EP0103717A1 - Inertes Salzbad zum Erwärmen von Stählen - Google Patents
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- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/34—Methods of heating
- C21D1/44—Methods of heating in heat-treatment baths
- C21D1/46—Salt baths
Definitions
- the invention relates to an inert salt bath for heating steels to austenitizing temperatures, consisting of a mixture of essentially alkali and alkaline earth chlorides and a regenerator.
- the parts To harden steel parts such as tools, the parts must be heated to the austenitizing temperature. In many cases, this heating takes place in salt baths. However, the heating in the salt bath must be such that the surface of the components to be hardened does not undergo any chemical changes.
- the salt baths used should therefore, for example, neither exert an oxygen effect, which could result in decarburization, nor should carburization take place which, at the appropriate hardening temperatures, can possibly lead to melting and thus destruction of the workpieces. Nor should they have a corrosive effect.
- Melting salts for heating steel parts to austenitizing temperatures generally contain chlorides of alkali and alkaline earth metals, mostly chlorides of sodium, potassium and barium.
- the composition depends on the particular application, in particular on the working temperature, ie the melting point of the salt mixture. Melting of this kind, which comes from very pure substances are generally met the requirements placed on the surface quality, they are inert.
- the production of such glow baths from very pure substances is very expensive, so that lower-quality starting materials have to be used and the baths are thus no longer inert.
- even originally inert glow baths lose their inert character due to the introduction of impurities, in particular the inevitable introduction of iron oxide, detergent residues, processing oils, etc. This not only leads to decarburization of the workpieces, but also to an increased corrosion attack on the components and the electrodes of the furnaces containing the molten salts and thus at higher costs.
- regenerators or regeneration processes are used. It is known that molten salt for high-temperature baths, for example for hardening high-speed steel, can be added with methyl chloride, thereby avoiding decarburization. However, the success of this treatment is often insufficient and in any case only temporary, since methyl chloride must not be introduced into the melt during the treatment of workpieces.
- regenerators are, for example, silicon or silicon carbide.
- silicon generally serves the desired purpose, ie prevents decarburization, the silicon is occasionally sintered onto the workpiece surface, which may result in irreparable damage. It also forms generally a tough sludge in the molten salt that is difficult to remove.
- Silicon carbide has practically the same disadvantages as silicon itself, but above all it cannot be used if carburizing of the workpiece surface must be avoided under all circumstances.
- This object has been achieved according to the invention in that 0.01 to 2% by weight of a carbon and nitrogen-containing polymeric organic compound is added to the salt mixture as regenerator. These compounds can be added to the bath during operation or during the preparation of the salt mixture or salts.
- Polymeric triazine compounds, polymeric hydrocyanic acids, polymeric carboxamides and / or polymeric urea have proven particularly useful as regenerators.
- the degree of polymerization must be chosen so that the reaction in the bath is not too stormy. In some cases degrees of polymerization n> 3 are already sufficient, but they are preferably much higher.
- Suitable regenerators are triaminotriazine-formaldehyde condensation products and in particular melon, a polymerization product of melamine, which can be prepared by heating melamine to temperatures of 500.degree.
- melon a polymerization product of melamine
- other nitrogen-containing polymeric organic compounds such as cyanuric acid or azulmic acid, have also proven successful.
- the baths can be operated at temperatures from 700 to 1300 ° C,
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Abstract
Es wird ein inertes Salzbad zum Erwärmen von Stählen auf Austenitisierungstemperatur beschrieben, bestehend aus einem Gemisch von im wesentlichen Alkali- und Erdalkalichloriden und einem Regenerator, das keine Schlammbildung zeigt, keine Korrosion und keine Aufschmelzungen auf den Oberflächen der behandelten Teile verursacht und auch bei relativ tiefen Temperturen betrieben werden kann. Dazu versetzt man das Salzgemisch mit 0,01 bis 2 Gew.% einer Kohlenstoff und Stickstoff enthaltenden polymeren organischen Verbindung, insbesondere mit Melon.
Description
- Die Erfindung betrifft ein inertes Salzbad zum Erwärmen von Stählen auf Austenitisierungstemperaturen, bestehend aus einem Gemisch von im wesentlichen Alkali- und Erdalkalichloriden und einem Regenerator.
- Zum Härten von Stahlteilen, wie beispielsweise Werkzeugen, müssen die Teile auf die Austenitisierungstemperatur erwärmt werden. Diese Erwärmung erfolgt in vielen Fällen in Salzbädern. Dabei muß die Erwärmung im Salzbad aber so erfolgen, daß die Oberfläche der zu härtenden Bauteile keinerlei chemische Veränderungen erfährt. Die verwendeten Salzbäder sollen also zum Beispiel weder eine Sauerstoffeinwirkung ausüben, wodurch Entkohlung eintreten könnte, noch sollte eine Aufkohlung stattfinden, die bei entsprechenden Härtetemperaturen eventuell zu Aufschmelzungen und damit zur Zerstörung der Werkstücke führen kann. Auch sollen sie nicht korrodierend wirken.
