Wynalazek dotyczy cieplnego trakto¬ wania nieutleniajacych sie stopów o duzej zawartosci niklu lub o duzej zawartosci ni¬ klu i chromu, dajacego nowe wyniki prze¬ myslowe.Znane sa oddawna wyjatkowe wlasno¬ sci niestalych stopów zelazoniklowych o duzej zawartosci niklu oraz stopów zela¬ zo-niklowych chromowanych, które, a zwla¬ szcza te ostatnie, posiadaja liczne zna¬ mienne zalety, dzieki którym sa one szcze¬ gólnie cenne w calym szeregu przypadków, w których kladzie sie nacisk na niektóre pozadane wlasnosci fizyczne lub naogól na nieutlenialnosc, na odpornosc na nagryzanie kwasami lub roztworami soli (takie wlasno¬ sci posiadaja niektóre chromowane stopy zelazo-niklowe), na wplywy temperatury, na dzialanie czynników utleniajacych w wysokiej temperaturze, na pare wodna, przyczem te wlasnosci musza byc polaczo¬ ne z duza wytrzymaloscia mechaniczna na goraco, a mianowicie w przypadku stosowa¬ nia owych stopów do wyrobu lopatek do turbin parowych, klap w silnikach spalino¬ wych i o spalaniu wewnetrznem, do wyrobu czesci zaworów i rur parowych i t. d. Ta¬ kie stopy sa przedmiotami wynalazków, podanych w nastepujacych patentach: pol¬ skim Nr 826, francuskim Nr 496.928 oraz dodatkowym don Nr 22790, polskich NrNr 1310 i 1398, francuskim Nr 586.225 oraz polskim Nr 13356.Te niestale stopy zelazo-niklowe z do-datkiem chromu i zawierajace ewentualnie, *T- opnócz §talp obecnego manganu, male ilo- spfkrzemu, tungstenu, molibdenu, wanadu, tytanu, cyrkonu, sa znamienne z punktu widzenia fizyko-chemicznego nieprzemien- noscia przy zmianie fazy. Skutkiem tego we wszystkich zazwyczaj stosowanych tem¬ peraturach mozna stwierdzic trwalosc sta¬ nu T w jakim znajduje sie zelazo, jak rów¬ niez trwalosc struktury wielopostaciowej (poliedrycznej), czyli tak zwanej austenicz- nej. Ta struktura, nie ulegajaca zmianom przy twardzeniu, utrzymuje sie przez caly czas trwania rozmaitego rodzaju cieplnych traktowan, dokonywanych w granicach od temperatury otoczenia do temperatury to¬ pienia przy jednoczesnej zmianie wielkosci ziarna.Poniewaz do tych stopów nie mozna zastosowac rodzaju utwardzania fizyko¬ chemicznego, jakiemu poddaje sie zwykle gatunki stali, gdyz w stopach tych zelazo nie moze juz powrócic do stanu <* w jakim znajduje sie w zwyklych gatunkach u- twardzonej stali, wiec nalezy przyjac, ze jedynie mechaniczne traktowanie moze u- twardzac te stopy; jedyne stosowane trak¬ towanie polegalo na zwyklem ponownem wyzarzeniu, które mialo glównie na celu unikniecie pózniejszego utwardzenia, usu¬ niecie wewnetrznych napiec, to znaczy me¬ chaniczne ujednorodnienie metalu, a przez to samo uszlachetnienie. Ograniczano sie wiec jedynie do utwardzania, jako do je¬ dynego srodka, zwiekszajacego twardosc stopu, która bez tego zabiegu byla stosun¬ kowo nieznaczna.Doswiadczenia wykazaly moznosc wy¬ wolywania wiekszych i zupelniejszych zmian twardosci stopów, co stanowi przed¬ miot niniejszego wynalazku, a mianowicie przy pomocy odpowiednich traktowan cieplnych oraz obecnosci takich dodatków, ijak