DE1433763B2

DE1433763B2 - Verwendung von chloriertem Biphenyl zum Vergüten von Metallen oder Glas

Info

Publication number: DE1433763B2
Application number: DE19641433763
Authority: DE
Inventors: Richard Webster Groves Mo. Davis (V.St.A.)
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1963-09-25
Filing date: 1964-09-22
Publication date: 1970-07-16
Also published as: BE653511A; CH463552A; DE1433763A1; GB1086082A; SE318294B; NL6411169A; LU47016A1; US3271207A

Description

1 2

Die Erfindung betrifft die Verwendung von chlo- Abkühlung nach der Umkristallisation in Luft durch-

riertem Biphenyl zum Vergüten von Metallen ein- geführt.

schließlich Metallegierungen, insbesondere Stahl, oder Darüber hinaus ist dem Fachmann bekannt, daß

Glas. bestimmte Nichteisenlegierungen, bei denen ein Pha-

Die Eigenschaften von Metallen, wie Eisen, Kupfer, 5 senwechsel auftritt, durch Ausfällungs - Härtungs-Nickel, Aluminium, Magnesium, Uran, Zink, Gold, behandlung gehärtet werden können. Bei der NichtSilber, Blei und Zinn, und ihrer Legierungen können eisenlegierung, die einer solchen Behandlung unterdurch verschiedene Wärmebehandlungsverfahren worfen werden kann, muß die Löslichkeit eines modifiziert werden, beispielsweise durch Abschrecken, Elements oder der Verbindung darin, mit zunehmender Ausglühen bzw. Tempern und Ausscheidungshärtung ίο Temperatur zunehmen, und die Menge des vor-(nachfolgend als Ausfällungshärtung bezeichnet) oder handenen Elements oder der vorhandenen Verbindung einfache Erhitzungsbäder. muß seine (ihre) Feststoff-Löslichkeitsgrenze bei

Der Zweck der Wärmebehandlung von Metallen niederen Temperaturen überschreiten. Die Ausfäl-

besteht darin, bestimmte gewünschte Eigenschaften, lungs-Härtungsbehandlung besteht darin, daß die

wie Dehnbarkeit, Härte oder Zähigkeit, in dem Pro- 15 Nichteisenlegierung auf eine Temperatur unmittelbar

dukt zu erzielen, sei es durch Änderung der Mikro- unterhalb der Verfestigungstemperatur erhitzt wird,

struktur und mechanischen Eigenschaften, sei es durch daß sie bei dieser Temperatur ausreichend lange

Beseitigung innerer Spannungen. gehalten wird, um die Phase zu lösen, die bei niedri-

Eines der herkömmlichsten Wärmebehandlungsver- geren Temperaturen ausfällt, und daß dann die fahren besteht darin, die Abschreckung von Stahl in 20 Legierung schnell genug abgekühlt wird zur Vereinem flüssigen Medium durchzuführen. Wenn ein hinderung der Ausfällung der zweiten Phase beim Stahl über den eutektoiden Umwandlungsbereich Abkühlen. Durch nachfolgendes Erhitzen auf eine (z. B. etwa 843 ⁰C hinaus) erhitzt wird, ändert sich das niedrigere Temperatur als die ursprünglich bzw. vora-Eisen (Ferrit) in y-Eisen. Das y-Eisen kann den ausgehend angewendete, oder durch einfaches Abgebundenen Kohlenstoff des Perlits, einer eutektoiden 25 kühlenlassen bestimmter Legierungen auf die UmLegierung von Kohlenstoff und Eisen, lösen, wobei gebungstemperatur wird ein Teil der zweiten Phase eine feste Lösung, bekannt als Austenit, gebildet wird. aus der übersättigten Feststofflösung ausgefällt. Durch Wenn das Metall abgeschreckt (schnell abgekühlt) eine geeignete Wiedererhitzungs- oder Alterungswird, hat der Austenit nicht genügend Zeit, zu den temperatur werden die ausgefällten Partikeln extrem normalen oder Perlitbedingungen zurückzukehren, 3° fein und die Nichteisenlegierungen werden hart und wenn der Umwandlungsbereich durch- und unter- fest. Die erste Stufe ist dem Fachmann als Lösungsschritten wird. Statt dessen wird ein Übergangs- stufe oder Lösungsglühen bekannt; die zweite Stufe produkt, gewöhnlich Martensit, gebildet. Martensit wird als Alterungsstufe bezeichnet. Bisher war es ist hart und spröde, und seine Bildung führt zu einer allgemein üblich, die schnelle Abkühlung der Lösungsgeringeren Festigkeit. Wenn jedoch das Metall 35 stufe unter Verwendung eines flüssigen Bades als getempert bzw. normal geglüht oder angelassen (auf Kühlmedium durchzuführen.

