-
Salzbadgruppe aus zwei oder mehr Bädern Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf eine untereinander verträgliche Gruppe oder Reihe von Salzbädern
zur Wärmebehandlung, die bei Temperaturen gefahren werden können, die an Metallen
und Legierungen, welche nacheinander durch diese verschiedenen Bäder gehen, die
gewünschten metallurgischen Effekte hervorbringen.
-
Die besagte Reihe der Bäder ist zur Erhöhung gewisser wünschenswerter
Eigenschaften ausersehen, wie Härte, Dehnung und Elastizität, die für bestimmte
Grenzanwendungsfälle der zu behandelnden metallischen Werkstücke erforderlich sind.
-
Die Bäder eignen sich für die gebräuchlichsten Stähle, Stahllegierungen
und üblicherweise verwendete Eisenlegierungen. Bei der Hochtemperaturbehandlung
von Metallen wird bekanntlich ein geschmolzenes Bad verwendet, das Bariumbörat enthält;
im Zusammenhang mit einem derartigen Hochtemperaturbad wurde ein Vorwärmbad benutzt,
wobei letzteres aus einer Mischung von Bariumborat und Bariumchlorid besteht. Hierfür
wird vorgeschrieben, daß das Vorwärmbad das Hochtemperaturbad nicht erheblich verunreinigen
darf, wenn es in Gestalt einer auf dem vorgewärmten Härtegut anhaftenden Haut hinübergebracht
wird.
-
Es wurde jedoch festgestellt, daB tatsächlich beim Betrieb dieser
Bäder Bariumchlorid aus dem Vorwärmbad in das Hochtemperaturbad hinübergeschleppt
wird.
Im Gegensatz hierzu wird- nach der vorliegenden Erfindung
kein Stoff in das nachfolgende Bad bzw. in die nachfolgenden Bäder verbracht, der
hier nicht bereits vorhanden ist.
-
Die .5alzbadeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist im wesentlichen
gekennzeichnet durch eine Reihe von zwei oder mehr Salzschmelzbädern zur Wärmebehandlung
von Metallen und Legierungen zu dem Zweck, das Metall oder die Legierung, die zu
behandeln sind, nacheinander in die Bäder einzubringen. Diese Bäder sind dabei so
beschaffen, daß sie bei verschiedenen Temperaturen, die zwischen 927 und 26o° C
schwanken, betrieben werden können und aus Gemischen von Stoffen bestehen, die keine
Sauerstoffmoleküle enthalten und fernerhin untereinander bei zwei oder mehr Bädern
insoweit übereinstimmen, daß aus dem einen Bad durch das darin behandelte :Metall
in das nächstfolgende Bad keine Bestandteile hinübergeschleppt werden, die in dem
betreffenden nächstfolgenden Bad' nicht bereits vorhanden sind oder insoweit übereinstimmen,
als durch das Hinüberschleppen auch über einen längeren Zeitraum hinweg eine qualitative
Änderung in der Zusammensetzung besagten Bades nicht herbeigeführt wird.
-
Die Bäder dieser Reihe setzen sich aus Mischungen von Stoffen zusammen,
die bei zwei oder mehr Bädern untereinander insoweit übereinstimmen, als aus dem
einen Bad durch das darin behandelte Metall in das nächstfolgende Bad hinübergeschleppte
Bestandteile das nächstfolgende Bad nicht verunreinigen oder auch über einen längeren
Zeitraum keine Veränderung in der Zusammensetzung des Bades hervorrufen, die nicht
unverzüglich ausgeglichen werden kann.
-
Zu diesem Zweck hat das nächstfolgende Bad bzw. jedes der nächstfolgenden
Bäder eine Zusammensetzung, welche die Bestandteile des vorhergehenden Bades aufweist.
Zum Beispiel besteht das erste Bad der Reihe aus einer- Mischung, die im wesentlichen
Alkalimetallchloride und ein Alkalimetallfluorid enthält. Das Verhältnis der Salze
untereinander kann bei den einzelnen Bädern allerdings verschieden sein. So sollen
die auf das erste Bad folgenden Bäder Zink-Chlorid in einem Prozentsatz bis zu 8o0/,
der Badmischung enthalten.
-
Nach einer Anordnung der Bäder gemäß der vorliegenden Erfindung ist
ein Bad Nr. i ein Hochtemperaturbad, das so beschaffen ist, daß es bei Temperaturen
von 732 bis 927° C gefahren werden kann. Diese Temperaturen können durch Verwendung
eines Kontrollpyrometers innerhalb der gewünschten Toleranzen aufrechterhalten werden.
