DE621200C

DE621200C - Process for the treatment of metals and metal alloys

Info

Publication number: DE621200C
Application number: DE1930621200D
Authority: DE
Original assignee: PROCEDES MAHOUX SOC D EXPL DES
Current assignee: PROCEDES MAHOUX SOC D EXPL DES
Priority date: 1929-08-08
Filing date: 1930-08-07
Publication date: 1935-11-02

Description

Verfahren zur Behandlung von Metallen und Metall-Legierungen Die Erfindung bezieht sich auf ein zur Behandlung von Metallen und Legierungen, insbesondere von Stahl und anderen Eisenlegierungen, bestimmtes Verfahren, «-elches, gegebenenfalls unter gleichzeitigem Härten der Oberfläche, z. B. durch Zementieren oder Nitrieren, die kristallinische Beschaffenheit des Metalls zu verändern gestattet.Process for the treatment of metals and metal alloys The invention refers to a treatment of metals and alloys, especially of Steel and other iron alloys, specific process, «-elches, if necessary with simultaneous hardening of the surface, e.g. B. by cementing or nitriding, to change the crystalline nature of the metal.

Es ist bekannt, daß `Werkstücke, wenn sie erhitzt werden, in Molekularschwingungen versetzt werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Erhitzung mit Hilfe von Hochfrequenzströmen vorgenommen wird. In den bekannten Fällen war jedoch die Erzeugung der Molekularschwingungen nicht Selbstzweck, sondern eine unbeabsichtigte Nebenerscheinung. Außerdem wurde ein Wechselstrom mit nur 25 bis ioo Sekundenwechseln benutzt. 'Mit einem solchen Wechselstrom sind ultrasonore Schwingungen nicht zu erzeugen. Unter Schwingungen von ultrasonorer Frequenz sind solche Schwingungen zu verstehen, die für das Ohr nicht wahrnehmbar sind und deren Frequenz über ungefähr 32 000 Perioden je Sekunde und zweckmäßig ungefähr zwischen i ooo ooo und io ooo ooo Perioden je Sekunde liegt.It is known that `workpieces, when they are heated, are set into molecular vibrations. This is particularly the case when the heating is carried out with the aid of high-frequency currents. In the known cases, however, the generation of the molecular vibrations was not an end in itself, but an unintended side effect. In addition, an alternating current with only 25 to 100 seconds alternations was used. 'With such an alternating current, ultrasonic vibrations cannot be generated. Vibrations at an ultrasound frequency are to be understood as those vibrations which are imperceptible to the ear and whose frequency is over approximately 32,000 periods per second and appropriately between approximately 10,000,000 and 10,000,000 periods per second.

Es wurde nun gefunden, daß die Beschaffenheit des Metall- bzw. Legierungsgefüges verändert wird, wenn in diesen Metallen oder Legierungen, insbesondere Stahl und anderen Eisenlegierungen, bei niedrig gehaltenen Temperaturen, die z. B. bei Kohlenstoffstählen unterhalb der Umwandlungspunkte liegen und im allgemeinen etwa 5oo° C betragen, elektromagnetische oder mechanische Schwingungen von ultrasonorer Frequenz erzeugt werden, die praktisch nicht zur Erhitzung beitragen, wobei Schwingungen von einer Art oder mehreren Arten zusammen benutzt werden können.It has now been found that the nature of the metal or alloy structure is changed when in these metals or alloys, especially steel and other iron alloys, at low temperatures, e.g. B. in carbon steels lie below the transition points and are generally around 500 ° C, Electromagnetic or mechanical vibrations generated by ultrasound frequencies that practically do not contribute to the heating, with vibrations of a Kind or several kinds can be used together.

Erfolgt hierbei die Behandlung in Gegenwart eines Härtungsmittels, z. B. Kohlenstoff oder Stickstoff, so stellt man fest, daß sich das Härtungsmittel auch bei den vorgenannten niedrigen Temperaturen dem Metall einverleibt und so eine Härtung an der Oberfläche erzeugt.If the treatment is carried out in the presence of a hardening agent, z. B. carbon or nitrogen, it is found that the hardener incorporated into the metal even at the aforementioned low temperatures and so on Hardening generated on the surface.

Bei den bisherüblichen Zementationsverfahren erfolgt das Eindringen des Kohlenstoffes bei hoher Temperatur, worauf das Arbeitsstück abgeschreckt werden muß. Es können hierdurch Verformungen hervorgerufen werden, die infolge der harten Oberfläche ein schwieriges Nacharbeiten des Arbeitsstückes nach dem Zementieren erfordern. Ferner sind die durch das Abschrecken entstandenen Innenspannungen noch weiter vorhanden, während es vielvorteilhafter wäre, wenn der Stahl angelassen werden könnte und die sonst durch Anlassen erzielte erhöhte Zähigkeit und dadurch verringerte Bruchgefahr aufweisen würde.Penetration takes place with the cementation processes that have been used up to now of carbon at high temperature, whereupon the workpiece is quenched got to. This can cause deformations due to the hard Surface difficult reworking of the workpiece after cementing require. Furthermore, the internal stresses caused by the quenching are still there still present, while it would be much more advantageous if the steel were tempered could and the increased toughness otherwise achieved by tempering and thus reduced Would have a risk of breakage.

Das Nitrieren mittels bisher üblicher Verfahren erfordert legierte und daher verhältnismäßig teure Stahlsorten; außerdem ist das Verfahren langwierig.Nitriding by means of the usual methods requires alloyed and therefore relatively expensive types of steel; in addition, the process is lengthy.

