DE344172C

DE344172C - Verfahren zur Herstellung einer eisenfreien Hartlegierung aus Nickel bzw. Kobalt

Info

Publication number: DE344172C
Application number: DE1916344172D
Authority: DE
Original assignee: Cooper Companies Inc
Current assignee: Cooper Companies Inc
Priority date: 1916-10-30
Filing date: 1916-10-30
Publication date: 1921-11-15
Also published as: DE348578C; GB113259A; AT88396B

Description

Verfahren zur Herstellung einer eisenfreien Hartlegerting aus Nickel bzw. Kobalt. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer eisenfreien Hartlegierung, welche mit Stahlhärte eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Säuren und Alkalien sowie gegen Oxydtation bei hoher Temperatur vereinigt und gußfähig ist.
Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, @aß Nickel mit Zirkon im Verhältnis von 2 bis 3o Prozent Zirkon gegenüber 98 bis 7o Prozent Nickel legiert wird. Statt Nickel kann als vorwiegender Legierungsbestandteil Kobalt verwendet werden.
Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Legierung besitzt den bekannten ähnlichen Legierungen gegenüber den wesentlichen Vorteil, daß die aus ihr hergestellten Werkzeuge o. dgl. neben ihrer Beständigkeit gegen Säuren und Alkalien die Eigenschaft besitzen, daß sie beim Schleifen nicht verbrennen und @aß z. B. aus ihr hergestellte Schneidwerkzeuge eine höhere Geschwindigkeit vertragen und, eine längere Lebensdauer besitzen als die besten bis jetzt bekannten Schnellsehle.
Wird bei Ausübung des Verfahrens ein kleiner Prozentgehalt an Zirkon angewendet, beispielsweise zwei bis zehn bei entsprechendem Prozentgehalt Nickel, so eignet sich die Lesierung zur Bildung einer feinen, dauerhaft ausstehenden Schneidkante. Sie ist deshalb brauchbar für Messer, Rasierklingen ünd anderes Sclmeidgzrät. Bei einer Legierang von Zirkon mit dem zugehörigen Prozentsatz an Nuckel oder Kobalt ist der Schmelzpunkt unter denjenigen des Nickels herabgesetzt, d. h, auf ungefähr 1400° C. Der elektrische Wideratand, verglichen mit Nickel, ist erhöht, während .gleichzeitig ein Zuwachs in der Härte sowie in der Widerstandsfähiigkeit gegen Oxydation und Korrosion auftritt, Schneidwerkzeuge dieser Legierung bleiben blank und rein, selbst unter der Einwirkung solcher Säuren, die sich in Früchten, wie Zitronen und Apfelsinen usw., finden; daraus hergestellte Schneidklingen oder Instrumente sind Stahlwerkzeugen weit Überlegen. Die Legierung kamt bei Rotglutwärme geschmiedet oder bearbeitet werden und ist auch für elektrische Gebrauchszwecke tauglich. Man kann sie nämlich mit Vorteil in thermoelekirischen Verbindungen anwenden, desgleichen als Widerstandselement in Heizapparaten. Bei der Darstellung der Legierung erweist sich das technische Oxyd des Nickels ohne Reinigung brauchbar.
Wenn der Zirkongehalt bis au etwa 1ö bis 30 Prozent ansteigt, erhöht sich die Härte der Legierung bedeutend,. Beispielsweise zeigt' sich eine ausnahmsweise Tauglichkeit für Schneidwerkzeuge bei einer Legierung von 25 bis 3o Prozent Zirkon und dem entsprechenden, Gehalt an Nickel, Der Schmelzpunkt und die Zugfestigkeit wird nach Maßgabe eines vermehrten Zirkongehalts herabgesetzt. Die Legierung kann dann nicht mehr durch Schmieden, Ziehen und Walzen bearbeitet werden, wohl ist das Gußverfahren zur Erzeugung von Dreh- und Schneidwerkzeugen anwendbar die der Bearbeitung von legiertem Stahl, Gußeisen, Bohrstangen und Bronze dienen sollen. Selbst hochwertiger Schnellstahl wird leicht bei höherer Geschwindigkeit geschnitten, als es mit Aden jetzigen Werkzeugen geschieht, und zwar ohne nennenswerten Abfall und Verlust durch Tempern des Schneidwerkzeugs.
