Pierwszenstwo: 29 maja 1930 r. (Stany^Zjednoczone Ameryki).Wynalazek dotyczy austenitowych sto¬ pów zelaza i przedmiotów z nich wyrobio¬ nych, zwlaszcza austenitowych stopów ze¬ lazochromowych, odpornych na nagryza¬ nie, sluzacych do uzytku przy wyzszych temperaturach. Celem wynalazku jest u- tworzenie z takich stopów przedmiotów, które moga wytrzymac znaczne wplywy nagryzajace i zachowac stale swe fizyczne wlasnosci przy uzyciu w wysokich tempe¬ raturach, bedac narazone na dzialanie sub- stancyj nagryzajacych. Wynalazek obej¬ muje sposób traktowania stopów i wyro¬ bionych z nich przedmiotów.Austenitowe stopy zelazochromowe, a zwlaszcza stopy z zelaza, chromu i niklu, zawierajace do 22% chromu i 7 do 15% ni¬ klu i mala ilosc wegla, zwykle nie wieksza niz 0,15% i mniej, przewaznie okolo, 0,07%, a nieraz takze inne male ilosci dodatko¬ wych metali, jak molibden, krzem, wanad, wolfram i tytan, sa uzywane w duzej mie¬ rze do róznych celów, gdy jest wymagana odpornosc na nagryzanie w polaczeniu z stosunkowo wielka wytrzymaloscia i duza ciagliwoscia i zwiezloscia. Wynalazek po¬ lega zwlaszcza na ulepszaniu stopów tego rodzaju, lecz moze byc oczywiscie zastoso¬ wany i do innych austenitowych stopów ze¬ laza, w których chrom stanowi skladnik nadajacy stopowi odpornosc na nagryza¬ nie.Ogólnie uwazano, ze w celu osiagniecia najwiekszej odpornosci na nagryzanie wpolac^enW* WzZl^dme wielka ciagliwoscia 7^izyiezlo^cia^nalezy stopy traktowac przez io)b^meWfvij^0rahirY wystarczajacej do zupelnego rozpuszczenia wegla, poczem na¬ lezy je odpowiednio szybko chlodzic, aby zafchowac wegiel w stalym roztworze. j. Jako najodpowiedniejsze granice tem¬ peratury do tego traktowania na goraco, u- wazano temperatury pomiedzy 1100 — 1200°C, poczem przedmioty chlodzono na¬ gle w wodzie. Odpornosc na nagryzanie, ciagliwosc i zwiezlosc tych stopów jest po takiej obróbce najlepsza, przyczem stopy te zachowuja te wlasnosci równiez przy nizszych temperaturach. Stwierdzono, ze przy uzyciu w ten sposób obrabianych sto¬ pów przy wyzszych temperaturach, np. po¬ wyzej 480°C, ciagliwosc metalu zmniejsza sie do pewnego stopnia, nawet gdy metal nie jest narazony na dzialanie nagryzajace i, ze odpornosc na nagryzanie metalu rów¬ niez zmniejsza sie znacznie, przez co przy dzialaniu nagryzajacem nastepuje pogor¬ szenie sie fizycznej struktury, wskutek cze¬ go metal staje sie nieuzyteczny i niebez¬ piecznie jest uzywac go w przypadku, gdy jest on narazony na znaczne cisnienia i na¬ gle uderzenia. Rury z metalu obrobionego na goraco i nagle ochlodzonego w wodzie z temperatury 1100 — 1200°C, pekaja przy uzyciu w temperaturze powyzej 480°C i pod cisnieniem nizszem od cisnienia jakie rury zwykle wytrzymuja. Pekanie nastepu¬ je bez wstepnych objawów, czyli bez u- przedniego wygiecia sie rury, które w zwy¬ klych rurach ze stali weglistej oznaczaja, ze rura jest oslabiona i wymaga wymiany.W miejscu, w którem w rurze utworzyla sie mala szczelinka, jak to sie czasem zda¬ rza w rurach z materjalu ciagliwego, peka¬ nie bylo bardzo gwaltowne i powodowalo niszczenie rury.Stwierdzono, iz przez obróbke tych sto¬ pów w taki sposób, aby posiadaly one male ziarna, oraz przez pózniejsze chlodzenie szybko lub powoli z temperatury, która znajduje sie nieco nad podana granica lub nawet w tych