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Flüssiges Salzbad, insbesondere Warmbad, für die Wärmebehandlung von
Stählen und Metallen Die Erfindung bezieht sich auf flüssige Salzbäder, insbesondere
Warmbäder für die Wärmebehandlung und die Oberflächenreinerhaltung von Stählen und
Nichteisenmetallen.
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Warmbäder haben den Zweck, sowohl die Temperatur des zurr Abkühlen
eingetauchten Werkstückes zu vermindern als auch das behandelte Werkstück bei der
verminderten Temperatur zu halten, bis es die gewünschten Eigenschaften angenommen
hat. Beispielsweise wird Stahl in einem Hochtemperaturbad oder in einem Ofen auf
eine Temperatur oberhalb des oberen kritischen Punktes des Stahles erhitzt und sodann
in ein Anlaßkühlbad verbracht, dessen Temperatur unterhalb der unteren kritischen
Temperatur des Stahles liegt. Bei solchen Bädern ist es nun schwierig, eine ausreichende
Umlaufbewegung des Bades um das Werk= stück herum zu erreichen. Bleibt das Bad nicht
im Zustand der Bewegung, so erhitzt es sich örtlich am Werkstück so stark, daß das
Werkstück nicht so rasch abgekühlt wird, wie es erwünscht ist. Außerdem schwankt
die Temperatur an den verschiedenen Stellen so stark, daß im Werkstück beträchtliche
innere Spannungen entstehen und es so übermäßig beansprucht wird, daß es sich z.
B. verziehen und andere bleibende Formänderungen erleiden kann.
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Mit mechanischen Rührvorrichtungen ist es zwar möglich, das Salz in
ständigem Umlauf zu halten und hierdurch dem Salz eine mehr oder weniger gleichmäßige
Temperatur zu geben. Diese Vorrichtungen
genügen aber nicht, um
das Problem des Salzflusses in der Umgebung der Oberflächen des Werkstückes befriedigend
zu lösen.
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Es wurde nun gefunden, daß sich für den Zweck der vollständigen und
gründlichen Umlaufbewegung des Bades mit erheblichen Vorteilen die bekannte Tatsache
gut verwerten läßt, daß gewisse, vorzugsweise zinkchloridhaltige Salzbäder das Wasser
bei Temperaturen zurückhalten, die über dem Siedepunkt des Wassers, aber unterhalb
37z° liegen. Der Zusatz von Wasser zu derartigen Bädern bringt verschiedene vorteilhafte
Wirkungen mit sich, vor allem eine starke, mehr oder weniger regelmäßige Bewegung
bzw. Eigenbewegung des Bades, sodann auch eine gründliche Reinigung oder Reimerhaltung
der Oberflächen des metallischen Werkstückes.
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Wie festgestellt wurde, ist die Menge an. Wasser, die von dem flüssigen
Salzbad zurückgehalten wird, der Temperatur des Bades umgekehrt proportional. Wenn
demgemäß das Bad mit Wasser bei einer niedrigeren Temperatur, z. B. von 2o4°, gesättigt
ist, wird ein gewisser Teil dieses Wassers als Dampf freigesetzt, sobald das Bad
auf 37i° oder darüber erhitzt wird.
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Gelangt das Werkstück, das auf eine Temperatur zwischen 48z und 1o65°
erhitzt ist, in das bei 204 bis 2z6° betriebene Warmbad, so entsteht eine starke
Bewegung des Bades an und in der Nähe der Oberflächen des Werkstückes. Wahrscheinlich
ist dies auf die heiße Masse des Werkstückes zurückzuführen, welches das Bad veranlaßt,
das Wasser in Form von Dampf herauszutreiben, wodurch der betreffende Teil des Bades
zum Sieden gebracht wird. Der aufsteigende Dampf, der nach oben in den kühleren
Teil des Bades gelangt, wird dort kondensiert und in dem Bad wieder absorbiert.
Werden große Mengen hocherhitzter Massen in das Bad eingetaucht, dann verliert sich
eine gewisse Menge Wasser aus dem Bad als Dampf. Im praktischen Betrieb ist es daher
erwünscht, dem Bad ständig so viel Wasser zuzuführen, wie zum Ersatz des verdampften
Wassers erforderlich ist.