Das Bad und die anderen Bäder der Reihe können in der üblichen Weise vorteilhaft
elektrisch beheizt werden. Das Hochtemperaturbad Nr. i hat eine Zusammensetzung,
die 39 bis 5o01!, Kaliumchlorid, 4o bis 6o0;', Natriumchlorid und i bis io°/, Natriumfluorid
aufweist. Die bevorzugte Zusammensetzung des Bades sieht 42°,l, Kaliumchlorid, 550/e
Natriumchlorid und 30j', Natriumfluorid vor. Diese Bestandteile bilden in den angegebenen
Prozentgehalten ein stabiles schmelzflüssiges Bad, das innerhalb der angegebenen
Temperaturbereiche nicht übermäßig dampft oder subliniiert oder sich Zersetzt und
auch bei der niedrigeren Temperatur von 732° C noch völlig flüssig ist.
-
Falls gewünscht, kann ein Vorwärmbad, das bei Temperaturen von 705
bis 732° C betrieben werden kann und die gleiche Zusammensetzung wie das Bad Nr.
i hat, zur Beseitigung von Spannungen, die in dem Härtegut während der Herstellung
aufgetreten sind, und zur Herabsetzung der Gefahr des Verziehens verwendet werden.
Sobald das Härtegut auf die Temperatur des Vorwärmbades aufgewärmt ist, wird es
in das Hochtemperaturbad Nr. i gebracht, das bei Temperaturen betrieben wird, die
oberhalb der kritischen Temperaturen des Stahles liegen. Da die Komponenten des
Vorwärmbades und des Bades Nr. i die gleichen sind, entstehen keine Mißlichkeiten
durch das Hinüberschleppen von Salz aus dem Vorwärmbad in das Bad Nr. i.
-
Nachdem das Härtegut bis zur völligen Durchwärmung und Annahme der
Badtemperatur in das flüssige Bad Nr. i der vorgeschriebenen Temperatur eingehängt
oder untergetaucht worden ist, wird das Härtegut unverzüglich aus dem Hochtemperaturbad
Nr. i entnommen und in ein Abschreckbad Nr. 2 eingebracht. Dieses Abschreckbad Nr.
2 ist auf Betriebstemperaturen von 26o bis 37i` C eingestellt. Während des Betreibens
der beiden Bäder schleppt das Härtegut, das aus Bad Nr. i in Bad Nr. 2 hinübergehängt
wird, etwas Salz aus dem Bad Nr. i mit. Aus diesem Grunde kann bei einer Analyse
festgestellt werden, daß der Prozentgehalt der verschiedenen Komponenten im Bad
Nr. 2 während des Betriebes der Bäder eine Änderung erfahren hat. Entsprechende
Richtigstellungen können erforderlichenfalls vorgenommen werden. Infolgedessen stellen
die nachfolgend angegebenen Prozentgehalte des Bades Nr.2 die Prozentgehalte der
einzelnen Komponenten zu Beginn der Arbeiten dar. Unter Berücksichtigung dieser
Tatsache setzt sich das Bad Nr.2 zusammen aus 8 bis 18°;ö Kaliumchlorid, io bis
180j", Natriumchlorid, 1/4 bis 4°/, Natriumfluorid und 6o bis 8o0/, Zinkchlorid.
Die bevorzugten Prozentgehalte für die Komponenten beim Ansetzen des Bades Nr. 2
sind 120/0 Kaliumchlorid, 140/, Natriumchlorid 1/20/, Natriumfluorid und 731/20/,
Zinkchlorid. Wie bereits vorher angegeben, erfährt das Bad Nr. 2 eine Anreicherung
oder Veränderung durch Salz aus dem Bad Nr. i, welches durch das Härtegut beim Überhängen
aus dem Bad Nr. i in das Bad Nr. 2 mit hinübergeschleppt wird. Dadurch werden die
Mengen an Natriumchlorid, Kaliumchlorid und Natriumfluorid im Verhältnis zu dem
bevorzugten Prozentgehalt an Zinkchlorid erhöht. Wird nach einer längeren Zeitdauer
dieses Hinüberschleppen weiterhin fortgesetzt bis zu dem Augenblick, wo (je nach
Betriebstemperatur des Bades) Kaliumchlorid zusammen mit Natriumchlorid und Natriumfluorid
mehr als 40°;", des Bades ausmachen, beginnt das Bad bei dieser verhältnismäßig
niedrigen Temperatur dickflüssig zu werden. Dieses Eindicken ist unerwünscht und
kann ohne Schwierigkeiten überwunden oder ausgeglichen werden durch Zugabe von Zinkchlorid,
um eine Erhöhung des Gehaltes an Zinkchlorid im Verhältnis zu den anderen angegebenen
Bestandteilen zu erreichen.