- Salzschmelzen zum Erwärmen von Stahlteilen auf Austeniti-sierungstemperaturcenthalten im allgemeinen Chloride der Alkali- und Erdalkalimetalle, meist Chloride von Natrium, Kalium und Barium. Die Zusammensetzung richtet sich nach dem besonderen Anwendungsfall, insbesondere nach der Arbeitstemperatur, d.h. dem Schmelzpunkt des Salzgemisches. Schmelzen dieser Art, die aus sehr reinen Substanzen hergestellt werden, erfüllen im allgemeinen die gestellten Anforderungen an die Dberflächenqualität, sie sind inert. Die Herstellung derartiger Glühbäder aus sehr reinen Substanzen ist jedoch sehr teuer, so daß man geringerwertige Ausgangsstoffe verwenden muß und damit die Inertheit der Bäder verliert. Dazu kommt, daß selbst ursprünglich inerte Glühbäder durch das Hereinschleppen von Verunreinigungen, insbesondere durch das unvermeidliche Hereinschleppen von Eisenoxid, Waschmittelreste, Bearbeitungsöle usw..ihren inerten Charakter verlieren. Dadurch kommt es nicht nur zur Entkohlung der Werkstücke, sondern auch zu einem vermehrten Korrosionsangriff auf die Bauteile und die Elektroden der die Salzschmelzen enthaltenden Öfen und damit zu höheren Kosten.
- Um dennoch die gewünschte Inertheit der Salzschmelzen zu erreichen, arbeitet man mit sogenannten Regeneratoren oder Regenerierungsverfahren. Es ist bekannt, daß man Salzschmelzen für Hochtemperaturbäder, beispielsweise zum Härten von Schnellarbeitsstahl, Methylchlorid zusetzen kann, wodurch eine Abkohlung vermieden wird. Der Erfolg dieser Behandlung ist jedoch oft nicht ausreichend und auf jeden Fall nur vorübergehend, da während der Behandlung von Werkstücken eine Methylchlorideinleitung in die Schmelze nicht erfolgen darf.
- Andere Stoffe, die als Regeneratoren verwendet werden, sind z.B. Silizium oder Siliziumcarbid. Das Silizium erfüllt zwar im allgemeinen den gewünschten Zweck, d.h. verhindert die Abkohlung, jedoch kommt es gelegentlich zum Aufsintern des Siliziums auf die Werkstückoberfläche, womit unter Umständen irreparable Schäden entstehen. Außerdem bildet es im allgemeinen einen schwer entfernbaren zähen Schlamm in der Salzschmelze.
- Siliziumcarbid hat praktisch die gleichen Nachteile wie das Silizium selbst, kann aber vor allen Dingen dann nicht verwendet werden, wenn eine Aufkohlung der Werkstückoberfläche unter allen Umständen vermieden werden muß.
- Ähnlich arbeiten Regenerierungsverfahren, bei denen Kohle oder Graphit verwendet wird, z.B. in Form von Stäben, die in die Schmelze getaucht werden. Auch hier ist nicht zu vermeiden, daß Kohlepartikelchen im Bad verbleiben und damit eine aufkohlende Wirkung hervorrufen.
- Besonders wirksame Regenerierungssubstanzen sind für die sogenannten Hochtemperaturbäder gefunden worden. Dort verwendet man Magnesiumfluorid in Mischung mit Bortrioxid als Regenerator. Solche Bäder sind absolut inert. Diescsetzt jedoch voraus, daß verhältnismäßig große Mengen von Magnesiumfluorid (z.B. 6%) verwendet werden. Dieser hohe Zusatz führt jedoch zu einem verhältnismäßig hohen Schlammanfall aus Magnesium- und Eisenoxid, was in solchen Fällen stört, wo die Elektrodenbeheizung der Salzbäder vom Boden her erfolgt. In solchen Fällen ist die Verwendung dieser Regeneratoren nicht möglich. Außerdem sind sie nur bei Temperaturen über 1.100 C verwendbar.
- Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein inertes Salzbad zum Erwärmen von Stählen auf Austenitisierungstemperatur zu finden, bestehend aus einem Gemisch von im wesentlichen Alkali- und Erdalkalichloriden und einem Regenerator, daß auch bei relativ tiefen Temperaturen wirkt, keine Korrosion und keine Aufschmelzungen auf den Oberflächen der behandelten Teile hervorruft und keine Schlammbildung in der Salzschmelze verursacht.
- Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Salzgemisch als Regenerator 0,01 bis 2 Gew.% einer Kohlenstoff und Stickstoff enthaltenden polymeren organischen Verbindung zugesetzt wird. Diese Verbindungen können dem Bad während des Betriebs oder bereits bei der Herstellung des Salzgemisches bzw. der Salze zugesetzt werden.