eine mäßig erhöhte Temperatur von etwa 399° C Ein weiteres bekanntes Wärmebehandlungsverfahwiedererhitzt) wird, wird der spröde Martensit ren besteht darin, daß ein Metall zur Erzielung verzersetzt, die inneren Spannungen werden beseitigt und schiedener Ergebnisse mit einem heißen flüssigen Bad intermediär mikrostrukturelle Produkte größerer 40 behandelt wird. Das Bad wird gewöhnlich auf der Plastizität gebildet. Diese intermediär gebildeten gewünschten Temperatur oberhalb Zimmertemperatur mikrostrukturellen Produkte besitzen die erwünschte gehalten. Dazu gehört beispielsweise das Glühen der Kombination von Festigkeit und Zähigkeit, die Stahl Legierungsbeschichtungen bei Metallen durch erstes gewöhnlich aufweist. Inkontaktbringen des Metallgegenstandes, der mit

Die üblichen Nichteisenmetalle und -legierungen 45 einem Flußmittel (beispielsweise Zinkchlorid) bezeigen keine allotropen Umwandlungen und unter- handelt werden soll, und Durchleiten des bezeichneten liegen beim Abkühlen keinem Phasenwechsel. Es ist Metallgegenstandes durch ein Legierungsbad und dann daher im allgemeinen nicht möglich, dieselben durch durch ein heißes Bad, das beispielsweise bei einer einfaches Erhitzen und Abschrecken, wie Stähle, zu Temperatur von etwa 315°C gehalten wird. Dies hat härten. Ebenso ist es, im Gegensatz zu Stählen, im 50 eine Glühbehandlung der Legierungsbeschichtung allgemeinen nicht möglich, allein durch Wärme- auf dem Metall zur Folge, wobei irgendein Legierungsbehandlung eine Kornverfeinerung bei Nichteisen- schuß weggewischt oder entfernt wird in oder unmittelmetallen hervorzurufen. bar auf das heiße Bad. Ein weiteres Beispiel ist das

Ein bekanntes Verfahren der Wärmebehandlung Eintauchen von Metall in ein Bad mit nachfolgendem bzw. Vergütung von Nichteisenmetallen und -legie- 55 Erhitzen des Bades, bis das Metall eine gewünschte rungen, das als Ausglühen bekannt ist, besteht darin, Temperatur erreicht. Das Metall kann dann entfernt daß ein Nichteisenmetall oder eine -legierung auf eine werden, und man kann es abkühlen oder glühen, oder Temperatur erhitzt wird, bei der die deformierten es kann verschiedenen anderen Verfahren unterKörner durch Kaltbearbeitung Umkristallisieren unter worfen werden, welche eine vorausgehende Erwärmung Bildung eines neuen Korns. Während der Umkristalli- 60 erfordern.

sation wird die Härtungswirkung der Kaltbearbeitung Zur Durchführung der oben geschilderten Wärmeeliminiert, und die Dehnbarkeit des Materials nimmt behandlungsstufen wurden bisher verschiedene Medier zu. Wenn sich einmal das Nichteisenmetall bei der verwendet, von denen jedes Medium seine Vorteilt Glühtemperatur umkristallisiert hat, werden seine und Nachteile hatte, aber keines derselben war völlk Eigenschaften durch den Abkühlungsverlauf nicht 65 zufriedenstellend. Wasser und wäßrige Lösungen an mehr beeinträchtigt, vorausgesetzt, daß zwischen der organischer Salze sind zwar die ältesten und billigster Glühtemperatur und der atmosphärischen Temperatur Wärmebehandlungsmedien und besitzen im Falle de: kein Phasenwechsel erfolgt. Bisher wurde daher die Stahlabschreckung eine maximale Härtungsfähigkeit