`- Ein Vorzug des Verfahrens gemäß der Erfindung bei Anwendung auf. nur an der Oberfläche zu härtendem Stahl besteht darin, daß die Behandlung bei einer Temperatur möglich ist, die niedriger als die höchste Anlaßtemperatur nach dem Härten ist und dem Stahl mechanische Eigenschaften bewahrt, die den üblichen Arbeitsbedingungen an Maschinen am besten entsprechen.`- An advantage of the method according to the invention when applied to. Steel to be hardened only on the surface consists in the treatment at a Temperature is possible that is lower than the highest tempering temperature after hardening and the steel retains mechanical properties that are common to normal working conditions on machines.

Überdies .dringt der nach dem neuen Verfahren vom Arbeitsstück aufgenommene Kohlenstoff fortschreitend von der Oberfläche nach innen, wobei die bekannte Neigung zum Absplittern bzw. Abschuppen, wie sie durch das bisherige Zementierungsverfahren verursacht wird, behoben ist. Das Verfahren gestattet außerdem, die Härtung der Oberfläche in einer sehr kurzen Zeit zu bewirken.In addition, penetrates that which has been picked up by the workpiece according to the new process Carbon progresses inward from the surface, using the known slope for chipping or flaking, as they were caused by the previous cementing process caused is resolved. The process also allows the hardening of the To effect surface in a very short time.

Andererseits haben die Schwingungen eine Veränderung des Metallgefüges -zur Folge, wodurch im allgemeinen die mechanischen Eigenschaften verbessert werden. Dies ist insbesondere bei den austenitischen Stahlarten der Fall.On the other hand, the vibrations have a change in the metal structure As a result, the mechanical properties are generally improved. This is particularly the case with the austenitic types of steel.

Die elektrische Behandlung im Sinne der Erfindung bewirkt dadurch eine kristallinische Veränderung der Behandlungsmasse, daß die Schwingungen die Bindungen der Moleküle vermindern, die dazu neigen, sich in der stabilsten Zustandsform zu gruppieren.The electrical treatment within the meaning of the invention is effected thereby a crystalline change in the treatment mass that the vibrations the The bonds of the molecules diminish, which tend to be in the most stable state to group.

Wenn zwei Stahlproben aus dem gleichen Barren auf 530 `erwärmt werden und die eine von ihnen außerdem noch der Einwirkung des elektrischen Stromes im Sinne der Erfindung unterworfen wird, so zeigt letztere höhere Widerstandsfähigkeit gegen Bruch und Stoß als das andere Probestück.If two steel specimens from the same bar are heated to 530 ' and one of them is also subjected to the action of the electric current in the sense of the invention, the latter shows greater resistance to breakage and impact than the other specimen.

Falls die Härtung durch Nitrieren erfolgt, gestattet es das Verfahren, die Härtung der Oberfläche in einer kürzeren Zeit als bisher auszuführen.If hardening is carried out by nitriding, the process allows to carry out the hardening of the surface in a shorter time than before.

Die einverleibten härtenden Elemente können von festen, flüssigen oder gasförmigen Körpern herrühren. Das Verfahren gestattet gleichfalls die unmitttlbare, getrennte oder vereinte Einverleibung fester Stoffe, wie Bor, Aluminium, Silicium und allgemein von Metallen, Metalloiden, Verbindungen oder Legierungen, die dem Arbeitsstück besondere Eigenschaften, so z. B. die der Nichtozydierbarkeit, verleihen sollen.The incorporated hardening elements can range from solid to liquid or gaseous bodies. The procedure also allows the direct, separate or combined incorporation of solids such as boron, aluminum, silicon and in general of metals, metalloids, compounds or alloys that correspond to the Work piece special properties, such. B. the non-oxidizability confer should.

In den vorher angeführten Fällen erfolgt unter Wirkung der Schwingungen eine Wanderung eines oder mehrerer Elemente, z. B. Kohlenstoff, Stickstoff, in das behandelte Arbeitsstück. Ebenso kann auch eine Verminderung z. B. des Kohlenstoffgehaltes an der Oberfläche erzielt werden. Unterwirft man zu diesem Zwecke der Wirkung der Schwingungen ein Stück, welches bereits einen hohen Kohlenstoffgehalt besitzt, z. B. einen Gußeisenstab, der von einem mit Kohlenstoff nicht angereicherten Mittel, z. B. von Eisenspänen, oder einfach von einem Luftstrom umgeben ist, so findet eine vom Gußeisenstück ausgehende Kohlenstoffabwanderung statt, so daß das Gußeisenstück an der Oberfläche kohlenstoffärmer wird und hierauf gewünschtenfalls durch irgendein Härtungsmittel an der Oberfläche gehärtet werden kann. In allen diesen verschiedenen Fällen scheinen sich die unter Wirkung der Schwingungen erfolgenden molekularen Wanderungen in einer Richtung zu vollziehen, die einem gewissen physikalischchemischen Gleichgewicht zwischen dem behandelten Stück und dem es umgebenden Mittel entspricht.In the above-mentioned cases, the vibrations act migration of one or more elements, e.g. B. carbon, nitrogen, into the treated work piece. Likewise, a reduction z. B. the carbon content can be achieved on the surface. For this purpose one submits to the action of Vibrations a piece that already has a high carbon content, e.g. B. a cast iron rod made of a non-carbon enriched agent, z. B. is surrounded by iron filings, or simply by a stream of air, so finds one carbon migration proceeding from the cast iron piece, so that the cast iron piece becomes lower carbon on the surface and then if desired by any Hardening agent can be hardened on the surface. In all of these different ones In cases, the molecular effects appear to occur under the action of the vibrations Migrations to take place in a direction that is a certain physico-chemical Equilibrium between the treated piece and the medium surrounding it.