granicach, w których powsta¬ je wytracanie wegla, metal chociaz nie jest tak bardzo odporny na nagryzanie i mozli¬ wie nie tak ciagliwy przy temperaturze po¬ kojowej, jakgdyby byl ochlodzony z tem¬ peratury 1100—1200°C, posiada on jednak wzglednie wysoki stopien odpornosci na nagryzanie i jest tylko nieco mniej ciagli¬ wy przy temperaturze pokojowej, niz gdy¬ by byl chlodzony z wyzszej temperatury.Oprócz tego traci on stosunkowo mniej ze swej odpornosci na nagryzanie, ciagliwosc i zwiezlosc gdy jest wystawiony na dziala¬ nie wyzszych temperatur, nawet przez dluzszy okres czasu. Wysokie temperatury maja zwykle wielki wplyw na ciagliwosc i zmniejszaja odpornosc stopów na nagryza¬ nie, gdy sa chlodzone z wspomnianych wy¬ sokich temperatur zapomoca wody. Na po¬ zór nie ulegaja one wewnetrznej korrozji.Gdy wyrabia sie przedmioty z trzech stopów zapomoca walcowania lub innej obróbki na goraco, mozna zadany stan me¬ talu spowodowac przez regulowanie tem¬ peratury koncowej, w celu osiagniecia drobnoziarnistej struktury metalu. Tempe¬ ratura koncowa do kazdej obróbki metalu, która w istocie powoduje odksztalcanie, winna byc wyzsza od temperatury, przy której zmniejsza sie znacznie ciagliwosc, jest jednak dosyc niska, aby osiagnac po¬ zadana strukture drobnoziarnista. Pozada¬ ne jest obrabiac zwykle stopy z chromu, niklu, zelaza i wegla, o ile moznosci przy okolo 980° C, przyczem obróbka przy nie¬ co nizszej temperaturze jest wskazana dla stopów zawierajacych dodatki, jak krzem i molibden. Zwykle temperatura koncowa nie powinna przekraczac 1010°C. Gdy wiel¬ kosc ziarn zostala zmniejszona przez ob¬ róbke na zimno, a metal stal sie wskutek tego za twardy i niepodatny tak, ze wyma¬ ga obróbki w celu zmiekczenia, reguluje sie temperature ponownego ogrzania i czas trwania ogrzewania w ten sposób, ze ziar- — 2 —no istotnie sie nie powieksza. Zwykle za¬ chowuje sie w tych stopach pozadane wla¬ snosci metalu przez szybkie lub powolne chlodzenie z temperatury nieco wyzszej od temperatury ponownej krystalizacji, czyli z temperatury okolo 980°C, a najlepiej nie wiele wyzszej od 1010°C.Gorsze wlasnosci takich stopów zelaza z chromem i niklem, chlodzonych z tempe¬ ratury obróbki na goraco, przy uzyciu w wysokich temperaturach, jest powodem wytracania karbidu pomiedzy ziarnami.Wytracanie karbidu powstaje w tych sto¬ pach bez wzgledu na poprzednia obróbke na goraco, gdy w ciagu dostatecznego okre¬ su czasu zostaly one ogrzane do tempera¬ tury pomiedzy najmniej 480°C, a najwiecej 980°C. Przy temperaturze okolo 980°C rozpoczyna wegiel rozpuszczac sie ponow¬ nie jako czastki karbidowe. Te granice temperatury zmieniaja sie nieco odpowied¬ nio do zmian w skladzie stopu. Przy wiek¬ szej zawartosci wegla lub znaczniejszej za¬ wartosci krzemu, granica ogrzania docho¬ dzi do powyzej 980°C i moze sie przesunac nieco ponizej 480°C.Gdy wielkosc ziarn jest mala, a za¬ wartosc wegla niska, wytracanie karbidu nie pogarsza odpornosci na nagryzanie ani ciagliwosci stopów w znaczniejszym stop¬ niu, lecz gdy ziarna sa duze, to nawet przy wzglednie niskiej zawartosci wegla, wy¬ tracanie karbidu wywiera znaczne dziala¬ nie na metal i zmniejsza jego ciagliwosc i odpornosc na nagryzanie. Stosowana tem¬ peratura obróbki na goraco, nim metal zo¬ stanie uzyty, okresla wielkosc