DE1270064B

DE1270064B - OEl zum Abschrecken von waermebehandelten Metall-Legierungen

Info

Publication number: DE1270064B
Application number: DEP1270A
Authority: DE
Inventors: Michael George Billett; James Gibson
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1960-03-18
Filing date: 1961-03-17
Publication date: 1968-06-12
Also published as: US3113054A; BE601473A; FR1284261A; GB905731A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C21d

Deutsche KL: 18 c -1/58

Nummer: 1 270 064

Aktenzeichen: P 12 70 064.0-24

Anmeldetag: 17. März 1961

Auslegetag: 12. Juni 1968

Viele Metall-Legierungen, insbesondere Eisenlegierungen, müssen zur Erzielung der notwendigen Härte einer Wärmebehandlung (z. B. bei einer Temperatur von 85O⁰C) mit anschließender schneller Abkühlung unterworfen werden. Die Härte einer Legierung hängt hauptsächlich von der Ausbildung eines bestimmten physikalischen Gefüges ab. Im Falle von Stahl wird die Härte durch den Anteil des während des Härtungsvorganges gebildeten Martensits bestimmt. Schnelle Abkühlung der Legierung erfolgt gewöhnlich durch « Eintauchen der heißen Legierung in eine verhältnismäßig kalte Abschreckflüssigkeit. Eine weitgehend verwendete Abschreckfiüssigkeit ist Mineralöl, aber für gewisse Legierungen, z, B. hochgekohlte, niedriglegierte Stähle stellen reine Mineralöle keine zu- friedenstellenden Abschreckmittel dar, da die anfängliche Kühlgeschwindigkeit zu gering ist. Eine höhere Anfangskühlgeschwindigkeit kann durch Verwendung von Wasser als Abschreckmittel erzielt werden, jedoch ist Wasser für große Teile unvorteilhaft, da es das Metall bei den niedrigeren Temperaturen zu schnell kühlt und häufig Verwerfung und Rißbildung zur Folge hat.

Bekannt ist es insbesondere, beim Abschrecken von Stahl ein öl zu verwenden, dem grenzflächen- as aktive, organische Stoffe, z. B, Glykole oder andere Polyoxyverbindungen zugesetzt sind. Demgegenüber wurde nun ein verbessertes Öl zum Abschrecken von wärmebehandelten Metall-Legierungen entwickelt, das sich besonders für hochgekohlte, niedriglegierte Stähle und andere Legierungen eignet, die in einfachem Mineralöl nicht einwandfrei gekühlt werden können.

Gegenstand der Erfindung ist ein öl zum Abschrecken von wärmebehandelten Metall-Legierungen, bestehend aus einer Schmierölbasis mit einem Flammpunkt über 177° C und einer Redwood-I-Viskosität bei 6O⁰C von nicht über 100 Sekunden, die bis zu 10 Gewichtsprozent eines öllöslichen Polyoxyaluminiumacylats oder ein Aluminiumglycolat enthält,

Als Schmieröl wird vorzugsweise ein raffiniertes mineralisches Schmieröl verwendet, das durch Destillation von Rohöl erhalten wurde. Die Viskosität des Abschrecköls sollte vorzugsweise 30 bis 75 Redwood-I-Sekunden bei 60° C betragen. Wenn die Aluminiumverbindung dazu neigt, das Schmieröl zu verdicken, so kann dieser Neigung durch Verwendung eines Antigeliermittels, z. B. von 8-Hydroxychinolin, entgegengewirkt werden.

