DE843555C - Verbesserung von Werkstuecken oder Werkzeugen aus Stahl oder Stahllegierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergütung bzw. Veredelung von Eisen und Eisenlegierungen und eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens.

Es ist bekannt, daß man zur Verschleißminderung gewisse Werkstoffe mit harten Oberflächen versieht. Die Härtung kann nach den bisherigen Verfahren durch metallische Auflagen (Hartchromschicht), durch elektrochemische Behandlung (Eloxieren), durch Zuführung von Gasen und anschließende oder gleichzeitige Wärmebehandlung (Einsatzhärtung, Nitrierung), durch Erwärmen und Abhärten der Oberflächenzone (Schalenhärtung, Flammenhärtung) und anderes erfolgen.

Diese bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß sie zum Teil besondere Stahlsorten voraussetzen, zum anderen Teil langwierige Behandlungen erfordern. So muß ζ. B. bei Werkstücken und Werkzeugen, die hohen Drücken ausgesetzt werden, wo also der Kernwerkstoff eine gute Stütze bieten muß, das Grundmaterial einen Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt und ao einem Chromgehalt von 1 bis 2% aufweisen, um sich durchhärten zu lassen.

Das Nitrierverfahren nach Krupp bedingt ebenfalls, um eine Nitrierung im richtigen Maße zu erreichen, die Verwendung von Sonderstählen. Darüber hinaus hat dieses Nitrierverfahren den großen

Nachteil, daß die Kanten der nitrierten Werkstücke sehr leicht brechen, weshalb sich das Verfahren zur Herstellung von Schneidwerkzeugen nicht eignet. Im übrigen kann das Nitrierverfahren in manchen Fällen eine Einsatzhärtung nicht ersetzen.

Der Hauptnachteil aber ist, daß sämtliche aufgeführten Verfahren umständliche, vielstündige Behandlung erfordern. So benötigt z. B. die Nitrierhärtung für eine Nitriertiefe von o,8 mm etwa ioo ίο Stunden Nitrierdauer. Das Tauchbadverfahren ermöglicht Härtetiefen bis zu 0,4 mm in 4 Stunden und im günstigsten Falle eine Härtetiefe bis höchstens 1 mm in etwa 3 Stunden.

Die zu lösende Erfindungsaufgabe besteht darin, die bekannten Vergütungsverfahren zu verbessern in der Weise, daß die Dauer der Behandlung der Gegenstände nach den einzelnen Verfahren auf einen kleinen Bruchteil der Zeit herabgesetzt wird, daß ferner keine besonderen hochwertigen Eisen- bzw. Stahlsorten erforderlich sind, sondern daß vielmehr auch die einfachsten Eisen- oder Stahlsorten mit gleich günstigen Erfolgen wie die besonderen hochwertigen Eisen- oder Stahlsorten vergütet werden können, und daß endlich die dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfenen Gegenstände nicht nur an den äußeren Schichten, sondern im ganzen verbessert werden, d. h. daß auch der Kern der Gegenstände in seiner Struktur veredelt wird. Das Verfahren ermöglicht es, in wenigen Minuten auch aus einfachstem Material (St. 40.11) Schneidwerkzeuge und sonstige Werkstücke zu erstellen, die den Werkstücken aus handelsüblichen Werkzeugstählen wesentlich überlegen sind. Aus Bandeisen gefertigte Feilen haben sich handelsüblichen Gußstahlfeilen um ein Mehrfaches an Leistung überlegen gezeigt. Die Erfindung zur Lösung des vorstehenden Problems besteht darin, daß die zu verbessernden Gegenstände in einem Schmelzbade behandelt werden, das aus einer Mischung von Alkalicyaniden, -ferrocyaniden, -ferricyaniden und -chloriden besteht, d. h. es werden z. B. folgende Salze zur Bildung des Bades benutzt: 1. NaCN Natriumcyanid, 2. K₄Fe (CN)₀ Kaliumferrocyanid (mit zweiwertigem Fe), 3. K₃Fe (CN)_(; Kaliumferricyanid, 4. NaCl Kochsalz.

Der so aus den aufgeführten Salzen gebildeten Mischung wird in einem geschlossenen Kessel oder Gefäß so viel Wärme zugeführt, daß sie schmilzt und dauernd in diesem Zustand erhalten bleibt. Zweckmäßig wird die Temperatur über die Schmelztemperatur erhöht und das Bad auf dieser Temperatur während der Dauer des Verfahrens gehalten. Dabei wird einmalig oder in Abständen in das gasdicht verschlossene Gefäß Sauerstoff von außen unter Druck eingeführt. Als besonders vorteilhaft hat sich die An-Wesenheit von Kupfer im Bade herausgestellt, das vermutlich als Katalysator wirkt. Zweckmäßig wird das Kupfer in Gestalt von Rohren oder als durchlöchertes Gefäß verwendet, wobei der Sauerstoff durch die Rohre oder das mit Löchern versehene Gefäß in das Bad unterhalb des Flüssigkeitsspiegels eingeführt wird.

In der Zeichnung ist schematisch eine Ausführungsform des Gefäßes bzw. der Vorrichtung dargestellt.

Fig. ι zeigt den geschlossenen Behälter im Grundriß,

Fig. 2 den geschlossenen Behälter im Aufriß und Seitenansicht,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Behälter nach der Linie C-D im Grundriß,

Fig. 4 einen Schnitt durch den Behälter nach der Linie A-B der Fig. 2 im Grundriß.