ziarn i oznacza trwale fizyczne wlasnosci metalu, wtedy gdy jest on uzyty przy wysokich temperaturach. Granice temperatury, w której stop tej klasy uwazany bywa za zdatny do uzytku w zakresie wytracania wegla, leza pomiedzy 480°C do okolo 730°C i w tych granicach otrzymuje sie najwieksza strate w odpornosci na nagry¬ zanie podczas uzycia lub tez po uzyciu.Przy temperaturze powyzej 730°C i az do najwyzszej granicy wytracania wegla nie uzywa sie stopów naogól w warunkach wymagajacych zachowania wytrzymalosci i ciagliwosci. Ponowne ogrzanie w grani¬ cach od 480°C dó 730°C, a nawet znacznie powyzej 730°C nie wplywa na wielkosc ziarn i wskutek tego nie zmienia sie sto¬ sunek poczatkowej temperatury trakto¬ wania na goraco pod wzgledem dzialania na fizyczne wlasnosci.Starannie przeprowadzone doswiadcze¬ nia wykazaly, ze gdy taki stop, ochlodzony z temperatury wystarczajaco wysokiej do zupelnego absorbowania wegla i posiada¬ jacy wskutek tego strukture gruboziarni¬ sta, zostaje wystawiony na dzialanie na¬ gryzajace, przy temperaturze od okolo 480° do 730°C, to zachodzi w nim we¬ wnetrzne nagryzanie, które jest bardzo szkodliwe, gdyz przenikajac mniej lub wiecej gleboko wewnatrz stopu, zaleznie od warunków, powoduje kruchosc meta¬ lu. Drobnoziarnisty materjal nie traci natomiast zwiezlosci, chociaz wykazuje mala strate na odpornosci na nagryzanie pod temi samemi warunkami przy uzyciu go w wysokich temperaturach, jak to za¬ chodzi przy stopach o gruboziarnistej strukturze. Nagryzanie jest wzglednie ni¬ kle i ogranicza sie na powierzchni metalu, przyczem charakterystyczne wlasnosci metalu pozostaja zasadniczo niezmienio¬ ne.Doswiadczenia dokonywane z róznemi austenitowemi stopami zelaza z chromem i niklem wymienionej klasy przy róznych warunkach wykazuja niewatpliwie, ze u- zytkowa wartosc stopów w temperaturach zawartych w granicach stracania karbidu i poddawanych dzialaniu nagryzajacemu, zmniejsza sie z wielkoscia ziarn i z wzra¬ stajaca zawartoscia wegla. Aby uniknac wytwarzania sie struktury gruboziarnistej w stopach, nie nalezy je traktowac na go¬ raco przy wysokich temperaturach, gdyz — 3 —wielkosc ziarn wzrasta znacznie, gdy stop zostaje ogrzany powyzej 1035°C.Badania w zwiazku z niniejszym wy¬ nalazkiem przeprowadzano przewaznie ze stopami zawierajacemi w przyblizeniu 0,96% wegla, 18% chromu i 9% niklu, z malemi ilosciami do okolo 0,38% manga¬ nu i krzemu, jednak podobne wyniki osia¬ ga sie i z innemi stopami tej klasy oraz ze stopami zelaza, chromu i niklu, zawiera- jacemi wieksze ilosci chromu i niklu i in¬ nemi stopami chromozelazowemi, odpor- nemi na nagryzanie.Ulepszenie odpornosci na nagryzanie i zachowanie fizycznych wlasnosci drob¬ noziarnistych stopów przy wyzszych tem¬ peraturach, uzywanych w granicach wy¬ tracania wegla, a zwlaszcza pomiedzy temperatura 480°C do 730°C, polega praw¬ dopodobnie na tern, ze pewna zawartosc wegla w stopie straca okreslona ilosc cza¬ stek karbidowych, gdy temperatury sa do¬ syc wysokie. Czastki karbidowe stanowia przewaznie karbid chromu, a wytracanie tych czastek karbidu chromowego usuwa taka sama ilosc chromu ze stalego roztwo¬ ru blisko styków ziarn, przez co miejsca te nie sa odporne na dzialanie nagryzaja¬ ce. Przy gruboziarnistej strukturze meta¬ lu stosunek rozmiaru styków tych ziarn