Die Menge der im Schmieröl gelösten öllöslichen Aluminiumverbindung ist nicht höher als 10 Gewichtsprozent und beträgt beispielsweise 0,5 bis Öl zum Abschrecken von wärmebehandelten
Metall-Legierungen

Anmelder:

The British Petroleum Company Limited, London

Vertreter:

Dr.-Ing. A. ν. Kreisler, Dr.-Ing. K. Schönwald,

Dr.-Ing. Th. Meyer

und Dipl.-Chem. Dr. rer, nat. J. F. Fues,

Patentanwälte, 5000 Köln 1, Deichmannhaus

Als Erfinder benannt:

Michael George Billett,

James Gibson,

Sunbury-on-Thames, Middlesex (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 18. März 1960 (9643)

Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der fertigen Masse,

Eine bevorzugte Klasse von Aluminiumverbindungen sind die Polyoxoaluminiumacylate. Diese Verbindungen können hergestellt werden, indem Aluminiumalkoholate mit Wasser und Carbonsäuren in einer oder mehreren Stufen und vorzugsweise in einem inerten, nichtflüchtigen Verdünnungsmittel, wie leichtem Schmieröl, erhitzt werden. Diese Herstellungsweise ist in der britischen Patentschrift 825 878 beschrieben. Nach einem anderen Verfahren erfolgt die Herstellung, indem Aluminiumalkoholate mit Carbonsäuren allein erhitzt werden, wobei Alkohol frei wird und Acyloxyaluminiumalkoholatverbindungen gebildet werden, die weiter erhitzt werden. Diese Herstellungsweise ist in der britischen Patentschrift 806113 beschrieben. Beispiele für solche Polyoxoaluminiumacylate sind Verbindungen der durchschnittlichen allgemeinen Formel (OAlX)₇₁, in der η eine ganze Zahl von mehr als 1, vorzugsweise von

809 559/323

2 bis 10, und X eine Acylatgruppe, d. h. eine Gruppe der Formel RCOO — ist, in der R ein aliphatischer oder aromatischer Kohlenwasserstoffrest oder substituierter Kohlenwasserstoffrest, insbesondere ein gesättigter oder ungesättigter Alkyl- oder Arylrest mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen ist. Besonders bevorzugt werden Verbindungen, in denen die Acylatgruppen aus Benzoe- oder Salicylsäure oder aliphatischen Monocarbonsäuren mit 12 bis 20 Kohlenstoffatomen, z. B. Stearin- oder Oleinsäure, stammen. Natürlich können die Acylatgruppen in jedem gegebenen Molekül des Zusatzstoffs gleich oder verschieden sein, und der Zusatzstoff kann aus einem Gemisch verschiedener Moleküle bestehen.

Die andere geeignete Klasse von öllöslichen Aluminiumverbindungen sind die Aluminiumglycolate.

Abstand	Vickers-Härtezahl	Probein ÖlQl
von der kurzen Kante	Probe in Öl L	abgeschreckt
des Schnitts, mm	abgeschreckt	380
0	380	378
2,54	377	375
5,08	368	372
7,62	355	370
10,16	343	370
12,70	335	369
15,24	325	370
12,70	335	370
10,16	343	372
7,62	355	375
5,08	368	378
2,54	377	380
0	380

Beispiel 1

Eine Härteprüfung wurde an Proben von Feilenstahl (niedriglegierter Stahl mit 1,23 Gewichtsprozent Kohlenstoff) vorgenommen, der in einem einfachen mineralischen Schmieröl und in einem unter Verwendung des gleichen Schmieröls gemäß der Erfindung hergestellten Abschrecköl gekühlt worden war.

Das einfache mineralische Schmieröl (nachstehend als »Ö1L« bezeichnet) stammte aus der Vakuumdestillation eines Mittelost-Rohöls und war der normalen Raffinationsbehandlung, d. h. Entparaffinierung, Lösungsmittelraffination mit Furfurol und Bleicherdebehandlung, unterworfen worden. Das raffinierte Öl hatte eine Redwood-I-Viskosität von 50 Sekunden bei 60° C und einen Flammpunkt von 204⁰C.