Die Schwingungen können insbesondere durch ein elektrisches Feld erzeugt werden, das zwischen einem Metallteil und dem behandelten Stück schwingt, wobei das Dielektrikum durch mit Kohlenstoff oder Stickstoff angereicherte oder sonstige Atmosphäre o. dgl. gebildet -wird. Es scheint, daß das elektrische Feld gleichfalls die Ausbreitung des Härtungsstoffes im Arbeitsstück begünstigt. Es besteht daher eines der Erfindungsmerkmale darin, daß die Wirkungen des schwingenden elektrischen Feldes und der ultrasonoren Schwingungen, die das Feld unter Verwendung des Härtungsstoffes als Dielektrikum eines Kondensators erzeugt, dessen einer Belag durch das zu behandelnde Stück gebildet wird, diesem zugleich zugute kommen.The vibrations can in particular be generated by an electric field vibrating between a metal part and the treated piece, wherein the dielectric by enriched with carbon or nitrogen or otherwise Atmosphere or the like is formed. It seems that the electric field also the spread of the hardening substance in the work piece. It therefore exists One of the features of the invention is that the effects of the vibrating electrical Field and the ultrasonic vibrations that the field using the hardening material generated as a dielectric of a capacitor, one of which is covered by the to be treated Piece is formed, this benefit at the same time.

Die Erfindung betrifft Anlagen bzw. Einrichtungen zur Ausführung des Verfahrens sowie die nach diesem Verfahren behandelten Gegenstände.The invention relates to systems and devices for carrying out the Process as well as the objects treated according to this process.

In den bloß beispielshalber beiliegenden Zeichnungen stellen dar: Abb. z schematisch eine zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung dienende Anlage, bei der die mechanischen Schwingungen von der Frequenz der Ultratöne durch eine Selbstinduktion erzeugt werden, die von dem Schwingungsstrom eines elektrischen Oszillators durchflossen wird, und wobei die Betriebstemperatur durch einen elektrischen Ofen erzeugt wird, Abb. 2 eine Ausführungsform, bei= der die ultrasonoren Wellen durch einen Kondensator erzeugt werden, der von dem Schwingungsstrom durchströmt wird, Abb. 3 einen lotrechten schematischen Schnitt durch eine Vorrichtung der vorerwähnten Art, bei der der eine der Teile des Kondensators durch das zu behandelnde Stück gebildet wird.In the drawings enclosed by way of example only: Fig. Z schematically a serving to carry out the method according to the invention Plant in which the mechanical vibrations of the frequency of the ultra tones through a self-induction can be generated by the oscillating current of an electric Oscillator is traversed, and the operating temperature by an electrical Furnace is generated, Fig. 2 an embodiment in which the ultrasonous waves can be generated by a capacitor through which the oscillation current flows Fig. 3 is a vertical schematic section through a device of the aforementioned Kind in which the one of the parts of the capacitor through the piece to be treated is formed.

Gemäß dem in der Abb. r dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Anlage einen Gasofen bzw. Metallbadofen auf, der im vorliegenden Falle durch Widerstände 2 elektrisch heizbar ist. Im Ofen befindet sich ein Sockel 3 aus nicht leitendem Merkstoff, der zur Abstützung eines (las zu behandelnde Werkstück 5 aufnehmenden Behälters 4. aus Metall dient. Das Werkstück beliebiger Form, beispielsweise aus Stahl oder einem eisenhaltigen Metall, wird im Behälter -unter Vermittlung eines Halteteils 6 gehalten, welcher selbst durch "einen auf dem Behälter bzw. der Büchse q. aufliegenden dielektrischen Teil 7 abgestützt wird. In den unteren Teil der Büchse q. mündet ein Gaszuleitungsrohr B. Der Gasaustritt erfolgt im oberen Teil durch die Leitung g. Zweckmäßig ist in der Büchse q. konzentrisch mit dem zu behandelnden Teil s ein 'Metallrohr oder Ring io angeordnet, das bzw. der die 1Ietalhvand der Büchse 4. unmittelbar berührt und zur Leitung des Gases um den zu behandelnden Teil 5 bestimmt ist.According to the embodiment shown in Fig. R, the Plant on a gas furnace or metal bath furnace, which in the present Cases is electrically heated by resistors 2. A base 3 is located in the furnace non-conductive material, which is used to support a workpiece to be treated 5 receiving container 4. made of metal. The workpiece of any shape, for example made of steel or a ferrous metal, is placed in the container with the help of a Holding part 6 held, which itself by "one on the container or the can q. resting dielectric part 7 is supported. In the lower part of the can q. opens a gas supply pipe B. The gas outlet is through the upper part the line g. It is useful in the sleeve q. concentric with that to be treated Part s a 'metal tube or ring io arranged, which or which the 1Ietalhvand the Bushing 4. touched directly and used to direct the gas around the part to be treated 5 is determined.

