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Herstellung von Gegenständen mit guten Gleiteigenschaften Die Erfindung
bezieht sich auf die Herstellung von Gegenständen mit guten Gleiteigenschaften nach
dem Patent 685 6o9. Nach dem Hauptpatent kennzeichnet sich die Herstellung von Gegenständen
mit guten Gleiteigenschaften durch graphitisierendes Glühen durch drei Maßnahmen,
nämlich: a) Verwendung einer Eisenlegierung mit 45 bis 2,o °,/o Kohlenstoff und
o,9 bis o,6°/, Silicium, bei der der Kohlenstoffgehalt nahezu vollständig in gebundener
Form vorliegt, b) Herstellung der Ausgängsform für die Fertigbearbeitung der Gegenstände
durch Warmwalzen oder Warmschmieden der Eisenlegierung mit der Maßgabe, daß der
Kohlenstoff während des Warmwalzens oder des Warmschmiedens nicht als Graphit oder
Temperkohle ausfällt, c) Überführung -des gebundenen Kohlenstoffs durch Glühen oberhalb
des kritischen Punktes in Graphit.
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Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Verbesserung dieses Verfahrens.
Sie besteht darin, daß nach der graphitisierenden Wärmebehandlung der Gegenstand
noch einer weiteren Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 76o° C und 982° C
unterworfen und sodann abgeschreckt wird. Diese weitere Wärmebehandlung hat eine
Änderung des graphitischen Kohlenstoffgehaltes in der Weise zur Folge, daß .der
graphitische Kohlenstoff in Lösung geht. Diese Gefügeänderung der Eisenlegierung
kann durch Änderung der Dauer und der Temperatur der Wärmebehandlung und durch den
Abschreckungsvorgang geregelt werden. Die Gegenstände können auch- aus Eisenlegierungen
hergestellt werden, welche neben der notwendigen Menge an Kohlenstoff noch irgendein
oder mehrere Kohlenstoffausfällmittel, z. B. Silicium, Aluminium und Nickel, enthalten.
Es kann auch Molybdän als Graphitisierungs- oder Kohlenstoffausfällmittel verwendet
werden. Es hat besondere Vorteile, Molybdän in Verbindung mit Nickel oder Silicium
zu verwenden, da es auf diese Weise möglich ist, die Graphitisierungskraft zu vergrößern
und gleichzeitig die Graphitisierungstemperatur verhältnismäßig niedrig zu halten.
Der Kohlenstoffgehalt der Eisenlegierung beträgt 1,5 bis 2 oder 2,5°r.
Die
Menge des Graphitisierungsmittels hängt von der Graphitisierungswirkung des betreffenden
Elementes ab.
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Bei einfachen Eisenlegierungen zeigt sich bei einem hohen Siliciumgehalt
die Neigung zu einer ausgesprochenen Graphitbildung. Wenn-jedoch aus irgendeinem
Grunde in der Eisenlegierung ein Siliciumgehalt in einer derartigen Menge vorhanden
sein muß, daß in dem Gußblock bereits von vornherein Graphit gebildet wird, dann
kann die schädliche Wirkung des Siliciurnüberschusses durch die Verwendung eines
der Graphitbildung entgegenwirkenden Legierungsmittels ausgeglichen werden. So kann
beispielsweise der Mangan-Behalt des Stahles über das übliche Maß hinaus erhöht
werden, um dadurch die graphitbildende Wirkung des Siliciums auszugleichen. ' Um
die Ausbildung des Kohlenstoffs in gebundener Form zu erleichtern, können die Rohblöcke
einer Temperatur von nicht weniger als ungefähr 98a° C ausgesetzt werden: bei der
darauffolgenden Erhitzung. der Rohblöcke zwecks Auswalzens oder Schmiedens soll
die Temperatur nicht über ungefähr zoSo° C steigen. Das Durchweichen der Rohblöcke
und das darauffolgende Erhitzen für die @Varmv erformung haben keine Graphitisierung
des Kohlenstoffes zur Folge, da dies nur beim Abkühlen und Wiedererhitzen eintreten
kann; jedoch tragen die beiden Maßnahmen dazu bei, daß ein in bester Weise auswalzbarer
Block: gebildet wird, in dein sich der Kohlenstoff größtenteils in der gebundenen
Form befindet. Der Block wird dann warm verformt, wobei durch Walzen oder Schmieden
die Erzeugnisse in der gewünschten Form, z. B. Platten, Bleche, Rohre, Stangen usw.,
hergestellt werden. Danach werden die Erzeugnisse bei einer Temperatur geglüht,
die oberhalb des kritischen Punktes liegt; um die Ausscheidung des- Kohlenstoffs
als Graphit zu erzielen. Bei den einfachen Eisenlegierungen mit 1,5 bis 2/, Kohlenstoff
und o,9 bis o,6°;a Silicium liegt diese Temperatur beispielsweise bei 76o° C oder
-höher.