3 4

weil sie die höchsten Anfangsabschreckungsgeschwin- u. dgl. abhängt. Weiterhin kann das Abschrecken digkeiten haben, solche Medien haben jedoch den durch Steuerung der Temperatur des chlorierten BiNachteil, daß die hohen Abschreckungsgeschwindig- phenyls auf eine Abschreck-und Temperungs-(Anlaß-) keiten zu niederen Temperaturen führen, die zu Ver- Stufe in einem Arbeitsgang variiert werden,
werfungen, Verformung, Sprödigkeit, ungleichmäßiger 5 An Stelle durch Eintaueben kann das Abschrecken Härte und Bruch führen. Ebenso verursachen solche auch durch Aufsprühen des erfindungsgemäß verwen-Medien bei der Wärmebehandlung Eisen enthaltender deten chlorierten Biphenyls auf das heiße Metall Produkte die Rostbildung. erfolgen. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn

Um die so bei den wäßrigen Wärmebehandlungs- eine selektive Härtung erforderlich ist. In solchen medien auftretenden Probleme zu vermeiden, wurden i° Fällen kann wegen der Gefahr der Rißbildung kein Ölemulsionen oder verschiedene Öle, wie Fisch- und Wasser verwendet werden, und Öl scheidet aus Grünmaritime Öle, tierische Öle, Mineralöle und ihre den der Feuergefahr aus.

Gemische, verwendet; zwar wurden bei ihrer Ver- Es ist klar, daß bei erfindungsgemäßer Verwendung

Wendung zur Abschreckung während der Härtung von chloriertem Biphenyl als Wärmebehandlungsgebildete innere Spannungen verringert, die Ab- 15 medium die Vergütung mit oder ohne verschiedene schreckungsbruchneigungen reduziert und die Rost- andere Typen der bisher bekannten Arten der Vergübildung größtenteils verringert, diese »Öl-in-Öl-Emul- tung zusätzlich oder anschließend an die Wärmesionen« u. dgl. haben jedoch die Neigung zu oxy- behandlung mit chloriertem Biphenyl erfolgen kann, dieren, Schlamm zu bilden, einzudicken, zusammen- Beispiele für andere Arten der Vergütung, welche zubrechen und sich bei erhöhten Temperaturen zu 20 zusätzlich durchgeführt werden können, sind Glühen zersetzen, was ihre Lebensdauer als Wärmebehand- (Anlassen), Normalglühen, Tempern, Beseitigung von lungsmedium stark herabsetzt und ihre Verwendbar- Spannungen, Einsatzhärten (Kohlung, Carburierung), keit stark einschränkt. Ebenso führt wegen der physi- Regenerierungsabschreckung zur Homogenisierung, kaiischen und chemischen Veränderungen die Wärme- Heißbearbeitung, Kaltbearbeitung, Sinterung, Gießen, behandlung in solchen Medien zu Ergebnissen, die 25 Oberflächenbehandlung, Vereinigung, Dispersionsnicht einheitlich sind. Die Entflammbarkeit der Öle härtung u. dgl.

schafft auch eine schwerwiegende Feuergefahr bei den Es sei auch darauf hingewiesen, daß Glas, ebenso

Wärmebehandlungsverfahren. wie Stahl, wärmebehandelt, d. h. zur Verbesserung

Demgemäß war der Fachmann seit langem bestrebt, seiner physikalischen Eigenschaften getempert werden einen Ersatz für Öl und Wasser zu finden, jedoch ohne 30 kann, und es ist daher möglich, durch erfindungs-Erfolg. gemäße Verwendung von chloriertem Biphenyl als

Gegenstand der Erfindung ist nun die Verwendung Wärmebehandlungsmedium auch Glas zu tempern,
von chloriertem Biphenyl mit einem Chlorgehalt von Das erfindungsgemäß verwendete chlorierte Bi-

20 bis 60 Gewichtsprozent an gebundenem Chlor als phenyl, enthält etwa 20 bis etwa 60 Gewichtspro-Kühl- und Abschreckmittel zur Vergütung von Metal- 35 zent an gebundenem Chlor. Besonders bevorzugt len oder Glas. wird chloriertes Biphenyl verwendet, das etwa 40 bis