Die Anlage wird durch eine Vorrichtung vervollständigt, die zur Erzeugung mechanischer Schwingungen im Werkstück 5 bestimmt ist, deren Frequenz jener von ultrasonoren Wellen gleichkommt. Diese Schwingungen können durch irgendeines der bekannten Verfahren, z. B. mit Hilfe des bekannten Hartley-Oszillators 21 oder eines Oszillators mit Zeitkonstante, erzeugt werden. 'Man kann hierzu auch die bekannte Eigenschaft piezoelektrischer Kristalle verwenden. Ultrasonore Schwingungen können gleichfalls mechanisch, wie nachstehend angedeutet, erzeugt «erden.The plant is completed by a device that is used to generate mechanical vibrations in the workpiece 5 is determined, the frequency of which is that of ultrasonic waves equals. These vibrations can be caused by any of the known methods, e.g. B. using the known Hartley oscillator 21 or one Oscillator with time constant. 'You can also use the well-known Use property of piezoelectric crystals. Ultrasonic vibrations can likewise mechanically, as indicated below, generated "earth".

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Abb. _ wird das zu behandelnde Werkstück 5 zeit einer metallenen Scheibe ii unter Vermittlung seines Halteteils 6 verbunden. Die Scheibe ii ist im unteren Teil eines aus nicht leitendem Werkstoff bestehenden Rohres 12 aus Holz oder einem feuerfesten Stoff befestigt, in dem gleichachsig mit ihm eine Selbstinduktionsspule 13 angeordnet ist: Diese steht einerseits durch eine Leitung 1q. mit einem Umschalter 15 in Verbindung, der ihren Anschluß entweder durch eine Leitung 16 an Erde oder aber durch eine Leitung 17 an das zu behandelnde Werkstück 5 gestattet. Im letzteren Falle erfolgt die Rückleitung zur Erde durch (las Werkstück 5, dass einen Belag des Kondensators bildet, den das Dielektrikum bildenden, zwischen (lein Werkstück 5 und dem Rohr io befindlichen Raum 18, das Rohr io, welches den anderen Kondensatorbelag bildet, die Büchse q., die Rohrleitung g und einen Leiter ig.According to the embodiment according to Fig. _ The to be treated Workpiece 5 time of a metal disc ii with the mediation of its holding part 6 connected. The disk ii is in the lower part of a non-conductive material existing tube 12 made of wood or a fireproof material attached in the equiaxed with it a self-induction coil 13 is arranged: this stands through on the one hand a line 1q. with a changeover switch 15 in connection, which connects to either through a line 16 to earth or through a line 17 to the to be treated Workpiece 5 allowed. In the latter case, the return to earth is through (read workpiece 5 that forms a layer of the capacitor, which is the dielectric forming space 18 located between (lein workpiece 5 and the tube io, the Pipe io, which forms the other capacitor layer, the sleeve q., The pipeline g and a ladder ig.

Die Selbstinduktionsspule 13 ist andernteils durch eine Leitung 2o an einen elektrischen Schwingungskreis angeschlossen.The self-induction coil 13 is on the other hand through a line 2o connected to an electrical oscillating circuit.

Die Wirkungsweise ist wie folgt: Das Probestück wird auf einer entsprechenden Temperatur, beispielsweise etwa 480' C gehalten, und der Schuzngungskreis wird eingeschaltet. Die Hochfrequenzströme fließen durch die Selbstinduktionsspule 13 und sodann beispielsweise durch die Leitung 16 zur Erde. Unter Wirkung dieser Ströme beeinflußt die Wicklung 13 die Platte ii so, daß diese die bekannten mechanischen Hochfrequenzschwingungen, die vorgenannten Ultratöne, erzeugt, die sich auf das zu behandelnde Arbeitsstück 5 übertragen.The mode of operation is as follows: the specimen is kept at an appropriate temperature, for example about 480 ° C., and the protective circuit is switched on. The high-frequency currents flow through the self-induction coil 13 and then, for example, through the line 16 to earth. Under the action of these currents, the winding 13 influences the plate ii in such a way that it generates the known mechanical high-frequency vibrations, the aforementioned ultra tones, which are transmitted to the workpiece 5 to be treated.

Es würde die Entdeckung gemacht, daß diese mechanischen Schwingungen, deren Frequenz jene der Ultratöne ist, bei einer Temperatur von ungefähr q.8o° C das in Behandlung befindliche Arbeitsstück derart beeinflussen, daß sich sein kristallinischer Zustand ändert und die Eigenschaften des Stahles verbessert werden.The discovery would be made that these mechanical vibrations, the frequency of which is that of the ultra tones, at a temperature of about q.8o ° C affect the workpiece being treated in such a way that its crystalline Condition changes and the properties of the steel are improved.

Will man ein Härten an der Oberfläche erzielen, so genügt es, bei gleichbleibender Arbeitsweise durch den Innenraum der Büchse einen Strom eines aktiven Gases, z. B. Stickstoff, Ammoniak, Leuchtgas oder Kohlenoxyd, oder ein Gemenge oder eine Zusammensetzung mehrerer solcher Gase zu leiten. Es ergibt sich, daß die Härtung rasch vor sich geht.If you want to achieve hardening on the surface, it is sufficient to consistent operation through the interior of the rifle a stream of an active Gas, e.g. B. nitrogen, ammonia, luminous gas or carbon oxide, or a mixture or to conduct a composition of several such gases. It turns out that the hardening is going on quickly.