glin i krzetai.W surowym metalu, nadajacym sie do walcowania lub do kucia, a nawet do odle¬ wania, wegiel znajduje sie czesciowo pod postacia stalego roztworu, a czesciowo jest polaczony z niektóremi obecnemi w nim metalami pod postacia zlozonych weglików, zawierajacych zelazo, chrom, jak równiez tungsten lub pierwiastki z grupy tungstenu, lobecne w stopie, o ile takie pierwiastki wogóle istnieja. Te wegliki maja forme ziarn o malych wymiarach, widzialnych pod mikroskopem, np. pod powiekszeniem linjowem, wynoszacem kilkaset jednostek, które sa rozproszone wewnatrz lub roz¬ mieszczone na narozach wieloscianów sta¬ lego roztworu, bedacego materjalem pod¬ stawowym. Ilosciowa zawartosc weglików zmniejsza sie w miare wzrostu temperatu¬ ry, gdyz rozpuszczalnosc wegla w materja- le podstawowym wzrasta. Dzieki traktowa¬ niu, polegajacemu na rozpuszczeniu wegli¬ ków oraz na nastepnem ich straceniu w od¬ powiednich warunkach cieplnych, mozna wedlug wynalazku spowodowac zmiany strukturalne, analogiczne do tych, które tlu¬ macza obecnie (naskutek doswiadczen, do których bardzo sie przyczynily laboratorja Towarzystwa zglaszajacego niniejszy pa¬ tent, stosujace metode dilatometryczna) u- twardzanie lekkich stopów w rodzaju ,,dur- aluminjum" lub tez analogiczne do tych, które zostaly zbadane w niektórych stopach olów-siarka, krzemek niklu, miedz-glucy- njum i t. d.Przez dostatecznie dlugie ogrzewanie w dosc wysokiej temperaturze uzyskuje sie rozpuszczenie wegla w stalym roztworze, tworzacym metaliczny materjal podstawo¬ wy, oraz przynajmniej czesciowy zanik ziarn weglika, o którym uprzednio wspo¬ mniano, przyczem zarówno temperatura, jak i czas ogrzewania sa zmienne i zaleza od skladu chemicznego i struktury zarówno wytwarzanego stopu, jak i surowego meta¬ lu, nadajacego sie do walcowania, kucia albo nawet do odlewania. Nastepnie stop zostaje nagle ochlodzony w ten sposób, by w zwyklej temperaturze utrzymac trwale - 2 —staly roztwór, uzyskany ha goraco przez ogrzewanie. Sposób oziebiania musi byc dostosowany do skladu stopu oraz do wy¬ palani wytwarzanych kawalków tworzywa: w zaleznosci od potrzeby stosuje sie badz zanurzanie do wody, badz do oleju lub tez zwykle oziebianie na powietrzu. Najwaz¬ niejsze jest to, by uzyskac dostateczna szybkosc, umozliwiajaca podczas ochla¬ dzania stracenie weglików, to znaczy wy¬ starczajaca do wykonania procesu „nad- twairdzania", przyczem ta ostatnia nazwa oznacza traktowanie utrwalajace stan, który na goraco jest staly.Nastepujace potem ogrzewanie, które¬ go temperatura i czas trwania zmieniaja sie wraz ze skladem chemicznym, ze struktura stopu oraz z warunkaimi nadtwardzania, pozwala dzieki .ponownemu straceniu sie wegla pod postacia malych ziarnek wegli¬ ka uskutecznic wyraznie utwardzenie sto¬ pu nie wywolujac jego kruchosci.Ten sposób stosuje sie do niestalych stopów zelazo-niklowych oraz do stopów zelaza, niklu i chromu, znamiennych pod wzgledem fizyko-chemicznym brakiem przemiany przy zmianie faz, a wiec tern samem trwaloscia we wszystkich zazwy¬ czaj stosowanych temperaturach stanu Y w jakim znajduje sie zelazo w danym przy¬ padku, a ogólnie powiedziawszy trwaloscia struktury wielosciennej, tak zwanej auste- nicznej; sklad takich stopów jest nastepu¬ jacy: wegiel 1% nikiel 6 do 80% chrom 0 do 40% mangan 0,3 do 4% krzem 0 do 3% tungsten ..... 