DE845884C - Verfahren zur Oberflaechenverbesserung von Gegenstaenden aus Eisen und Stahl - Google Patents

Description

• Verfahren zur Oberflächenverbesserung von Gegenständen aus Eisen und Stahl

  Bekannt ist bereits ritt Verfahren zum Aufkohlen

  und Silicieren von GegenstÄnden aus Lisen oder

  Stahl. hei dem die zu bclmndehtden Gegenstä nde in

  eine lmmrigc @lisclttttt@ aus Aluminium, Silicittnt-

  karbid, wasscrfreiemChrontchlorid tttt(I.-\ltitnittitttn-

  sttlz eittgcl)ette@t. in einem abgeschlossenen Behälter

  auf et\\a t t5o` C erhitzt und auf dieser Tempera-

  tur 2 bis (i Stunden gehalten werden. Dabei zerfällt

  das Siliciunikarhid in seine Bestandteile. die beide

  zusammen mit <lern Aluminium und Chrom eine

  Legierung mit dein 1?isen entgehen sollen. Die

  rlitzelwständigkeit und auch sonst tlie phvsikah-

  scheu Eigenschaften der behandelten Gegenstände

  sollen auf diese Weise verbessert werden.

  Nachteile dieses und ähnlicher Verfahren. die

  gleichfalls unter Verwendung einer Siliciumkarbid

  enthaltenden -fasse lediglich ein Silicieren des

  Eisens oder Stahles anstreben, bestehen vor allem

  in der verhältnismäßig sehr langen Behandlungs-

  dauer vom mehreren Stunden bei hohen Tempera-

  turen, durch die die Verfahren teuer werden. und

  N\-eher in der Notwendigkeit, die zu behandelnden

  Gegenstände, die in die Schutzmasse eingebettet

  m erden, in einen geschlossenen Behälter ztt packen,

  da bei dem Erhitzen keine Luft zutreten darf. Die: bedeutet eine weitere Komplizierung bei der Durchführung des Verfahrens und auch eine Beschränkung in dessen Anwendung auf kleinere Gegenstände.
• Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren, um Gegenstände aus Eisen oder Stahl an der Oberfläche durch Einwirkung einer Siliciumkarbid enthaltenden Masse bei hoher Temperatur hinsichtlich ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften zu verbessern. Das neue Verfahren zeichnet sich neben seiner hohen Wirksamkeit durch besondere Einfachheit, Billigkeit und Zuverlässigkeit aus. Es bedarf zu seiner Durchführung keiner besonderen Vorrichtungen, es kann in beliebiger, auch in sauerstoffhaltiger Atmosphäre vorgenominen werden, es nimmt nur wenige Minuten Behandlungszeit in Anspruch und ist grundsätzlich von der Gestalt und Größe der zu behandelnden Gegenstände unabhängig. Dementsprechend besteht der erfindungsgemäße Weg darin, die Siliciumkarbid enthaltende -fasse als eine Art Schlicker auf den zu behandelnden Gegenstand zu bringen und nach Trocknung durch kurzzeitiges Erhitzen des Gegenstandes auf eine hohe Temperatur aufzubrennen, worauf der Gegenstand sofort abgeschreckt werden kann. Die Anwendung der Schutzmasse in Form eines Schlickers, d. h. in einem verhältnismäßig dünnflüssigen Zustand, gestattet einen schnellen, einfachen Auftrag auf den zu behandelnden Gegenstand, z. B. durch Tauchen, Streichen, Spritzen oder auf eine andere bekannte `'eise. Dieser Weg bedeutet einen sparsamen Verbrauch der Schutzmasse und erheblichen Zeitgewinn; der unmittelbar haftende Auftrag gewährleistet außerdem eine besonders intensive und schnelle Einwirkung der Schutzmasse bei dem Erhitzungsvorgang auf den zu behandelnden Gegenstand. Zur Herstellung eines derartigen Schlickers wird die -fischung kolloidfein gemahlen und mit Wasser angerührt. Sie muß solche Zusätze enthalten, daß auch bei längerem Stehen kein Absetzen einzelner Bestandteile eintritt. Dies kann durch den Zusatz an sich bekannter Stehmittel erreicht werden. Nach schnellem Trocknen des aufgetragenen Schlickers erfolgt das Erhitzen des Gegenstandes auf eine Temperatur, die zur wirksamen Durchführung des Verfahrens mit Rücksicht auf die Zusammensetzung des Grundstoffes für geeignet herausgefunden worden ist. Dieser Glühvorgang kann in jedem beliebigen Ofen bzw. in jeder Ofenatmosphäre ohne weiteres durchgeführt werden; besondere Schutzvorrichtungen sind also nicht erforderlich. Die erfindungsgemäße Masse soll so zusammengesetzt werden, daß etwaiger Sauerstoff aus der Ofenatmosphäre nicht die Möglichkeit besitzt, sich mit dem Silicium des Siliciumkarb ds bei der Glühtemperatur zu verbinden. Der