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Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der fertigbearbeiteten
Gegenstände werden diese auf Temperaturen von 76d his 982° C erhitzt und sodann
durch Abschrekkung gehärtet.
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So wurden z. B. Ventilstößel aus warm gewalzten, etwa 39 mm starken
Stäben einer Eisenlegierung mit z,61 °joKohlenstoff, 1,o6°jo Silicium, 0,4°/o Mangan,
o,o15°jo Phosphor und o,o14°/o Schwefel Hergestellt. Nach der Graphitisierung enthielten
die Stößel 0,76°,/p graphitischen Kohlenstoff. Die Spitzen der Stößel wurden dann
finit einer Sauerstoffazetylenflamine an der Oberfläche erhitzt, um die Oberflächenschicht
schnell auf Temperatur zu bringen. Unmittelbar danach wurden sie im Wasser abgeschreckt.
Auf diese Weise wurde eine örtlich begrenzte Oberflächenhärtung erreicht. Die auf
annähernd 8i6° C erhitzten und darauf abgeschreckten Spitzen waren feilenhart und
zeigten eine kockwell-C-Härte von 62 bis 6q.. Eine mikrographische Untersuchung
zeigte ein inartensitisches Gefüge der Trag- oder Arbeitsfläche mit einer erheblichen
Menge von freiem Graphit. Behandlungen hei höheren Temperaturen ergaben etwas geringere
Härtewerte, obgleich selbst bei einer Wärrhebehandlung von 982° C die Spitze mindestens
ebenso hart war wie die von üblichen Bußeisernen Stößeln, die eine Rockwell-C-Härte
von .43 besaßen.
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Durch die erfindungsgemäße Behandlung wird nicht nur eine große Härte
mit den daraus sich ergebenden gewünschten Eigenschaften erreicht, sondern es tritt
auch die wünschenswerte Schmiereigenschaft des Graphits in Erscheinung. Bei einer
örtlichen Oberflächenhärtung erhält das Erzeugnis ferner die für einen besonderen
Zweck notwendigen mechanischen Eigenschaften. Wird dagegen die Härtung des ganzen
Erzeugnisses gewünscht, so kann dies natürlich ebenfalls geschehen; hierbei kann
die Härtewirkung durch die Höhe der Temperatur der Wärmebehandlung und die Art der
Abschreckung geregelt werden.
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Im Sinne der Erfindung können außer Silicium auch andere Graphitisierungsmittel
entweder allein oder in Verbindung mit Silicium verwendet werden. Einige von ihnen
zeigen besonders gute--Ergebnisse. So hat sich erwiesen, daß Molybdän ein besonders
kräftiges und vorteilhaftes Graphitisierungsmittel ist. Dies steht im Gegensatz
zu dem, was erwartet werden konnte, weil Molybdän als karbidbildendes Element gilt
und eine Karbidbildung die Graphitisierung ausschließt. Molybdän hat aber eine ungeheure
graphitisierende Kraft, wobei die Graphitisierungstemperatur unter derjenigen liegt,
welche zur Erzielung des gleichen Ergebnisses mit Silicium allein nötig ist. Molybdän
macht eine Graphitisierung nahezu des ganzen Kohlenstoffgehaltes möglich, d. 1i.
der Anteil -.des Kohlenstoffs in gebundener Form wird bis auf den Wert Null gebracht.
Das trifft insbesondere bei Legierungen zu, die Silicium innerhalb .des bereits
angegebenen Bereiches und ungefähr 0,2 bi. 0,5°1Q Molybdän enthalten.