Einflüsse für das Dickflüssigwerden
dieses Abschreckbades Nr. 2 sind die Temperatur ebenso wie die Bestandteile selbst.
'Mit anderen Worten, wenn Natrium-und Kaliumclilorid und Natriumfluorid vermehrt
werden, müßte auch die Temperatur erhöht werden, um die Dünnflüssigkeit aufrechtzuerhalten.
Da dieses Bad aber für eine Verwendung im Bereich der niedrigeren Temperaturen bestimmt
ist, kann die Temperatur nicht erhöht werden, um die Verhältnisse zu beherrschen;
infolgedessen muß die Dünnflüssigkeit auf chemischem Wege aufrecht erhalten werden.
Das Härtegut, d. 1i. die züi behandelnden Stahlteile willen in dem Bad Nr. 2 genügend
lange Zeit verbleiben, damit die molekularen Veränderungen in der Stahlzusammensetzung
vonstatten gehen können; dieser Zeitraum ist von der Größe der zu behandelnden Stahlteile
ebenso abhängig wie von der Art des Stahles und bewegt sich üblicherweise in der
Grenze von i bis 3o Minuten, je nach Art des zu behandelnden Stahles und der Grüße
der Teile.
| Unter gewissen Umständen können die gewünschten |
| physikalischen Eigenschaften nicht durch Verwendung |
| der beiden Bäder allein erzielt werden. Entnimmt |
| man beispielsweise Stahlteile aus dem Abschreckbad |
| Nr. 2 rind I:ißt man sie auf Zimmertemperatur ab- |
| kühlen, wird eine gewisse Rockwellhärte des Mate- |
| rials erzeugt. Diese kann liülier sein als für den Grenz- |
| anweii(hingszweck der Stahlteile erwünscht ist. Um |
| die finit dem 13a<1 1r. 2 erzielten Vorteile beizube- |
| halten lind gleichzeitig gewisse andere erwünschte |
| Eigenschaften, beispielsweise die Herabsetzung der |
| Rockwellliärte, züi erreichen, ist es wünschenswert, |
| die Stahlteile der Behandlung in einem dritten Bad |
| zu unterziehen, (las bei einer Temperatur zwischen |
| dein Hocliteniherattirl)<i(1 Nr. i und dem Abschreck- |
| 1>ad N r. 2 gefahren wird. Das Bad Nr. 3 enthält |
| vorzugsweise die gleichen chemischen Komponenten |
| wie (las Bad Nr. z, doch wird es bei einer höheren |
| Temperatur als (las Ahschreckbad Nr. 2 betrieben, |
| wobei die Komponenten auch bei einer von den Ver- |
| hältnissen im Bad Nr. 2 abweichenden mengen- |
| mäßiges Verteilung flüssig bleiben. |
| Die niengenni;iL3ige Verteilung der Komponenten |
| im Bad Nr. 3 ist hei der Inbetriebnahme des Bades |
| wie folgt: (9 bis 2o°/, Kaliumchlorid, 12 bis @a5°/o Na- |
| triumchlorid, ';'; bis 1°''o Natriumfluorid, vorzugs- |
| weise i;!., bis .3"", und 5o bis 8o0_7, Zinkchlorid.