Sauerstoff soll also an andere Bestandteile der Schutzmasse gebunden werden bzw. von dem frei gewordenen Silicium durch die Bildung einer besonderen Schutzschicht getrennt bleiben. Um den Silicierungsvorgang zu beschleunigen, einpliehlt es sich, die Glühtemperatur möglichst hoch zu wählen. Selbstverständlich ist dabei auf den Grundwerkstoff hinsichtlich seines Erweichungspunktes und seiner Umwandlungspunkte Rücksicht zu nehmen. Andererseits kann bei BenutzungbestimmterGrundwerkstoffe eine niedrigere Aufbrenntemperatur er-' wünscht bzw. erforderlich sein, die durch die Art der Zusammensetzung der Schutzmasse, etwa durch den Zusatz von FluBmitteln, erreicht werden kann.
• Das Abschrecken des Gegenstandes nach der Erhitzung, z. B. in Wasser oder auf eine sonstige an sich bekannte Weise, kann aus verschiedenen Gründen vorgenommen werden. Will man z. B. eine tiefer gehende Einwirkung der Schutzmasse auf den Grundwerkstoff erreichen, so empfiehlt sich eine ein-oder mehrfache Wiederholung des Glühvorganges nach jedesmal neuem Auftrag der Schutzmasse. Zu diesem Zweck muß der Gegenstand vor dem neuen Auftrag erst möglichst vollständig von den Schlakkenresten des vorhergehenden Glühvorganges gereinigt werden. Dies erreicht man aber durch das Abschrecken am gründlichsten, da hierbei ein Abplatzen der Verunreinigungen eintritt. Dieselbe Behandlung ist dann zweckmäßig, wenn der einem einmaligen Glühvorgang unterworfene Gegenstand eine möglichst saubere und -laxte Oberfläche aufweisen soll.
• Die Praxis hat die Brauchbarkeit des neuen Verfahrens bereits erwiesen. Aus einem bekannten hochhitzebeständigen Stahl bestehende Außenschutzrohre fürThermoelemente @vurden gemäß der Lehre der Erfindung behandelt. Es zeigte sich bei der anschließenden betrieblichen Benutzung eine erhebliche Erhöhung der Lebensdauer dieser Schutzrohre gegenüber nicht behandelten Rohren aus gleichem Werkstoff. Bei dem verhältnismäßig hohen Preis von Gegenständen aus derartigen Sonderstählen und bei der schwierigen Beschaffung ergibt sich daher aus der Erfindung ein entsprechend hoher wirtschaftlicher Nutzen. Die bei den genannten Rohren verwendete Schutzmasse setzt sich wie folgt zusammen: 65 Gewichtsteile Siliciumkarbid, 35 Gewichtsteile Zement, 20 Gewichtsteile c95o/oiges Silicium und 15 Gewichtsteile weißer Ton. Die Mischung wurde kolloidfein gemahlen und mit Wasser zu einem Schlicker angerührt. Die mit dieser Masse angestrichenen, vorher gründlich gereinigten Schutzrohre wurden nach dem Trocknen wenige Minuten einer Temperatur von etwa 1300 bis 1400' C in einem gewöhnlichen Ofen ausgesetzt und anschließend in Wasser abgeschreckt. Bei dem GCühvorgang bildete sich ein t71>erzug, bestehend aus einer äußeren dunklen Haut, die heim Abschrecken größtenteils abplatzte und als Rest der an der Oberflächenveränderung der Schutzrohre nicht unmittelbar beteiligten Zuschlagstoffe zu betrachten ist, und aus einer darunterliegenden metallisch weißglänzenden Sc'hic'ht, die sehr fest auf dem Grundwerkstoff haftete. Die Bildung dieser hellen Schicht beruht auf einer Anreicherung der Oberfläche des Grundwerkstoffes mit Silicium, das aus dem bei der hohen Temperatur aufgespaltenen Siliciumkarbid in den Grundwerkstoff eingewandert ist. i Das Schliffbild zeigte an der Oberfläche der Rohre eine Schicht von cutektischem Gefüge, die mit dem darunter befindlichen Grundwerkstoff metallographisch verzahnt war. Es ist anzunehmen, daß das ans der Schutzmasse stammende Silicium mit dem Eisen, vielleicht auch mit anderen Bestandteilen des Grundwerkstoffes, ein 1?utektikuin bildet, während der Kohlenstoff des Siliciumkarbids die Aufgabe hat, das durch den Zerfall des Siliciumkarbids frei \%-erdende Silicium iin_lttgenblick seines Entstehens gegen den Sauerstoff der Ofenatmosphäre durch Bildung von Kohlenoxyd oder Kohlendioxyd zu schützen. Die Zuschlagstoffe der Schutzmasse erleichtern <las Zustandekoniinen der geschilderten Schätzschicht und unterstützen die :Xufgal>e des Kohlenstoffes insofern, als sie eine Art Schlacke bilden, die sich auf der eigentlichen Schutzschicht bildet und <lern Sauerstoff aus der Ofenatmosphäre den "Zutritt zu (lein Silicium verwehrt, so (laß dieses sich mit dein Grundwerkstof verbinden kann.