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Nickel beschleunigt ebenfalls die Graphitbildung. Er wirkt besonders
als Graphitverfeinerer, wobei der Graphit in Form von kleinen Teilchen an Stelle
von länglichen Formen ausgeschieden wird. Eine langgestreckte Grapliitausl)iI(Iung
tritt bei Verwendung von Silicium
allein ein. Nickel dagegen ist
in Verbindung mit Molybdän ein besonders wünschenswertes Legierungselein.ent, weil
es auf den Graphit eine knotenbildende Wirkung ausübt und die Festigkeit der Eisenlegierungen
erhöht. Es kann in beliebigen Mengen verwendet werden, obgleich ein Gehalt von
0,75
bis 2% für viele Zwecke ausreicht. Eisenlegierungen zeit Nickel- und
Molybdänzusätzen besitzen eine verhältnismäßig niedrige Graphitisierungstemperatur.
Diese Legierungen lassen sich sehr leicht walzen und bilden beim Walzen nahezu keinen
Graphit. Bei entsprechender Wärmebehandlung jedoch scheidet sich der Kohlenstoff
in ihnen fast vollständig als Graphit aus.
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Aluminium ist ein weiteres Graphitisierungsmittel, das infolge seiner
kräftigen Wirkung an Stelle von Silicium verwendet werden kann. Dieses Element kann
in einer Menge von ungefähr o,5 bis 6% und mehr, beispielsweise .bis zu 15
°/o, verwendet werden. Aluminium ist auch in der Lage, den Gehalt .an gebundenemKohlenstoff
bis fast auf denWert Null zu verringern. Ferner wirkt es in der gleichen Weise wie
Nickel Icnötchenbildend auf den Graphit ein. Im allgemeinen gleichen die Eigenschaften
dieser im Sinne (der Erfindung behandelten Eisenlegierungen mit Aluininitimzusatz
denjenigen der erwähnten Eisenlegierungen mit Zusätzen an Nickel und Molybdän.
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Die Schnelligkeit, mit ,der die Graphitisierung verläuft, wurde durch
Untersuchungen an einem etwa 22 mim starken Rundstab erwiesen. Der Stab war aus
einer Legierung warm ausgewalzt, die 1,74°/o Kohlenstoff, 2,a40/, Aluminium, 0,14%
Silicium, 0,0150,l0 Phosphor und 0,012% Schwefel enthielt. Die Stabproben wurden
auf 982° C erhitzt und luftgekühlt. Nach einer Erhitzung von einer Stunde war der
gebundene Kohlenstoff auf einen Gehalt von o, i 5 % verringert, iv ährend bei einer
Erhitzung von 6 Stunden Dauer die Verminderung nur auf 0,i40/, fortschritt. Eine
lange Graphitisierungsglühung ist somit unnötig.
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Die zur Ausführung der Erfindung verwendeten Eisenlegierungen können
für besondere Zwecke auch andere Legierungselemente, wie Chrom, Vanadin und Wolfram,
enthalten, die keine Graphitisierfähigkeit besitzen. Hierbei aber ist stets zu berücksichtigen,
daß der Kohlenstoff vor ;ler Warmverformung in gebundener Form vorliegt und in dem
fertiggeformten Erzeugnis fähig zur Graphitisierung bleibt. Chrom ist z. B. kein
die Graphitbildung förderndes Element, sondern bildet sehr beständige Karbide. Chrom
-ist somit ein kräftiges Mittel für die Verhinderung der Graphitisierung. Jedoch
kann bei ausreichender Vergrößerung des Siliciumgehaltes oder des Gehaltes eines
anderen Graphitisierungsmittels das Chrom mit Vorteil den Legierungen zugesetzt
werden, um Erzeugnisse mit @besonderen mechanischen Eigenschaften herzustellen.
Diese Eisenlegierungen haben infolge des graphitischen Kohlenstoffes gute Schmiereigenschaften,
verbunden mit einer großen Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung und Abscheuern.
Diese letzteren Eigenschaften erklären sich aus der Anwesenheit von Chromkarbiden
in der Eisenlegierung: Chrom und die anderen die Graphitbildung erschwerenden Legierungsmittel
haben daher keinen Einfluß a.uf die der Erfindung zugrunde liegenden wesentlichen
Erscheinungen. Aus diesem Grunde kann, abgesehen vom Kohlenstoff und dem Graphitisierungsmittel,
derRest der Eisenlegierung wirklich als Eisen betrachtet werden.
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Die Verschiedenheiten der .bei der praktischen Durchführung der Erfindung
erzielbarenEigenschaften machen auchverschiedenartige Verwendungszwecke der Erzeugnisse
möglich. Die einfachen silicium- und nickelhaltigen Eisenlegierungen sind besonders
für Bremstrommeln, Kupplungsplatten und für ähnliche Zwecke geeignet.