do ziarn drobnych jest maly i nawet przy bardzo malej zawartosci wegla, tworzenie sie karbidu w stykach ziarn, otacza za¬ sadniczo zupelnie ziarna, a usuwanie chro¬ mu ze stalego roztworu nie wplywa szko¬ dliwie na odpornosc na nagryzanie po¬ wierzchni otaczajacych zupelnie ziarna.Metal podlega nietylko nagryzaniu na po¬ wierzchni, lecz równiez wewnetrznemu na¬ gryzaniu, które moze tak postepowac, ze metal staje sie zupelnie nieuzyteczny. Gdy wielkosc ziarn jest mala, stracanie kar¬ bidu przy temperaturze uzycia metalu daje ziarna, otoczone calkowicie czasteczkami karbidowemi, lecz czastki karbidowe sa przewaznie oddzielone i od siebie oddalo¬ ne, wskutek czego odpornosc na nagryza¬ nie jest zmniejszona tylko miejscami, a ogólne nagryzanie nie nastepuje. Gdy ziar¬ na sa male — odpornosc na nagryzanie zmniejsza sie nieco, jak wspomniano, wskutek wytracania karbidu, lecz nagry¬ zanie jest stosunkowo nieznaczne na po¬ wierzchni metalu, a wlasnosci odporne metalu na nagryzanie nie pogarszaja sie, wskutek wewnetrznego nagryzania, ani tez nie zmienia sie istotnie ciagliwosc metalu.Gdy jednak ziarna sa duze, zmniejsza sie znacznie ciagliwosc, nawet przy podobnej zawartosci wegla, przyczem nie nastepuje zmniejszenie odpornosci na nagryzanie.Gdy zawartosc wegla w stopie wzra¬ sta, zmniejsza sie pozadana wielkosc ziarn, czyli stosunek wymiaru styków do ilo¬ sci czastek karbidowych musi byc zachowa¬ ny, gdyz w przeciwnym razie, nawet bardzo drobnoziarniste stopy, nie zachowuja swych wlasnosci przy podwyzszonych tempe¬ raturach i swego stanu przy nagryzaniu.Zawartosc wegla nie powinna zatem byc tak wielka, aby przy malej wielkosci ziarn, jaka mozna w praktyce osiagnac, przez obróbke stopu w sposób wyzej opisany, styki ziarn byly w ten sposób wypelnio¬ ne czastkami karbidowemi, aby odpornosc na nagryzanie stopu przy uzyciu przy wyzszych temperaturach byla usunieta.Naogól zawartosc wegla nie powinna przekraczac 0,15%. W niektórych przy¬ padkach jest jednak pozadane przekro¬ czyc te ilosc. Gdy stopy zawieraja znacz¬ niejsze ilosci, np. krzemu, to skladnik ten sklania do tworzenia sie zelaza „Delta", co powoduje znaczna strate w odpornosci na nagryzanie; zawartosc zas wegla, nieco wyzsza, niz 0,15% moze byc nieraz poza¬ dana w celu zachowania struktury auste- nitowej.Sposób wedlug niniejszego wynalazku nie ogranicza sie do wytwarzania drobno¬ ziarnistej struktury stopu przez obróbke metalu i zachowania tej struktury przez — 4 —unikanie obróbki w wysokich temperatu¬ rach. Mozna np. regulowac wielkosc ziarn stopu zapomoca odpowiednich dodatków jak wanad, molibden lub tytan. Pier¬ wiastki te jak wiadomo dodane w odpo¬ wiedniej ilosci do austenitowych stopów zelaza, zapobiegaja powiekszeniu ziarn w stopach wystawionych na dzialanie wyso¬ kich temperatur.Okreslenie „podwyzszona temperatura" oznacza temperature w granicach od 480°C do 730°C. Okreslenie „mala zawar¬ tosc wegla" oznacza zawartosc ponizej 0,20%. Okreslenie „male ziarno" i „drobne ziarno" wynikaja jasno z opisu, lecz nalezy zaznaczyc, ze te okreslenia uzywa sie w zwiazku ze stopami austenitowemi, których ziarno pod wszystkiemi odpowiedniemi wa¬ runkami jest wieksze od ziarna stali narze¬ dziowej, przyczem stop o strukturze ziarn o srednicy 0,0025 nalezy uwazac za drob¬ noziarnisty. PL