• Die in der geschilderten Weise behandelten Schutzrohre weisen neben einer Erhöhung der Hitzebeständigkeit bzw. neben der schon genannten erheblichen gröl3ereitl_el)etisdauer eineaußerordentliche Oberflächenhärte und auch eine bemerkenswerte \Vi(ferstan(isfäliigkeit gegen Säurelösungen auf. Die genannte Zusammensetzung der Masse hat lediglich grundsätzliche Bedeutung, sie kann in Anpassung an die verschiedenen Anwendungsmöglich; keiten bei den einzelnen Eisen- und Stahlsorten hinsichtlich der Größe des :\titeils der einzelnen Bestandteile sowie hinsichtlich der Bestandteile selbst verändert werden, soweit die grundsätzliche Wirkung dieselbe bleibt. Beispielsweise kann derAnteil des reinen Siliciums bis auf Null herabgesetzt werden, ferner kann an Stelle von Zement Glasmehl oder ein Glasftuß von ähnlicher Zusammensetzung, z. 13. bestimmte hüttenmännische Schlacken, in Staubform benutzt werden. Zweckmäßig ist es, als Ausgangsstoff für (las Siliciumkarbid Siliciunikarl» dschleifscheiben zu nehmen, und zwar in erster Linie die Reste verbrauchter Scheiben. Neben der wirtschaftlichen Bedeutung dieser Maßnahme ergibt sich der Vorteil, daß die in diesen Scheiben enthaltenen Bindestoffe der Durchführung des neuen Verfahrens zugute kommen. Die Anwendungsmöglichkeit der Erfindung ist weitreichend. Zunächst eignen sich alle Stahl- und Eisensorten, d. h. legierte und unlegierte Stähle sowie gewöhnliches oder legiertes Gußeisen. Es ist also möglich, gewöhnliche Kohlenstoffstähle durch Anwendung des neuen Verfahrens für solche Gegenstände zu wählen, die entweder höheren Temperaturen als der normalen ausgesetzt sind, wobei allerdings durch die Volumenveränderung bei Überschreiten des L?rntvandlungspunktes eitieGrenze gezogen ist, oder bei denen es auf Korrosionsbeständigkeit, etwa gegen schwache Säurelösungen, ankommt, oder schließlich für Gegenstände, die auf Verschleiß beansprucht werden. Weiter kann durch die Erfindung der Anwendungshereich der sogenannten warmfesten Stähle nach oben hin erweitert werden, d. h. <fiese Stähle sind bei höheren Temperaturen als bisher eitisetzhar, zumindest aber kann die Lebensdauer der aus ihnen hergestellten Gegenstände bei den bisher üblichen Temperaturen verlängert werden. Dasselbe gilt für die hitzebeständigen und hochhitzebeständigen Stähle, wozu dann noch der erhöhte Widerstand gegen Korrosion und gegen Verschleiß tritt. Grundsätzlich dasselbe läßt sich für die verschiedenen Gußeisensorten sagen. Die Anwendungsgebiete der warmfesten und hitzebeständigen Stähle ebenso wie die von korrisionsbeständigen und verschleißfesten Werkstoffen sind an sich im einzelnen bekannt, so daß hier keine Aufzählung aller für die Erfindung in Betracht komineriden Gegenstände vorgenommen zti werden braucht.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Verbesserung der Oberfläche von Gegenständen aus Eisen oder Stälil (furch Einwirkung einer Siliciumkarbid enthaltenden Masse bei hoher Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß die blasse in Form eines Schlickers durch Spritzen, Tauchen u. dgl. auf den Gegenstand gebracht und nach Trocknung dieser kurzzeitig auf hohe Temperatur erhitzt wird, worauf ein Abschrecken des Gegenstandes vorgenommen werden kann.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dem den Hauptbestandteil der Masse bildenden Siliciumkarbid solche Stoffe beigegeben werden, die als Flußmittel wirken und/oder die Bildung einer luftabschließenden Schlackenschicht begünstigen.
3. 3. Masse zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch r und 2, bestehend aus etwa ,4o bis 6o% Siliciumkarbid, 2o bis 30% Zement, io bis 20% Silicium und io bis 2o% Ton. .
4. 4. Masse nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsstoff für das Siliciumkarbid Schleifscheibenmasse, vorzugsweise in Form von Resten verbrauchter Schleifscheiben, benutzt wird.
5. 5. Masse nach Anspruch i bis d gekelinzeichriet durch den teilweise oder völligen Ersatz des Zements durch Glasmehl oder einen Glasfluß ähnlicher Zusammensetzung, z. 13. durch hüttenn u änn' ische Schlacke in Mehlform.