Der Umschalter 15 und die Verbindung 17 ermöglichen es, daß in das in Behandlung befindliche `Werkstück 5 zugleich ultrasonore und elektromagnetische Wellen geleitet werden. Der Hochfrequenzstrom des Schwingungskreises fließt hierbei durch das Rohr g und die Verbindung -g zur Erde.The switch 15 and the connection 17 make it possible that in the in treatment `workpiece 5 at the same time ultrasonic and electromagnetic Waves are guided. The high-frequency current of the oscillation circuit flows here through the pipe g and the connection -g to the earth.

Um den durch das Verfahren erzielten Fortschritt besser klarlegen zu können, werden im nachstehenden die bei Versuchen mit der in Abb. i beschriebenen Anlage erzielten. Ergebnisse angeführt. i. Beispiel Das zu behandelnde Arbeitsstück bestand aus einem zylindrischen Werkstück von io mm Durchmesser eines Nickel-Chrom-Molybdän-Stahles, dessen Zusammensetzung ungefähr die folgende war Kohlenstoff . . . . . . . . . . . . . . . . 0,350/10, Chrom . . . _ . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,go °/o, Nickel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,500/0, Molybdän . . . . . . . . . . . . .... 0,50 °;o. Der Ring bzw. die Hülse io wurde derart angeordnet, daß der Raum i8 zwischen dem @'i'erkstück 5 und -dem Ring bzw. der Hülse 5 mm betrug. Das aktive Gas, das diesen Raum von unten nach oben durchströmte, bestand aus Teilen Acetylen und i Teil Leuchtgas. Der Druck in der Kreisleitung betrug 3 bis 5 cm Wasser, und die hindurchtretende Menge belief sich auf ungefähr 301 in der Stunde, die ein Rohr von io mm Innendurchmesser durchströmten. Während der Versuchsdauer betrug die Ofentemperatur ungefähr 480' C.In order to be able to better clarify the progress achieved by the process, the following are those achieved in experiments with the system described in Fig. I. Results listed. i. EXAMPLE The workpiece to be treated consisted of a cylindrical workpiece 10 mm in diameter of nickel-chromium-molybdenum steel, the composition of which was approximately the following: carbon. . . . . . . . . . . . . . . . 0.350 / 10, chrome. . . _. . . . . . . . . . . . . . . . . 2, go ° / o, nickel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,500 / 0, molybdenum. . . . . . . . . . . . .... 0.50 °; o. The ring or the sleeve was arranged in such a way that the space between the piece 5 and the ring or the sleeve was 5 mm. The active gas that flowed through this space from bottom to top consisted of parts acetylene and 1 part luminous gas. The pressure in the circuit was 3 to 5 cm of water, and the amount passing through amounted to about 301 per hour, which flowed through a pipe with an internal diameter of 10 mm. During the duration of the experiment, the oven temperature was approximately 480 ° C.

Die mit dem Werkstück 5 verbundene Scheibe ii hatte einen Durchmesser von 2io mm und war 1o mm dick. Die 1 cm oberhalb der Scheibe 11 angeordnete Selbstinduktionsspule 13 bestand aus neun Windungen eines Drahtes von 5 mm. Die Windungen besaßen einen Durchmesser von 8 cm und einen Abstand von 1 cm. Die Länge der Welle, die durch den Schwingungskreis ausgesandt wurde, betrug 38 m bei einer Hochspannung von 2 goo Volt und einer Niederspannung von 8 Volt.The disk ii connected to the workpiece 5 had a diameter of 2io mm and was 10 mm thick. The 1 cm above the disc 11 arranged self-induction coil 13 consisted of nine turns of a wire of 5 mm. The coils were 8 cm in diameter and 1 cm apart. The length of the wave emitted by the oscillation circuit was 38 m at a high voltage of 2 goo volts and a low voltage of 8 volts.

Diese Anlage ergab nach 61/, Stunden Betrieb eine gehärtete Schicht von 0,3 mm Dicke, während der in gleicher Weise behandelte Stahl derselben Zusammensetzung in 7 Stunden ohne Anwendung der Wellen nur eine Härteschicht von o,o8 mm Stärke aufwies. Überdies betrug die Härte des 'Werkstückes im Kern ohne die Behandlung durch Schwingungswellen nach dem Härten und Anlassen 26.Rockwelleinheiten unter einer Belastung von 15o kg, während sich der Härtewert auf 35 erhöhte, wenn die Behandlung durch Wellen erfolgte.After 61 /. Hours of operation, this system produced a hardened layer 0.3 mm thick, while the steel of the same composition treated in the same way only had a hardness layer 0.08 mm thick in 7 hours without the use of the shafts. Moreover, the hardness of the workpiece in the core without the vibration wave treatment after hardening and tempering was 26 units of the rock wave under a load of 150 kg, while the hardness value increased to 35 when the wave treatment was carried out.

