegzuwalzen, obgleich dies auf einfachste Weise durch Kantigstellen der Platte oder dadurch beseitigt werden kann, dafs einige Stunden vor Beendigung des Processes die Temperatur gesteigert wird, um hierdurch die hoch gekohlte Fläche zu glätten und zu bewirken, dafs die Einschnitte zufliefsen; auf diese Weise wird auch das durch das Schmieden und ungleichmäfsige Anstrengen der verschiedenen Seiten der Platte hervorgerufene Verdrehen vermieden.

In beiliegender Zeichnung zeigen Fig. ι und 2 Platten, deren eine Seite glatt ist, während die andere Seite gewellt oder gezahnt ist; Fig. 3 ist eine Platte mit Wellen verschiedener Tiefe, wobei der dunkler gezeichnete Theil die Tiefe angeben soll, bis zu welcher die Kohlung getrieben ist; Fig. 4 zeigt die in Fig. 3 dargestellte Platte im Querschnitt, nachdem die Erhöhungen glatt gewalzt sind, wobei der dunkler schraffirte Theil gleichfalls den gekohlten Plattentheil vorstellen soll; Fig. 5 zeigt eine andere Art Oberflächenwellung einer zu kohlenden Platte, welche, wenn glatt gewalzt, gleichfalls die in Fig. 4 dargestellte Querschnittsform haben würde; Fig. 6 zeigt die Draufsicht auf eine Platte,- bei welcher die Oberflächenvergröfserung durch einander schneidende Nuthen erreicht ist; Fig. 7, 8, 9 und 10 zeigen Draufsichten auf Platten, bei welchen derselbe Zweck durch Taschen oder Einmeifselungen erreicht worden ist. Fig. 11 zeigt die Anordnung elliptischer Nuthen, die gegen den Rand der Platte zu weiter von einander entfernt sind als in der Mitte, so dafs die Oberfläche der Mitte gröfser als die des Randes und hierdurch eine gleichmäfsige Abkühlung der ganzen Platte erreicht wird; Fig. 12 ist eine dem Wesen nach der in Fig. 11 dargestellten Oberfläche analoge, mit dem Unterschiede, dafs die Nuthen durch tiefe Einschnitte ersetzt sind. Fig. 13 und 14 stellen Querschnitte von Hohlcylindern dar, deren innere Flächen durch Einschnitte oder Wellungen vergröfsert sind. Der Zweck solcher Hohlcylinder mit derartig gestalteten inneren Flächen geht dahin, die Uebertragung der Wärme von der einen Seite her zu beschleunigen und von der anderen her zu verzögern; eine derartige Gestaltung würde mehr für Wasserröhren von Röhrenkesseln als für Panzerung geeignet sein. Es ist klar, dafs Gufs- oder Schmiedstücke dieser Art von beiden Seiten und somit vollständig durchgekohlt werden können. Fig. 15 stellt im Querschnitt einen Hohlcylindef mit sternförmig gestalteter Aufsenfläche dar; solche Körper sollen als Panzerthürme, Feueressen und dergl. dienen; sie werden vortheilhaft in der gezeichneten Gestalt gekohlt und dann aufsen glatt gewalzt, wodurch die äufsere gekohlte Schicht eine gröfsere Dicke erhält, als wenn von vornherein aufsen glatte Hohlcylinder direct gekohlt werden. Fig. 17 ist der Querschnitt einer Stahlplatte, welche auf beiden Seiten gewellt ist; sie kann auf beiden Seiten oder nur auf einer gekohlt werden und besizt auf beiden Flächen gleiche Wärmeaufnahmefähigkeit.

Fig. 18 und 19 zeigen Platten, deren Flächen ungleichmäfsig gewellt sind, und welche somit auf beiden Flächen entsprechend ungleichmäfsige Wärmeaufnahmefä'higkeit besitzen.

Alle Figuren können entweder Schmiedoder Gufskörper darstellen, deren Oberflächenvergröfserung auf beliebige Weise erreicht sein kann; sie können nach jedem beliebigen der angedeuteten Processe behandelt werden, Während ihre Einschnitte oder Wellen nach dem Kohlen in dieser Gestalt verbleiben oder ganz oder theilweise glatt gewalzt werden können.

Die Tiefe der angedeuteten Wellen und Einschnitte kann nach Belieben geändert Werden; in jedem Falle wird der erstrebte Effect um so gründlicher erreicht, je tiefer diese Einschnitte genommen werden.