Die jetzt für Herstellung von schneidwerkzeugen angewendeten hochwertigen Schnellstähle enthalten Eisen, Wolfram, einen kleinen Anteil Chrom oder Vanadium und mehr oder weniger Kohlenstoff. Beim Zurechtschleifen solcher Schnellstähle ist besondere Sorgfalt nötig, um das Verbrennen des Stahles zu verhüten, außerdem findet Verlust beim Tempern und Verderben der Schrieidkante statt, wenn man das Schneid werkzeug mit hoher Geschwindigkeit arbeiten läßt. Die Legierung .gemäß vorliegender Erfindung ist frei von Eisen und Kohlenstoff, und es ist durch Versuche festgestellt, daß es unmöglich ist, ein aus dieser Legierung verfertigtes Werkzeug zu verbrennen, sei es beim Schneiden bei hoher Geschwindigkeit oder beim Schleifen des Werkzeugs. Ferner ist der Materialverbrauch beim Schleifen nur ungefähr ein Zehntel desjenigen des besten Schnellstahles, was eine bedeutende Materialersparnis bedeutet, und das Werkzeug bleibt trotz des Schleifens und trotz höchster Arbeitsgeschwindigkeit weiß.
Die neue Legierung kann überdies zu billigeren Preisen hergestellt werden als Wolframstahl, dä ein Zirkonerz mit einem Oxydgehalt von etwa 73 Prozent auf dem Markt zu viel niedrigerem Preise zu haben ist als Wolframerze.
Wofern der Zirkoniumgehalt auf 16 bis 3o Prozent erhöht wird, bekommt die Legierung einen sehr niedrigen Schmelzpunkt, ungefähr II5o° C. Wo es .nötig ist, mit Werkzeugen oder Stanzen aus dieser Legierung in rotwarmem Zustand zu arbeiten, kann man ein zusätzliches Metall beifügen, um den Schmelzpunkt so weit .zu erhöhen, wie zur Sicherung der Härte bei den höheren Temperaturen nötig ist. Zu diesem Zweck eignet sich vorteilhaft ein kleiner Zusatz eines oder mehrerer Metalleder Chromgruppe, und zwar liefert nach Versuchen Molybdän unter den Metallen der Chromgruppe die besten Ergebnisse. Solche Legierungen sind mit verschiedenem Molybdängehalt bis 35 Prozent nebst 25 Prozent Zirkon und im übrigen Nickel oder Kobalt hergestellt worden. Für gewöhnliche Anwendungsfälle braucht indessen nur ein eben ausreichender Molybdänanteil oder sein Äquivalent zugesetzt zu werden, um den Schmelzpunkt der Legierung auf etwa 16oo° C heraufzusetzen. Diese Grenze liegt genügend hoch, um die hitzebeständigen Eigenschaften für nahezu alle praktischen Zwecke zu sichern, und ist doch gleichzeitig tief genug, so daß man abgenutzte oder abgebrauchte Werkzeuge leicht wieder einschmelzen und in Stangen oder Werkzeuge für weiteren Gebrauch umgießen kann. Diese Legierung besitzt überdies ausreichende Zugfestigkeit, wodurch es möglich wird, das Werkzeug in weitausladender Gberhangstellung in Gebrauch zu nehmen. Als ein Beispiel dieser Art Legierung wird als zweckmäßige Zusammensetzung etwa 1o Prozent Molybdän, 25 Prozent Zirkonium und 65 Prozent Nickel oder Kobalt angegeben.