Es bezeichnet 1 einen aus Eisen oder sonstigem entsprechendem Material gefertigten runden Behälter mit gewölbtem Boden, 2 den domartigen Deckel und 3 einen seitlich umklappbaren Verschlußbügel, der mit Schrauben an dem mit dem Gefäß fest verbundenen Verschlußring 4 befestigt ist. 5 zeigt den oberen Teil des Verschlußringes, der mit dem Deckel 2 fest verbunden ist. Durch Festziehen der Schraube 6 wird der Deckel auf den Behälter 1 aufgepreßt. Durch eine geeignete Packung zwischen den Verschlußringen 5 und 6 wird ein vollkommen gasdichter Verschluß des Gefäßes ermöglicht. Wie der Schnitt A-B (Fig. 4) erkennen läßt, befinden sich in dem domartigen Deckel 2 zwei Prallbleche 7. Auf der entgegengesetzten Seite des oberen Prallbleches ragt ein Rohr 8, das mit Manometer 10 und Durchgangshahn 12 versehen ist, in den Deckeldom, während in den Behälter 1 durch den Verschlußring 4 ein Rohr 9, das mit Manometer 11 und Durchgangshahn 13 versehen ist, hineinragt.

Beide Rohre 8 und 9 sind in den Durchgangsstellen, d. h. an den Stellen, an denen sie den Behälter und Deckel durchbrechen, luftdicht verschweißt oder verschraubt. An dem Rohr 9 befindet sich auf der Innenseite des Gefäßes ein aus Kupferblech hergestellter Behälter 14, der mit dem Rohr 9 gasdicht verbunden ist und bis zur Bodenwölbung des Gefäßes hinabreicht. Wie der Schnitt C-D (Fig. 3) zeigt, ist dieser Behälter sichelförmig durchgebildet und hat auf der Innenseite (vgl. Pfeilrichtung) mehrere Reihen gleichmäßig verteilter, kleiner Löcher, deren Größe sich nach einer Erfahrungsformel berechnen läßt.

An Stelle des sichelförmigen Kupferbehälters 14 können entsprechende Kupferrohre eingebaut werden.

Die Form des Gefäßes kann beliebig, d. h. viereckig, flach oder sonstwie sein.

Das mit der Vorrichtung auszuführende Verfahren geht folgendermaßen vor sich: Der Behälter 1 wird bis zur Auflage auf den Verschlußring 4 in einen durch Koks oder Gas beheizten Herd eingesetzt. Der Behälter wird mit den das Bad bildenden Chemikalien gefüllt und durch den Deckel gasdicht verschlossen. Das Bad hat die Eigenschaft, daß sich auf ihm eine sahnenartige, verhältnismäßig dickflüssige Haut von ι bis 2 cm Stärke bildet. Die Höhe des Bades ist so bemessen, daß sich nach dem Einsetzen der zu härtenden Stücke der Flüssigkeitsspiegel über das oberste Loch des Kupferbehälters 14 erhebt.

Das Einsetzen der zu härtenden Stücke erfolgt nach Erhitzung des Bades. Nachdem das Bad die richtige Temperatur erreicht hat und die Stücke eingesetzt sind, wird der Deckel 2 aufgesetzt, der Bügel 3 hochgeklappt und mit der Schraube 6 festgezogen, so daß der Behälter gasdicht abgeschlossen ist. Hiernach bläst man durch das Rohr 8 in den Deckel über die

Prallbleche 7, damit ein Aufspritzen verhindert wird, Sauerstoff unter Druck ein, so daß das gesamte Bad unter Überatmosphärendruck gehalten wird. Gleichzeitig bläst man durch das Rohr 9 und den daran angeschlossenen, inzwischen glühend gewordenen Kupferbehälter 14 ebenfalls Sauerstoff unter Druck ein. Es zeigt sich hierbei, daß die Temperatur des Bades nach Einblasen durch Rohrleitung 9 ansteigt. Nachdem die Sauerstoffleitungen abgeschlossen sind, läßt der Druck in wenigen Minuten nach. Die Einsatzstücke werden nach einer bestimmten Zeit in einem auf einer gewissen Temperatur gehaltenem Wasserbad, dem geeignete Zusätze beigesetzt werden und auf welches eine dünne ölschicht gegossen wird, abgeschreckt.

Bruch- und Schleifproben von aus einfachem Material vergüteten Einsatzstücken lassen erkennen, daß die Gesamtstruktur des Materials eine Veränderung erfahren hat und durchweg feinkörniger geworden ist, während eine glatte, rißfreie und kantenfeste Außenhaut in mehreren Millimetern mit hoher Brinellhärte in die ohnehin veränderte Kernstruktur langsam übergeht. Das Behandlungsbad wird zunächst auf eine Temperatur von 900⁰C erwärmt, und diese Temperatur wird nach Einsatz der zu behandelnden Teile auf 980 ° C erhöht und auf dieser Höhe gehalten. Der Sauerstoff wird vorteilhaft unter einem Überdruck von 3 atü in den Behälter eingeführt. Statt reinen Sauerstoffs kann auch ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch, z. B. Luft, verwendet werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung von Werkstücken oder Werkzeugen aus Stahl oder Stahllegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß die zu behandelnden Gegenstände in einem Schmelzbade geglüht werden, das aus Alkalicyaniden, -ferrocyaniden, -ferricyaniden und -Chloriden besteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzbade während der Behandlung der eingesetzten Gegenstände Sauerstoff zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff in das dicht verschlossene Gefäß oberhalb und unterhalb der Badoberfläche zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff in das Schmelzbad in Anwesenheit von Kupfer oder kupferhaltigen Stoffen im Schmelzbade eingeführt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff vor seinem Eintritt in das Schmelzbad durch Hindurchleiten durch stark erhitzte kupferne Rohre oder Hohlgefäße erhitzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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