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Die reinigende oder reimerhaltende Wirkung des Bades gemäß der Erfindung
ist sowohl bei Eisen als auch bei Nichteisenmetallen, die auf 1490 oder höher erhitzt
werden, erheblich. Kupfer, Messing oder Bronze werden schnell von allen Verfärbungen
und Oxyden befreit. Das Behandlungsgut verläßt das Bad sauber, strahlend und glänzend.
Offenbar aktiviert das Wasser die Wirksamkeit des Bades.
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Wie weiter gefunden wurde, können an Stelle von Zinkchlorid auch Ferrichlorid
(6 H20) und Kaliumazetat verwendet werden; die Wirksamkeit dieser Substanzen ist
etwas geringer als diejenige von Zinkchlorid. Sehr zweckmäßig wird Zinkchlorid im
Bad in einer Menge angewendet, die größer ist als die Menge jedes anderen Salzes
im Bad. Wasser soll dabei mehr als 10/0 und nicht mehr als 3o Gewichtsprozent
des flüssigen Bades ausmachen. Besteht das Bad zur Hauptsache aus geschmolzenen"
Salzen, so soll der Wassergehalt ungefähr 2,5 Gewichtsprozent bei 26o0 und über
30 °/o bei 1210 ausmachen.
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Sehr günstige Verhältnisse ergeben sich, wenn das Bad außer Wasser
und Zinkchlorid ein Alkalimetallchlorid und ein Alkalimetallfluorid enthält und
die Warmbadbehandlung im Temperaturbereich zwischen 12i und 37z° durchgeführt wird.
Besonders vorteilhaft soll dabei das Zinkchlorid 6o bis 8o Gewichtsprozent des Salzes
im Bad ausmachen, während der prozentual ausgleichende Rest der Salze aus Kaliumchlorid,
Natriumchlorid und Natriumfluorid besteht. Beste Bedingungen ermöglicht eine Zusammensetzung
des Bades aus 6o bis 8o °/o Zinkchlorid, 8 bis 18 °/o Kahumchlorid, io bis 18 °/o
Natriumchlorid, 0,25 bis 4 %
Natriumfluorid und Wasser, wobei die hieraus
bevorzugte Zusammensetzung 73,5 % Zinkchlorid, 12 °/o Kaliumchlorid, 14 °/o Natriumchlorid
und 0,5 °/o Natriumfluorid beträgt; die Prozentsätze sind Gewichtsprozente.
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Zahlreiche Versuche haben bei Anwendung der oben angegebenen Zusammensetzung
des Bades, ferner bei Verminderung der Temperatur des Bades von 37z° an bei gleichzeitiger
Zugabe von Wasser ergeben, daß in dem Bad folgende Wassermengen zurückgehalten werden,
bevor das Bad zum Sieden kommt
| Temperatur Wassermenge |
| (> C) (°/o) |
| bei 371 ein geringer Bruchteil von i |
| bei 343 etwa 0,5 |
| bei 316 etwa i,o |
| bei 287 etwa 1,5 |
| bei 26o etwa 2,5 |
| bei 232 . etwa 4,0 |
| bei 204 etwa 6,o |
| bei 176 über ii,o |
| bei 149 etwa 2o,o |
| bei 121 über 30,0 |
Die Prozentsätze sind Gewichtsprozente. Sie geben Annäherungen an die tatsächlich
erhaltenen Ergebnisse wieder. Der barometrische Druck wurde nicht berücksichtigt,
insoweit die Versuche zur Begründung der Anwendungsmöglichkeiten des Bades als kommerzielles
Objekt dienten, wo die übliche Betriebstemperatur solcher Bäder zwischen 2x6 und
2o4° liegt.
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Das Salzbad kann von außen oder von innen beheizt werden. Vorzugsweise
erfolgt die Beheizung mittels Wechselstrom und Chromeisen- oder Nickelelektroden,
die in das Bad eingetaucht werden, zweckmäßig in einem Metallbehälter. Auch können
Widerstandsheizkörper zum Eintauchen verwendet werden; in diesem Falle ist es vorteilhaft,
eine Nickelhülle zu verwenden.