Bei dem vorerwähnten Beispiel erzeugt der Schwingungsstrom Ultratöne unter Vermittlung der Selbstinduktionsspule 13. Man kann aber auch zu diesem Ergebnis auf andere Art gelangen, z. B. unter Zuhilfenahme eines Kondensators nach Abb. 2. Gemäß dieser Ausführungsform mündet die mit dem Schwingungskreis verbundene Leitung 2o an dem Teil 31a eines Kondensators, während der andere Teil 3,b mechanisch, z. B. durch den Halteteil 6, mit dem zu behandelnden Werkstück 5 verbunden ist. Bekanntlich sind die Teile 31a und 311 des Kondensators unter Wirkung hoher Frequenz Sitze mechanischer Schwingungen, deren Frequenz die der Ultratöne ist. Diese Schwingungen werden in ähnlicher Weise wie bei dem beschriebenen Beispiel dem zu behandelnden Werkstück 5 mitgeteilt, das gegebenenfalls unter Anwendung von Schaltern 32, 33 von dem Hochfrequenzstrom durchlaufen werden kann.In the above-mentioned example, the oscillating current generates ultra-tones through the intermediary of the self-induction coil 13. However, this result can also be reached in other ways, e.g. B. with the aid of a capacitor according to Fig. 2. According to this embodiment, the line 2o connected to the resonant circuit opens at part 31a of a capacitor, while the other part 3, b mechanically, e.g. B. by the holding part 6, is connected to the workpiece 5 to be treated. As is well known, the parts 31a and 311 of the capacitor, under the action of high frequency, are seats of mechanical vibrations, the frequency of which is that of the ultra tones. These vibrations are communicated to the workpiece 5 to be treated in a manner similar to that in the example described, through which the high-frequency current can, if necessary, using switches 32, 33.

Übrigens muß bemerkt werden, daß der Kondensator 31 unnötig ist, falls das zu behandelnde Stück von elektromagnetischen Wellen durchlaufen wird, da dann das Werkstück 5 selbst die Teile eines Kondensators bildet, dessen andere Teile durch den geerdeten Teil Mo gebildet werden, während der von dem aktiven Gas durchströmte Zwischenraum 18 das Dielektrikum abgibt. -Man kann in diesem Falle die Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Abb.3 vereinfachen. 51 ist hierbei ein aus Ziegeln bestehender Träger eines 'Metalltroges 52, der beispielsweise geschmolzenes Blei 53 enthält und beliebig, z. B. durch einen Gasbrenner 54., derart erwärmt wird, daß das Bleibad 53 eine für die angestrebte Härtung zweckdienliche Temperatur beibehält.Incidentally, it should be noted that the capacitor 31 is unnecessary if the piece to be treated is traversed by electromagnetic waves, since then the workpiece 5 itself forms the parts of a capacitor, the other parts of which may be formed by the grounded part Mo while the active gas is flowing through it Gap 18 emits the dielectric. -One can in this case the arrangement Simplify according to the embodiment of Fig.3. 51 here is one made of bricks existing support of a 'metal trough 52, for example, the molten lead 53 contains and any, z. B. by a gas burner 54., is heated in such a way, that the lead bath 53 maintains a temperature appropriate for the desired hardening.

In den Trog 52 taucht eine durch beliebige Stützen 56 abgestützte Büchse 55, in deren. Mitte der zu härtende Probestab 57 angeordnet wird. -Der Probestab wird von der Büchse elektrisch isoliert, und zwar am Boden durch eine Platte aus nicht leitendem feuerbeständigem Stoff 58 und im oberen Teil durch eine andere Platte 59 gleicher Art, die gleichzeitig den Deckel bildet.A supported by any desired supports 56 is immersed in the trough 52 Bush 55, in whose. In the middle of the test rod 57 to be hardened is arranged. -The test stick is electrically isolated from the socket by a plate on the floor non-conductive fire-resistant fabric 58 and in the upper part by another plate 59 of the same type, which also forms the lid.

Das Gas, das eine Härtewirkung auf den Stahl ausüben soll, strömt durch die Leitung 6o in den Behandlungsraum und entweicht durch eine zweite Leitung 61.The gas that is supposed to have a hardening effect on the steel flows through line 6o into the treatment room and escapes through a second line 61.

Mit dem Probestück 57 ist durch eine Leitung 62 irgendein üblicher Schwingungskreis verbunden, wobei der Trog 52 durch eine Leitung 63 geerdet wird. Der Probestab 57 bildet demnach mit der Büchse 55 eine Art Kondensator, der vom Schwingungsstrom durchflossen wird und dessen D.ielektrikum durch das Gas gebildet wird.With the specimen 57, through a conduit 62, any one is common Oscillating circuit connected, the trough 52 is grounded by a line 63. The sample rod 57 thus forms a kind of capacitor with the sleeve 55, which is from Oscillation current flows through it and its dielectric is formed by the gas will.

Natürlich richtet sich die Dauer der Behandlung und die Stärke des Schwingungsstromes nach den Abmessungen des Arbeitsstückes.Of course, it depends on the duration of the treatment and the strength of the Oscillation current according to the dimensions of the workpiece.

Statt die ultrasonoren Schwingungen in der angedeuteten Weise zu erzeugen, kann man sie auch in jeder anderen Weise, insbesondere durch rein mechanische Anordnungen, hervorrufen.Instead of generating the ultrasonic vibrations in the manner indicated, you can also use them in any other way, in particular by purely mechanical arrangements, cause.

Es wurde bisher die Möglichkeit der Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung zur Einverleibung von Metallen, Metalloiden oder Legierungen in andere Metalle und Eisenlegierungen, insbesondere Stahlarten, beschrieben. Das einzuverleibende Element kann in diesem Falle das zu behandelnde Stück in Form eines feinen Pulvers oder in anderer "'eise, besonders in Form eines galvanischen Niederschlages, umgeben.It was previously the possibility of applying the method according to of the invention for incorporating metals, metalloids or alloys into others Metals and iron alloys, in particular types of steel, described. The one to be incorporated Element in this case can be the piece to be treated in the form of a fine powder or in some other way, especially in the form of a galvanic deposit.