Die |
| bevorzugte mengenmäßige Verteilung bei Anlauf |
| dieses Bades Nr. 3 ist 170;'o Kaliumclilorid, 22°/o Na- |
| triuniclilorid, i°;, Natriumfuorid und 6o°;, Zink- |
| chlorid. Das Bad bleibt bei Temperaturen 'von 371 |
| bis 593' C, bei denen es betrieben werden soll, ganz |
| flüssig. |
| Es ist züi beachten, daß bei der Überführung des |
| Härtegutes aus dein Bad Nr. i, (lein Hochteniperatur- |
| bad, in (las Bad Nr. 2, (las Abschreckbad, und schließ- |
| lich ztini Bad Nr. 3, (las Zwischentemperaturbad, bei |
| (lern jedcsinaligen Einbringen des Härtegutes aus dein |
| einen Bad in (las andere ein Teil des Salzes aus dein |
| vorhergehenden Bad in das nächstfolgende mit hin- |
| übergeschleppt wird. lin Betrieb führt dies dazu, |
| daß sich gegebenenfalls ein Ausgleich zwischen dem |
| Bad Nr. = und (lehr Bad Nr. 3 einstelleil wird, wo- |
durch der Prozentgehalt der Bestandteile in dem Bad Nr. 3 sehr nahe an die Prozentgehalte
in dem Bad Nr. 2 herankommt. Das Verhältnis von Zinkchlorid zu den anderen Komponenten
im Bad Nr. 3 sollte wesentlich niedriger sein als das Verhältnis von Zinkchlorid
zu den anderen Bestandteilen im Bad Nr. 2. Wenn das Bad Nr. 2 hinsichtlich des Verhältnisses
von Zinkchlorid züi den anderen Bestandteilen durch Hineinschleppen von Salzen aus
dem Bad Nr. i in das Bad Nr. 2 wesentlich verändert wurde, kann gegebenenfalls ein
Zustand eintreten, wo es erwünscht ist, einen Teil des Bades Nr. 2 auszuschöpfen
und die ausgeschöpfte Menge durch Zinkchlorid zu ersetzen, um hierdurch das in diesem
Bad erwünschte Gleichgewicht wiederherzustellen. Es ist dabei aber zu berücksichtigen,
daß in dem Fall, wo das richtige Gleichgewicht in dem Abschreckbad Nr. 2 aufrechterhalten
wird, auch das Gleichgewicht in dem Bad Nr. 3 von selbst aufrechterhalten wird,
da die Salze im richtigen Verhältnis zusammen mit dem Härtegut, wenn dieses aus
dem Abschreckbad Nr. 2 in das Zwischentemperaturbad Nr. 3 eingebracht wird, hinüberkommen.
-
Bemerkenswert ist, daß die Bestandteile der vorliegenden Bäder keine
Chemikalien, die Sauerstoffinoleküle enthalten, aufweisen und daß das Härtegut,
wenn es erst einmal in dem Hochtemperaturbad Nr. 2 untergetaucht ist, mit Badsalzen
bedeckt wird, wodurch ein Luftabschluß für das Härtegut von diesem Zeitpunkt an
bis zu dem letzten Abkühlen auf Zimmertemperatur erfolgt. Hierdurch ist das Werkstück
gegen den Luftsauerstoff geschützt, und als Folge davon tritt keine Oxydation der
Oberfläche des Werkstückes ein; infolgedessen wiederum verläßt das Werkstück das
Bad mit einem glänzenden Aussehen, wie es in der Fachsprache heißt. Es ist daher
klar, daß eine Oxydation auch von seifen der Salze selbst ebenfalls unmöglich ist.
Aus diesem Grunde verläßt das Werkstück die Bäder in einer sauberen glänzenden Beschaffenheit.
-
Das endgültige Abschrecken findet gewöhnlich in kaltem Wasser statt,
welches die Temperatur der Stahlteile so rasch unter den Oxydationspunkt herunterdrückt,
daß eine Oxydation auch nicht im Wasser eintreten kann, weil die Teile verhältnismäßig
kalt sind, bevor die neutralen Chemikalien an ihrer Oberfläche völlig aufgelöst
sind.
-
Das Bad Nr. i von höherer Temperatur kann entweder mit dem Abschreckbad
Nr. 2 oder mit dem Zwischentemperaturbad Nr. 3 verwendet werden, wodurch es zu einem
Zweibadverfahren anstatt zu einem Dreibadverfahren kommt.
-
Die Reihe von Bädern ist in allen Fällen wertvoll, wo ein hellglänzendes
Aussehen erstrebt wird, beispielsweise bei dem Ziehen von Draht. Für diesen Zweck
werden vorzugsweise das Bad Nr. i und das Bad Nr. ;; verwendet, damit der Stahl
nach seiner Herausnahme aus dein Bad Nr. 3 und nach der Abschreckung in Wasser in
perlitischem Zustand mit einer hellglänzenden sauberen Beschaffenheit vorliegt und
ständig gekalkt werden kann, bevor der Draht gezogen wird.
-
Wenn derartiges Härtegut das Bad Nr. 2 bei 26o bis 3; i" (' oder das
Bad Nr. 3 bei 371 bis 593' C verläßt
und in Wasser oder
01 abgeschreckt wird, erhält das Härtegut ein hellglänzendes Aussehen (bright
finish).
-
Die angegebenen Verhältniszahlen sind durchweg auf Gewichte bezogen.
-Es versteht sich, daß die lBäder nach dieser Erfindung Unreinheiten oder andere
indifferente Stoffe enthalten können, die keine Wirkung auf den Betrieb der Bäder
haben.