- Besonders bewährt als Regeneratoren haben sich polymere Triazinverbindungen, polymere Cyanwasserstoffsäuren, polymere Carbonsäureamide und/oder polymerer Harnstoff. Der Polymerisationsgrad muß dabei so gewählt werden, daß die Reaktion im Bad nicht zu stürmisch abläuft. Zum Teil sind Polymerisationsgrade n>3 bereits ausreichend, vorzugsweise liegen sie jedoch wesentlich höher.
- Geeignete Regeneratoren sind Triaminotriazin-Formaldehyd-Kondensationsprodukte und insbesondere Melon, ein Polymerisationsprodukt des Melamins, herstellbar durch Erwärmen von Melamin auf Temperaturen von 500°C. Bewährt haben sich jedoch auch andere stickstoffhaltige polymere organische Verbindungen, wie Cyanursäure oder Azulminsäure. Die Bäder können bei Temperaturen von 700 bis 1300°C betrieben werden,
- Folgende Beispiele sollen das erfindungsgemäße Salzbad näher erläutern:
- 1. Ein Glühsalzbad mit 70 % Bariumchlorid und 30 % Alkalichlorid wird bei Temperaturen von 1050°C eingesetzt, um Werkzeuge aus Warmarbeitsstahl zu härten. Trotz Regenerierung mit Silizium zeigt eine Stahlfolie mit einem Xohlenstoffgehalt von 1 %, die 20 Minuten bei dieser Temperatur in das Bad gehängt und dann abgeschreckt wurde, einen starken Gewichtsverlust von ca. 180 mg/dm2. Stahlwerkzeuge, die in diesem Bad behandelt wurden, zeigten insbesondere an den feinbearbeiteten Oberflächen kräftige Anfressungen, die die Weiterverarbeitung des Werkzeuges unmöglich machten. Die Werkzeuge sind Ausschuß.
- Dem gleichen Bad wurden dann 0,05 % Melon zugesetzt. Nach Beendigung der nach der Zugabe einsetzenden Reaktion zeigte eine Folie, die wie oben beschrieben behandelt wird, nur noch einen Gewichtsverlust von ca. 20 mg/dm2. Stahlwerkzeuge, die darin behandelt wurden, hatten einwandfreie Oberflächen.
- 2. Bei einem weiteren Versuch, unter Bedingungen wie unter Beispiel 1 geschildert, wird das Glühbad von vornherein mit einer Mischung angesetzt, die außer Alkali- und Erdalkalichloriden ca. 1 % Melon enthält. Die in diesem Bad behandelten Werkzeuge aus Warmarbeitsstahl waren frei von Oberflächenkorrosion.
- 3. Ein magnesiumfluoridhaltiges Bad wird wie folgt angesetzt:
- ca. 98,0 % Bariumchlorid
- ca. 1,0 % Magnesiumfluorid
- ca. 0,2 % B 2 0 3 0,5 % Melon
- In einem solchen Bad behandelte Werkzeuge aus Schnellarbeitsstahl weisen keine Abkohlung auf. Eine 20 Minuten bei 1220oC behandelte Folie mit einem Ausgangskohlenstoffgehalt von 1,0 % hat nach Abschluß dieser Behandlung immer noch einen Kohlenstoffgehalt von über 0,9 %, was beweist, daß das Bad praktisch nicht abkohlt. Der Gewichtsverlust einer Folie liegt bei 80 mg/dm2, ohne Zusatz von Melon führen derartige Schmelzen zu Gewichtsverlusten von über 200 mg/dm2.
- Der Versuch wird nach 50 Laufstunden des Bades wiederholt. Bei den geringen Magnesiumfluoridgehalten hätte das Bad ohne Melonzusatz stark abkohlende Wirkung gezeigt. Mit Melonzusatz verhält sich das Bad jedoch genauso inert wie bei der Inbetriebnahme
Claims (4)
1. Inertes Salzbad zum Erwärmen von Stählen auf Austenitisierungstemperatur, bestehend aus einem Gemisch von im wesentlichen Alkali- und Erdalkalichloriden und einem Regenerator, dadurch gekennzeichnet, daß dem Salzgemisch als Regenerator 0,01 bis 2 Gew.% einer Kohlenstoff und Stickstoff enthaltenden polymeren organischen Verbind dung zugesetzt wird.
2. Inertes Salzbad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Regenerator polymere Triazinverbindungen, polymere Cyanwasserstoffsäuren, polymere Carbonsäureamide und/oder polymerer Harnstoff zugesetzt werden.
3. Inertes Salzbad nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Regenerator Melon zugesetzt wird.
4. Inertes Salzbad nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es zwischen 700 und 13000C betrieben wird.
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