Drei Beispiele hierfür sind im nachstehenden angeführt z. Beispiel Man umhüllt den aus sehr weichem Stahl bestehenden Probestab mit einem Pulver, das z. B. aus Bor besteht, und unterwirft ihn bei ungefähr 52o° C ultrasonoren Schwingungen. Obgleich dieses Element einen sehr hohen Schmelzpunkt besitzt, der beträchtlich oberhalb der Versuchstemperatur liegt, dringt es doch in ungefähr zehn Stunden bis zu einer Tiefe von 0,7 mm in das Metall ein.Three examples of this are given below e.g. example The test rod, which is made of very soft steel, is wrapped in a powder which z. B. consists of boron, and subjects it to ultrasonic vibrations at around 52o ° C. Although this element has a very high melting point, which is considerable is above the test temperature, it penetrates up to in about ten hours into the metal to a depth of 0.7 mm.

3. Beispiel Ein Stück sehr weichen Stahls wird durch galvanischen Niederschlag mit einem Chromhäutchen überzogen, worauf es bei 530'C ultrasonoren Schwingungen ausgesetzt wird. Es ergibt sich, das nach ungefähr 9 Stunden der Behandlung das Chrom bis zu einer Tiefe von ungefähr 0,35 mm in den Stahl eingedrungen ist. 4. Beispiel Ein Stab aus sehr weichem Stahl wird von Zink umgeben und der Wirkung der Schwingungen während 3 Stunden bei 33o° C ausgesetzt. Das Zink dringt trotz der niedrigen Behandlungstemperatur bis zu einer Tiefe von o,7 mm in den Stab ein. Es wurden jedoch auch bei bedeutend niedrigeren Temperaturen noch brauchbare Ergebnisse erzielt.3rd example A piece of very soft steel is coated with a chrome membrane by galvanic deposition, whereupon it is exposed to ultrasound vibrations at 530.degree. It turns out that after about 9 hours of treatment the chromium has penetrated the steel to a depth of about 0.35 mm. Example 4 A rod made of very soft steel is surrounded by zinc and subjected to the action of the vibrations for 3 hours at 33o ° C. Despite the low treatment temperature, the zinc penetrates the rod to a depth of 0.7 mm. However, useful results were obtained even at significantly lower temperatures.

Hinsichtlich der Höhe der Behandlungstemperatur wird schließlich bemerkt, daß die Erfahrung `gezeigt hat, daß mäßige Temperaturen vorteilhaft sind, die insbesondere bei den üblichen Stahl- bzw. Eisensorten niedriger als ihr Umwandlungspunkt oder als der Schmelzpunkt des eingeführten Körpers sind, da sie Deformierungen des zu behandelnden Stückes vermeiden und die Verfahrenskosten herabsetzen. Das Verfahren ist jedoch auch bei höheren Temperaturen, z. B. bei den Temperaturen der üblichen Wärmebehandlungen der Stahlarten, oder bei Temperaturen ausführbar, die höher als der Schmelzpunkt des in das zu behandelnde Stück einzuführenden Körpers sind.With regard to the level of the treatment temperature, it is finally noted that that experience has shown that moderate temperatures are advantageous, in particular with the usual types of steel or iron, lower than their transformation point or than the melting point of the imported body, as they cause deformations of the too Avoid treated piece and reduce the procedural costs. The procedure however, it is also possible at higher temperatures, e.g. B. at the temperatures of the usual Heat treatments of steel types, or can be carried out at temperatures higher than are the melting point of the body to be inserted into the piece to be treated.

So hat ein Versuch folgendes Ergebnis geliefert: 5. Beispiel Der Probestab aus Stahl entsprach der folgenden Analyse: C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,70011o, Si......................... 0,25 0/0, lIn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,5o 0/0, ` P . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,040h, S ......................... 0,0q.0/,. Er wurde mit einer Mischung aus Bor, Graphit und Kupfer umgeben und der Wirkung ultrasonorer und elektromagnetischer Schwingungen bei einer Temperatur von 675' C in einem Gemenge von i Teil Ammoniakgas und 4 Teilen Leuchtgas ausgesetzt. Nach Verlauf von 9 Behandlungsstunden wurde eine harte Schicht von 0,i5 mm Dicke festgestellt, die insbesondere Kohlenstoff und Bor enthielt. Sodann wurde der gleiche Probestab io Stunden lang bei 750' C der Behandlung unterzogen mit dem Ergebnis, daß die harte Schicht sich in der Masse ausgebreitet hatte bzw. in sie eingedrungen war.An experiment gave the following result: 5. Example The test rod made of steel corresponded to the following analysis: C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.70011o, Si ......................... 0.25 0/0, lIn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.5o 0/0, `P. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.040h, S ......................... 0.0q.0 / ,. It was surrounded with a mixture of boron, graphite and copper and exposed to the action of ultrasonor and electromagnetic oscillations at a temperature of 675 ° C. in a mixture of 1 part ammonia gas and 4 parts luminous gas. After the course of 9 hours of treatment, a hard layer 0.15 mm thick was found, which contained in particular carbon and boron. The same test rod was then subjected to the treatment at 750 ° C. for 10 hours, with the result that the hard layer had spread or penetrated into the mass.