Das Abschrecköl gemäß der Erfindung (nachstehend als »Ö1Q1« bezeichnet) war hergestellt worden, indem 3 Gewichtsprozent einer öllösHchen Verbindung M dem vorstehend genannten Schmieröl zugegeben wurden. Die Aluminiumverbindung M war wie folgt hergestellt worden: Aluminiumisopropoxyd wurde mit handelsüblicher Ölsäure im Molverhältnis 1:2 bei einer bis auf etwa 220⁰C steigenden Temperatur umgesetzt. 2 Molanteile Isopropanol destillierten während der Reaktion ab, gegen deren Ende ein leichtes Vakuum angewendet wurde, um die letzten Isopropanolspuren zu entfernen. Es wird angenommen, daß das Produkt (M) aus einer Lösung von 1 Gewichtsteil eines Polyoxoaluminiumacylats der allgemeinen Formel (OAlOOCR₁)K, in der R₁ ein Oleylrest und η eine Zahl von 2 bis 10, vorwiegend 3 bedeutet, in 1 Gewichtsteil Isopropyloleat besteht.

Proben des Feilenstahls von 0,75 · 3,6 · 11,4 cm wurden V₂ Stunde in einem elektrischen Ofen auf 800⁰C erhitzt und dann abgeschreckt, indem sie in 22,751 des Kühlmittels bei Raumtemperatur getaucht wurden. Die abgeschreckten Proben wurden dann auf einer wassergekühlten Trennscheibe etwas außermittig durchgetrennt, wobei ein Querschnitt erhalten wurde, der bis zu einer Mittellinie abgeschliffen, poliert und dann unter Verwendung des bekannten Vickers-Härteprüfgeräts auf Härte geprüft wurde. Der Härteverlauf wurde in Abständen von 2,54 mm längs einer Linie gemessen, die zentral über den Schnitt zu seinen beiden längeren Seiten verlief. Alle Prüfungen wurden doppelt vorgenommen. Die Resultate sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Es ist ersichtlich, daß durch Verwendung des Abschrecköls gemäß der Erfindung ein Produkt erhalten wurde, das eine viel gleichmäßigere Härte über seinen Querschnitt aufwies als bei Verwendung des Schmieröls ohne Zusatzstoff.

_a_ Beispiel2

Die Anfangskühlgeschwindigkeit der Öle Ql und L und eines als Schnellhärteöl im Handel erhältlichen Öles Z wurden durch einen Test an einer Nickelkugel bestimmt. Hierbei wurde die wohlbekannte Eigenschaft von Metallen ausgenutzt, daß sie ihren Magnetismus verlieren, wenn sie über einen bestimmten Temperaturwert (den Curie-Punkt), der für jedes Metall charakteristisch ist, erhitzt werden. Für diese Abschreckversuche wurde Nickel gewählt, weil es keinen Zunder bildet und während des Abschreckens Reißbeständigkeit aufweist. Die Prüfmethode bestand im wesentlichen darin, daß eine Nickelkugel in einem röhrenförmigen Ofen auf 85O⁰C erhitzt und dann im Öl abgeschreckt wurde. Die Zeit, die die Kugel brauchte, um magnetisch zu werden, ergab ein genaues Maß für die Abschreckgeschwindigkeit von 850 auf 354°C (den Curie-Punkt des Nickels). Folgende Ergebnisse wurden erhalten:

Öl Ql 15,5 Sekunden

Öl L 22,7 Sekunden

Öl Z 19,3 Sekunden

Es ist ersichtlich, daß vom Standpunkt der hohen

Anfangskühlgeschwindigkeit das Abschrecköl gemäß

der Erfindung von den geprüften ölen das beste war.