0 do 10% molibden 0 do 10% wanad ..... 0 do 2% tytan 0 do 0,5% zelazo.... dopelnienie do 100% Stostinki ilosciowe poszczególnych skladników dobiera sie w ten sposób, ze zelazo znajduje sie w stopie w stanie T- (Nikiel mozna czesciowo zastapic kobal¬ tem, przyczem zawartosc procentowa tego ostatniego moze osiagnac polowe zawarto¬ sci niklu.Przyklad. Pret o srednicy 10 mm ze stopu, zawierajacego 0,35% wegla, 35% niklu i 11 % chromu i bedacy w stanie su¬ rowym, nadajacym sie do walcowania: granice sprezystosci ... 52 kg/mm2 obciazenie rozrywajace . . 74,5 kg/mm2 wydluzenie 27,9% po ogrzaniu do 1150° i po nastepujacem o- ziebieniu posiada on: granice sprezystosci . . . 28,1 kg/mm2 obciazenie rozrywajace . . 62,8 kg/mm2 wydluzenie 44,^% zas po ogrzewaniu w ciagu pól godziny w temperaturze 800° metalu uprzednio uszla¬ chetnionego uzyskuje sie: granice sprezystosci . . . 47,6 kg/mm2 obciazenie rozrywajace . . 82,3 kg/mm2 wydluzenie . . . . , - 18,2% Obciazenie rozrywajace próbki o wy¬ miarach 10 x 10 i o przekroju 10 x 8 (na¬ ciecie posiada okragle dno o promieniu 1 mm) jest rzedu 12 kg/cm2 w przypadku 'surowego metalu do walcowania, jak rów¬ niez w przypadku metalu calkowicie obro¬ bionego. To obciazenie rozrywajace moze przekroczyc 35 kg/cm2 w przypadku me¬ talu uszlachetnionego w temperaturze 1150°.Analogiczny wynik utwardzania mozna uzyskac przez ogrzewanie metalu w stanie surowym, nadajacym sie do walcowania, kucia a nawet odlewania, pomimo, ze to o- grzewanie naogól obniza ostateczne wyni¬ ki utwardzania. Powyzej wzmiankowany •stop, np. poddany w stanie surowym odpu¬ szczaniu w ciagu 12 godzin w temperatu¬ rze 600°, posiada nastepujace charaktery¬ stykii - 3 —granica sprezystosci . . . . 52 kg/mm2 obciazenie rozrywajace . . 93 kg/mm2 wydluzenie ....... 15% Wynik tego traktowania jest spotego¬ wany dzieki obecnosci glinu oraz dzieki zwiekszeniu zawartosci krzemu, naogól ten wynik mozna powiekszyc przez dowolny dodatek, bardziej rozpuszczalny na goraco, niz na zimno, w stopach zelazo-niklowych czystych lub chromowanych, który to do¬ datek daje sie stracic przez izotermiczne ogrzewanie po uprzedniem utrzymaniu go w stalym roztworze przez nadtwardzenie, lub przez inny dodatek, tworzacy ze sklad¬ nikami stopu polaczenie bardziej rozpu¬ szczalne na goraco, niz na zimno. Jest to wlasnie przypadek miedzi w obecnosci gli¬ nu lub krzemu, przyczem ten ostatni sklad¬ nik moze byc zastapiony przez skladnik o wlasnosciach analogicznych, np. przez be- ryl.Dzialanie tych dodatków zostalo zba¬ dane przy pomocy znanej metody dilato- metrycznej. Metoda ta zostala sprawdzona przy pomocy zwyklych doswiadczen me¬ chanicznych.Cieplne traktowanie wedlug opisanego sposobu, polegajace na utwardzaniu w wy¬ sokiej temperaturze, po którem nastepuje dluzsze izotermiczne ogrzewanie, stosuje sie do stopów o ponizszym skladzie: wegiel 1% nikiel 6 do 80% chrom ...... 