6. Beispiel Ein Probestab aus Nickel-Chrom-Molybdä n-Stahl von folgender Zusammensetzung: C . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . ... 0,35 %, Ni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,000/(), Cr......................... 3,00%, Mo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I,00 %, der auf 925' C erhitzt, abgeschreckt auf 500' angelassen und in Öl abgeschreckt wurde; wies eine Härte von 5o6 Brinell-Einheiten auf. Er wurde sodann während io Stunden bei Raumtemperatur der Wirkung ultrasonorer und elektromagnetischer Schwingungen in einer Gasatmosphäre ausgesetzt, die zu 1/S aus Leuchtgas und zu 4/., aus Ammoniakgas bestand. Nach der Behandlung war die Härte auf 556 Brinell-Einheiten gestiegen, und die mikroskopische Prüfung ergab die' Bildung einer Zementationsschicht von mehr als o,i mm Dicke.Example 6 A test bar made of nickel-chromium-molybdenum steel with the following composition: C. . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . ... 0.35%, Ni. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.000 / (), Cr ......................... 3.00%, Mo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.00% heated to 925 ' C, quenched to 500' and quenched in oil; had a hardness of 506 Brinell units. It was then exposed for 10 hours at room temperature to the action of ultrasonic and electromagnetic vibrations in a gas atmosphere consisting of 1 / S of luminous gas and 4 / s of ammonia gas. After treatment, the hardness had risen to 556 Brinell units and microscopic examination showed the formation of a cementation layer greater than 0.1 mm thick.

Das Verfahren kann, wie vorher angedeutet, auch benutzt werden, um ein Element aus der Außenschicht eines Stückes, z. B. Kohlenstoff aus der Außenschicht eines Gußeisenkörpers, zu entfernen. Zu diesem Zweck wird in an sich bekannter Weise das Stück mit einem Kohlenstoff absorbierenden Mittel umgeben.As previously indicated, the method can also be used to an element from the outer layer of a piece, e.g. B. carbon from the outer layer a cast iron body to remove. For this purpose, in a manner known per se surround the piece with a carbon absorbent.

7. Beispiel Ein Versuch mit einem Probestab aus Gußeisen von 15 mm Durchmesser und von folgender Zusammensetzung Gesamter Kohlenstoff ....... 3,10 %, Graphit . . . . . . . . . . . . . ...... 2,29 0/0, Silicium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,400/" der während io Stunden bei einer Temperatur von 530' C mittels der vorbeschriebenen, zum Härten von Stahlproben verwendeten Einrichtung behandelt wurde, wobei aber der Gasstrom einfach durch langsam strömende Luft ersetzt wurde, hat folgendes Ergebnis geliefert.7. Example An experiment with a test rod made of cast iron with a diameter of 15 mm and the following composition: Total carbon ....... 3.10%, graphite. . . . . . . . . . . . . ...... 2.29 0/0, silicon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.400 / "which was treated for 10 hours at a temperature of 530 ° C. by means of the above-described device used for hardening steel specimens, but with the gas flow simply being replaced by slowly flowing air, gave the following result.

Der Probestab war mit einem nicht anhaftenden Kohlenstoffniederschlag von 0,3 mm Dicke bedeckt, der aus dem Gußeisen während der Behandlung abgeschieden wurde. Andererseits zeigte die mikroskopische Prüfung, daß der Probestab in einer Tiefe von o,S mm "entkohlt war.The test bar was covered with a non-adherent carbon deposit 0.3 mm thick, which was deposited from the cast iron during the treatment. On the other hand, microscopic examination showed that the test rod was decarburized to a depth of 0.5 mm ".

Claims

PATENT CLAIMS: -i. Process for the treatment of metals and metal alloys, in particular steels and other iron alloys, characterized in that at low temperatures, the z. B. in carbon steels are below the transition points and are generally about 50o ° C, generated in the pieces to be treated electromagnetically or mechanically vibrations of ultrasonorous frequency. that practically do not contribute to the heating, ie oscillations with over 32,000 periods per second.

2. Simultaneous use of several mechanically or electromagnetically generated vibrations during implementation of the method according to claim i. 3. The use of vibrations ultrasonic frequency according to claim i for accelerated implementation of diffusion processes, z. B. when carburizing or decarburizing steel in the solid state. Procedure according to Claim i, characterized in that it is in contact with the piece to be treated funds located, e.g. B. carbon or oxygen, the action of an electromagnetic High frequency alternating current field is exposed. 5. Implementation of the procedures according to claims i to 4 at room temperature. 6. Device for executing the Method according to claims i to 5, characterized in that one in one Heatable chamber (i) arranged metallic, closed container (.l) grounded and contains a holding part (6) for the treatment piece (5) which is connected to the container is not conductively connected (Fig. i). 7. Apparatus according to claim 6, characterized in that that an electrical conductor (62) on the one hand with the treatment piece (57), on the other hand with one pole of a source of electricity generating vibrations of ultrasound frequency is connected so that the treatment piece and the metallic container (55) one Form a type of capacitor (Fig. 3). 8. Apparatus according to claim 6, characterized in that that the holding part (6) for the treatment piece (5) with the part (ii) of an electromagnet is rigidly connected to a source of electricity for ultrasound vibrations (21) is connected (Fig. I). Device according to claim 6, characterized in that that the holding part (6) for the treatment piece (5) with one part (31b) of a Capacitor is rigidly connected, the other part (31a) of which to a source of electricity for ultrasonic vibrations is connected (Fig. 2).