Beispiel 3

Einige Kettenglieder verschiedener Größe, die aus Chromnickelstahl mit 0,4 bis 0,5 Gewichtsprozent C, 1,2 Gewichtsprozent Ni und 1,8 Gewichtsprozent Cr hergestellt waren, wurden in dem zusatzlosen mineralischen Schmieröl L und in einem Abschrecköl gemäß der Erfindung (Q 2), das durch Auflösen von 5 Gewichtsprozent (bezogen auf die Endmischung) der Verbindung M in Schmieröl L hergestellt war, abgeschreckt. Die Härtungsvorrichtung bestand aus einem Förderband, das die Kettenglieder durch einen bei 850⁰C gehaltenen Ofen führte, wo sie etwa 10 Minuten blieben, bevor sie im Abstand von 30 cm in das bei 6O⁰C gehaltene Abschreckbad fielen. Prüfungen der behandelten Kettenglieder auf die Rockwell-Härte C ergaben, daß bei den kleineren Kettengliedern (etwa 12,7 mm lang) bei Verwendung

45

des Öls Q 2 ein Anstieg der Oberflächenhärte um 15 % i^m Vergleich zu Öl L erzielt wurde. Bei den größeren Kettengliedern (30,5 cm lang, 10 cm breit, 12,7 mm dick) wurde eine um 10% größere Oberflächenhärte erreicht. Bei einigen kleineren Gliedern, die durchgeschnitten wurden, wurde eine gleichmäßige Härteverteilung über den Querschnitt festgestellt.

Beispiel 4

Einige Stanzstücke aus Silicium-Mangan-Federstahl (für einen Kühlschrank-Temperaturregler) mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,6 bis 0,7 Gewichtsprozent wurden in dem zusatzlosen mineralischen Schmieröl L und in dem erfindungsgemäßen Abschrecköl Q 2 abgeschreckt. Die Stanzstücke wurden unter Wasserstoff durch einen bei 900⁰C gehaltenen elektrisch beheizten Ofen geführt und in einen unterhalb des Ofens angeordneten, mit dem Abschrecköl gefüllten Tank abgeworfen. Der Tank enthielt 1821 Öl, das eine Temperatur von 60 bis 70 ⁰C hatte. Beim Abschrecken in öl L wurde eine Härte von 530 bis 670V.P.N. (Vickers Pyramid Number) erreicht. Mit dem öl Q 2 wurden Härtewerte einer Größenordnung von 750V.P.N. erhalten. Dies entspricht dem Wert, der beim Abschrecken der Stanzstücke in Wasser erzielt wurde.

Claims

Patentansprüche:

1. Öl zum Abschrecken von wärmebehandelten Metall-Legierungen, bestehend aus einer Schmier-

ölbasis mit einem Flammpunkt über 177°C und einer Redwood-I-Viskosität bei 60° C von nicht über 100 Sekunden, die bis zu 10 Gewichtsprozent eines öllöslichen Polyoxyaluminiumacylats oder ein Aluminiumglycolat enthält.

2. Abschrecköl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierölbasis eine Redwood-I-Viskosität bei 60°C im Bereich von 30 bis 75 Sekunden aufweist, wobei es sich um ein bei der Destillation von Erdöl erhaltenes Mineralschmieröl handelt, das 0,5 bis 5 Gewichtsprozent eines öllöslichen Polyoxyaluminiumacylats oder ein Aluminiumglycolat enthält.

3. Abschrecköl nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es Polyoxyaluminiumacylate der durchschnittlichen allgemeinen Formel (OA1X)_M enthält, in der η die Zahl 2 bis 10 und X einen Acylatrest der allgemeinen Formel RCCOO — bedeutet, wobei R ein gesättigter oder ungesättigter Alkyl- oder Arylrest mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen ist und wobei weiterhin X insbesondere einen von der Benzoesäure, Salicylsäure oder von aliphatischen Monocarbonsäuren mit 12 bis 20 Kohlenstoffatomen, z. B. Stearinsäure oder Ölsäure, abgeleiteten Rest bedeutet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung C 8097 VI a/18 c (bekanntgemacht am 28. 7.1955);

britische Patentschrift Nr. 825 878.

809 559/323 5.65 ® Bundesdruckerei Berlin