0 do 40% mangan 0,3 do 4|% tungsten 0 do 10% molibden 0 do 10% wanad ..... 0 do 2% tytan 0 do 0,5% glin 1 do 7% miedz ...... 0 do 20% krzem ..... 0 do 5% zelazo . . . . . dopelnienie do 100% Stosunki ilosciowe poszczególnych sklad¬ ników sa takie, iz zelazo znajduje sie w stanie f, nikiel mozna czesciowo zastapic kobaltem.Temperatury utwardzania wahaja sie w granicach 800° a 1150°, a temperatury ogrzewania —400 a 900°. Czas trwania o- grzewania waha sie od 2 do 200 godzin.Glin tworzy okreslone stale roztwory ze stopami zelazo-niklowemi czystemi lub chromowanemi. Przy dostatecznej zawar¬ tosci glinu stop jest wlasciwie skupieniem dwóch stalych roztworów. Jeden z nich, zasobny w nikiel i glin, jest twardy i od¬ grywa wzgledem drugiego, tworzacego ma- terjal podstawowy, role weglików zelazo- niklowych z dodatkiem wegla.Przez nadtwardzanie, po którem naste¬ puje trwajace pewien okres czasu izoter¬ miczne ogrzewanie, uzyskuje sie znaczne stwardnienie strukturalne, a to dzieki zba¬ daniu reakcji, której mechanizm fizyko¬ chemiczny jest nastepujacy: 1. stop doprowadza sie przez ogrzewa¬ nie do stanu stalego roztworu, 2. stan ten utrzymuje sie na zimno przez nagle ochlodzenie, 3. rozklad tego „nadtwardzonego" sta¬ lego roztworu odbywa sie podczas izoter- micznego odpuszczania, trwajacego dosc dlugo i przebiegajacego w odpowiedniej temperaturze. Powrót do Stanu skupienia dwóch stalych roztworów na zimno, który 'odbywa sie w temperaturze nizszej od tem¬ peratury równowagi, zachodzi przy jedno- ozesnem utwardnieniu. Mechanizm tego u- twardnienia jest jak widac zupelnie inny od utwardnienia, które zachodzi przy utwar¬ dzaniu stali, której twardosc jest wywolana obecnoscia skladnika bardzo twardego, mar- tenzytu.Stop zelazo-niklowy np. o 45% niklu, zawierajacy poza tern oprócz 2% manganu 4% glinu, ogrzany do 1000°, ochlodzony w wodzie, nastepnie ponownie ogrzewany w ciagu 7 godzin w 550°, podlega zmianie, wskutek której twardosc w skali Brinella zmienia sie ze 135 na 180 kg/mm2. * — 4 -W tym przypadku, jesli stopy, zawie¬ rajace glin, poddaje sie dlugotrwalemu o- grzewaniu w stanie surowym, nadajacym sie do walcowania, kucia a nawet odlewa¬ nia, wystepuje równiez zjawisko utwardze¬ nia. Przy pomocy tego sposobu uzyskuje sie znaczne twardosci wedlug skali Bri¬ nella, które moga przekroczyc 230 kg/mm2 dla stopów zelazo-niklowych, zawieraja¬ cych glin oraz 300 kg/mm2 dla stopów ze¬ lazo-niklowych chromowanych, zawieraja- cych glin.Ponizej podano wyniki uzyskane dla stopu, zawierajacego: niklu 30% chromu 10% manganu 2% glinu 4% zelaza.... dopelnienie do 100% Stan uszlachetnienie przez nadtwardzanie w 1100° surowy stan, nadaja¬ cy sie do walcowania nadtwardzanie w 1100° i ogrzewanie w ciagu 12 godzin w 600° nadtwardzanie w 1000° i ogrzewanie w ciagu 12 godzin w 600° surowy stan, nadaja¬ cy sie