Eisen kann nicht an Stelle vom, Nickel oder Kobalt in der Legierung benutzt werden, denn die Zärkon-Eisen-Legierungen sind für den angegebenen Zweck zu weich. Titan, welches ein anderes Glied aus. derselben Gruppe wie Zirkon ist, kann mit Nickel legiert werden, aber dieser Ersatz zeitigt keine Vorteile im Vergleich zu Zirkon, ferner hat sich Nickel als, besser geeignet erwiesen als Kobalt.
Diese Legierrurrngen haben die besondere Eigenschaft der Selbsthartung und sind, wenn sie gegossen sind, gebravehsfertig. Es ist also keine Vorbehandlung für den Gebrauch nötig, auch erfahren sie Keine Verbesserung, wenn man sie einem rder bekannten Temperverfahren unterwirft. Die Legierung nimmt eine ausgezeichnete Politur an, welche nicht durch Gase der Atmosphäre getrübt noch auch durch Alkalien odler kalte konzentrierte gewöhnliche Säuren (Salpeter-, Schwefel-, Salzsäure) oder durch siedende Schwefelsäure oder kalte Verdünnte Säuren angegriffen wird.
Chrom, Uran oder Wolfram können zu dem Zirkon und Nickel oder Kobalt hinzugefügt werden und bildlen so ternäre oder quaternäre Legierungen von vielleicht größerer Härte als die oben angegebenen. Es wurden Legierungen hiergestellt, z. B. aus Zirkon, Nickel oder Wolfram (mit bis 25 Prozent erhöhtem Wolframgehalt), ferner solche mit Uranium als Zusatz; irndbssen hat sich im Verhältnis zu den vermehrten Kosten nicht eine hi-nreichendre Verbesserung der Legierung geltend' gemacht, iche @dten Gebrauch dieser Legierungselemente rechtfertigen könnte. Diese Legierungen lassen sich; nach verschiedenen Methoden dhrstelleri, eine derselben ist -;die aluminothermnsche Methode, und ein typisches Beispiel für die Reaktion in einer etwa 25 Prozent Zirkon enthaltenden Legierung läßt sich folgenldermaßen ausdrücken: 7Ni2 03 + 3 Zr 02 + 18A1 = Zr3 N114 + 9A12 03 Wenn das Erz an die Stelle des Zirkoniumoxydes tritt, müssen entsprechend höhere Anteile angewendet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Herstellung einer eisenfreien Hartlegierung, welche mit Stahlhärte eine hohe Wiiderstandsfähigkeit gegen Säuren und Alkalien sowie gegen Oxydation bei hoher Temperatur vereinigt und gußfähäg ist, dadurch gekennzeichnet, daß Nickel mit Zirkon im Anteilsverhältnis von 2 bis 30 Prozent Zirkon gegenüber 98 bis 70 Prozent Nikkel legiert wird'.
2. Verfahren zur Herstellung einer eisenfreien Hartlegierung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des Nickels als vorwiegender Legierungsbestandteil Kobalt angewendet wird.
3. Verfahren zur Herstellung einer eisenfreien Hartlegierung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Nickelanteil der Legierung ersetzt wird durch ein Gemisch von Nickel und Kobalt.
4. Verfahren zur Herstellung einer eisenfreien Legierung nach Anspruch I, bei welcher der Schmelzpunkt erniedrigt und der elektrische Widerstand, verglichen mit Reinnickel,erhöht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung zusammengesetzt wind aus 8 bis 15 Prozent Zirkon und 92 bis 85 Prozent Nickel.
5. Verfahren zur Herstellung einer eisenfreien Legierung nach Anspruch I bzw. 2 mit höher verlegtem Schmelzpunkt, gekennzeichnet durch einen 35Prozent nicht übersteigenden Zusatz von Molybdän oder einem Metall der Chromgruppe.
6. Verfahren zur Herstellung einer eisenfreien Legierung mit höher veTlegtem Schmelzpunkt nach Anspruch 5, da-@dürch gekennzeichnet, idaß die Legierung zusammengesetzt ist aus etwa io Prozent Molybd'än, 25 Prozent Zirkon und 65 Prozent Nickel oder Kobalt.