Es ist klar, dafs vorliegendes Verfahren nicht nur für die Kohlungszwecke, sondern auch ebensogut für diejenigen Processe geeignet ist, in denen Chrom, Nickel, Stickstoff, Phosphor und andere Elemente oder Gemische in das Metall eingeführt werden, oder Körper den Cementirungs-, Umwandlungs-, Härtungs-, Temper- und Brennprocessen unterworfen werden sollen. In allen diesen und ähnlichen Fällen soll vorliegender Erfindung gemäfs eine Vergröfserung der Oberfläche an einer der beiden Seiten erreicht werden, so dafs die Masse schneller der Einwirkung der Wärme oder chemischer Mittel unterworfen werden kann.

So hat Erfinder beispielsweise herausgefunden, dafs die Einbringung eines geringen Betrages Phosphor oder Stickstoff in Verbindung mit der Kohle den Härtungsprocefs beschleunigt. Es ist daher vortheilhaft, soforn diese Holzkohle ist, einen geringen Betrag von phosphorsaurem Kalk oder billigen stickstoffhaltigen Stoffen zuzugeben.

Diese Stoffe sind bereits vorhanden, sofern man thierische Kohle, Fett oder dergleichen verwendet. Da die Thierkohle jedoch verhältnifsmäfsig theuer ist, so empfiehlt es. sich, sie nur in den mit dem Metall in Berührung kommenden Schichten zu verwenden, während

man aufserhalb dieser Schicht eine dickere Schicht von Holzkohle, die grob gepulvert sein kann, anordnet, welche als ein Wärme nicht leitendes und Kohlenstoff nicht anziehendes Medium dient. Ein Aequivalent für die Thierkohle kann durch Holzkohle gebildet werden, welche mit Kohlenwasserstoff oder Fischöl und 3proc. Alkalilauge, wie Potasche oder Sodalauge, vermischt ist; diese Stoffe werden vorher mit der Kohle innigst verrührt.

Es kann auch Chrom, Nickel, Kupfer und Mangan in geringer Menge in die Oberfläche des Metalls eingeführt werden. Die Einführung geschieht dadurch, dafs. man das Metall in fein zertheiltem Zustande vortheilhaft mit einem geringen Procentsatz Kohle innigst vermischt und mit der zu härtenden Oberfläche in Berührung bringt, oder dafs man die Oxyde dieser Metalle in Berührung mit Stahl und in Gegenwart eines die Reduction nicht bewerkstelligenden geringen Betrages Kohle erhitzt, oder dafs man schliefslich diese Oxyde in Berührung mit einem hoch carbonisirten Metall erhitzt.

Dieser Procefs ist auch anwendbar, sobald es sich darum handelt, den Procefs zur Verwandlung von Stangeneisen in Stahl durch Cementation zu verbilligern, oder Schmiedeisen oder Theile von Schmiedeisenstücken in Stahlartikel zu verwandeln.

Der Procefs ist aufserdem noch anwendbar bei der Verwandlung von hartem Eisengufs oder Theilen von solchen Gufsstücken in hämmerbares Gufseisen dadurch, dafs man diese Stücke oder einzelne Theile derselben in Berührung mit dem entkohlendwirkenden Agens in Berührung bringt. In diesem Falle dienen die Nuthen .oder Wellungen gleichfalls zur Vergröfserung der Oberfläche und können darauf glatt geschmiedet oder glatt gegossen werden.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zum Härten der Oberfläche von Platten und dergl. durch Cementation, darin bestehend, dafs die Oberfläche der Platten mit Nuthen, Einschnitten oder Wellungen versehen wird, um der cementirenden Masse eine gröfsere Berührungsfläche mit der Platte zu bieten, wobei nach dem Cementirprocefs die gewellte oder genuthete oder dergleichen künstlich vergröfserte Oberfläche wieder geglättet wird.

2. Eine Ausbildungsart des Verfahrens nach Anspruch 1., bei welcher die Narbungen oder Einschnitte in der Mitte der Platte dichter als an dem Rande und den Ecken sind (Fig. 11 und 12), zum Zwecke, eine gleichmäfsige Abkühlung der Platte zu erhalten.

3. Die Benutzung der unter 1. und 2. gekennzeichneten Verfahren zum Einführen von Chrom, Nickel, Stickstoff und dergl. in die Oberfläche des Eisens in der Weise, dafs man das Gufsstück.in die fein gepulverten Metalle, Metalloxyde oder in Stickstoff- und phosphorhaltiger Kohle einbettet.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.