do walcowania, ogrzewanie w ciagu 12 godz. w 600° Granica sprezystosci kg/mm2 E 27—30 50-55 32-34 44-47 47—55 Wytrzyma¬ losc na wyciaganie kg/mm2 R 58-60 75-86 70-76 75-80 95-105 Wydluzenie w %% A 25-42 12-15 35-40 25-28 15-17 Przewezenie w %% 48-55 45-50 55-58 50-55 40-45 Twardosc w skali Brinella kg/mm2 A 140-150 200-225 175-190 190-210 250-290 Obciazenie rozrywajace kg/cm2 P 32-35 8-12 24-27 16-22 5-8 — 5 — Identyczne traktowanie podobnego sto¬ pu, zawierajacego 60% niklu zamiast 45%, powoduje zmiane twardosci w skali Bri¬ nella ze 135 na 185 kg/mm2.Skutki takiego traktowania sa jeszcze bardziej widoczne w stopach zelazo-niklo¬ wych, zawierajacych chrom. Tak wiec w stopie, zawierajacym: niklu „ 60% chromu 10% manganu 2% glinu 3% zelaza.... dopelnienie do 100% odpuszczanie w ciagu 7 godzin w tempera¬ turze 650°, nastepujace po utwardzeniu w wodzie po ogrzaniu do 1000°, podnosi twar¬ dosc w skali Brinella ze 170 do 240 kg/mm2.W niektórych przypadkach stosowanie krzemu, który ulatwia fabrykacje, moze zastapic calkowicie lub czesciowo stosowa¬ nie glinu. Ponizej podano wyniki, uzyska¬ ne np. w przypadku stopu, zawieraja¬ cego: niklu , w/o chromu . 11% manganu 2% glinu 5% krzemu 1% zelaza.... dopelnienie do 100% Stan uszlachetnienie przez nadtwardzanie w 1100° surowy stan, nadaja¬ cy sie do walcowania nadtwardzanie w 1100° i ogrzewanie w ciagu 12 godzin w 600° nadtwardzanie w 1100° i ogrzewanie w ciagu 12 godzin w 600° surowy stan, nadajacy sie do walcowania, ogrzewanie w ciagu 12 godz. w 600° E 25—30 47—53 40-45 45-48 50-55 R 55-60 77-80 73—77 80-85 95—100 A 40-45 18-22 35—40 28—33 15—18 £ 55-65 50-55 55—60 50-55 50-60 A 140-160 200-210 190-200 205—220 260-270 p 32-35 8-12 25-30 17—23 6-9 Otrzymywanie takich stopów odbywa sie bez zadnych trudnosci, najkorzystniej w piecu elektrycznym o wysokiej czestotli¬ wosci. Otrzymywanie to jest ulatwione przez wprowadzenie glinu pod postacia stopu glinu i niklu (np. o zawartosci 20% glinu), przez dodanie zuzla, zawierajacego krzem, wapno, szpat fluorowy i kryolit.Miedz mozna dodawac w obecnosci gli¬ nu, np. jako stop glinu i miedzi (np. o za¬ wartosci 25% glinu).W niektórych przypadkach ogrzewanie, majace na celu przeprowadzenie stopu w roztwór, jako zapewniajace stracenie, moz¬ na przeprowadzic i w innych warunkach, np. nie w jednej temperaturze, lecz bez — 6 —calkowitego, posredniego ochladzania, w wielu stopniowych temperaturach.O ile ogrzewanie to okaze sie niedosta¬ teczne, wówczas te zabiegi rozpoczyna sie ponownie lub tez powtarza sie je kilkakrot¬ nie, przyczem nie przekracza sie oczywi¬ scie ram niniejszego wynalazku. Stopnio¬ wanie temperatur znacznie wplywa na strukture i utwardnienie.Wielokrotne ogrzewanie, sluzace do stracania, moze naruszyc metal wraz z me- chanicznem traktowaniem, które wywoluje odksztalcenia, spowodowane przez wycia¬ ganie, stlaczanie, skrecanie, walcowanie lub podobne, a wywolane badz w tempera¬ turze zwyklej, badz w podwyzszonej, niz¬ szej jednak od temperatury ostatniego o- grzewania. PL