Es wurde nämlich gefunden, daß chloriertes Bi- 50 Gewichtsprozent gebundenes Chlor enthält, da phenyl als Wärmebehandlungsmedium brauchbar ist dieses Wärmebehandlungsmedien liefert, welche für und für eine solche Verwendung hervorragend ge- die Verwendung bei üblichen Wärmebehandlungseignet ist, weil damit viele der Nachteile von Öl über- 4° temperaturen geeignete Viskositätseigenschaften haben, wunden, jedoch dessen erwünschte Eigenschaften bei- Chloriertes Biphenyl ist im Handel erhältlich in Form behalten werden können. So führt die Verwendung von Produkten, die etwa 21, 32, 42, 48, 54 und 60°/₀ von chloriertem Biphenyl zu Feuerbeständigkeit, gebundenes Chlor, entsprechend Mono-, Di-, Tri-, größerer oxydativer, hydrolytischer und thermischer Tetra-, Penta- bzw. Hexachlorbiphenyl, enthalten. Stabilität, was die Einheitlichkeit des Wärmebehand- 45 Die hier verwendeten Ausdrücke »chloriertes Biphenyl, lungsverfahrens über lange Zeiträume hinweg zur das etwa 40 bis etwa 50 % gebundenes Chlor enthält«, Folge hat. Wenn es zum Abschrecken verwendet wird, und »chloriertes Biphenyl, das etwa 20 bis etwa 60 °/₀ so ist die Abschreckgeschwindigkeit von chloriertem gebundenes Chlor enthält«, umfassen nicht nur diese Biphenyl annähernd die gleiche wie diejenige von Öl. chlorierten Produkte allein, sondern auch Gemische Beispielsweise braucht chloriertes Biphenyl, das 48 % 5° von einem oder mehreren chlorierten Biphenylen, gebundenes Chlor enthält, 35,5 Sekunden zur Erzielung deren Gesamtchlorgehalt im allgemeinen bei etwa der gleichen Kühlwirkung wie Öl bei 25 Sekunden 20 bis 60, vorzugsweise 40 bis 50 Gewichtsprozent unter den gleichen Bedingungen. Demgemäß entsteht liegt.

kein beachtlicher Härteverlust beim Abschrecken mit Beispielsweise kann ein chloriertes Biphenyl, das

chloriertem Biphenyl im Vergleich zur Ölabschreckung. 55 einen Gesamtgehalt von 45 Gewichtsprozent gebun-Wegen dieser sehr erwünschten Eigenschaften, ins- denem Chlor enthält, zur erfindungsgemäßen Verwenbesondere der thermischen und oxydativen Stabilität dung durch Vermischen von 50 Gewichtsteilen chlo- und Feuerbeständigkeit, ist die Erfindung auch auf riertem Biphenyl, das 42 Gewichtsprozent gebundenes das herkömmliche Niedertemperaturabschrecken an- Chlor enthält, und 50 Gewichtsteilen chloriertem wendbar. 60 Biphenyl, das 48 Gewichtsprozent gebundenes Chlor

Bei der erfindungsgemäßen Verwendung von enthält, hergestellt werden. Auf ähnliche Weise kann chloriertem Biphenyl wird ein Metallgegenstand in chloriertes Biphenyl, das einen Gesamtgehalt von chloriertes Biphenyl ausreichend lang zur Erzielung 58 Gewichtsprozent gebundenem Chlor enthält, durch der gewünschten Ergebnisse eingetaucht, wobei die Vermischen von 25 Gewichtsteilen chloriertem BiZeitdauer von dem Querschnitt des bezeichneten 65 phenyl, das 52 Gewichtsprozent gebundenes Chlor Gegenstandes, dessen Zusammensetzung, der Tiefe enthält, und 75 Gewichtsteilen chloriertem Biphenyl, der gewünschten Härtung, der gewünschten Zug- das 60 Gewichtsprozent gebundenes Chlor enthält, festigkeitszunahme, der gewünschten MikroStruktur hergestellt werden.

Daher kann ein für die Zwecke der Erfindung geeignetes chloriertes Biphenyl, das im allgemeinen 20 bis 60, vorzugsweise 40 bis 50 Gewichtsprozent gebundenes Chlor enthält, entweder durch direkte Chlorierung von Biphenyl unter Bildung des gewünschten Gehalts an gebundenem Chlor oder durch Vermischen von zwei oder mehr chlorierten Biphenylen unter Bildung eines Gemisches von chloriertem Biphenyl, das eine wirksame Menge an gebundenem Chlor in den oben angegebenen Bereichen enthält, hergestellt werden.

Die allgemeinen physikalischen Eigenschaften von chloriertem Biphenyl, das wechselnde Mengen an gebundenem Chlor enthält, sind nachfolgend angegeben.

Eigenschaften der erfindungsgemäß verwendeten Biphenyle mit einem Gehalt von

21·/. I 32% I 42% I 48% | 54»/o I 60%

Chlor

Dichte

Spezifisches Gewicht

25°C/25°C .... 1,18 1,26

g/cm³ (25°C) ............ 1,180 1,265

Anfangssiedepunkt bei
760 mm Hg (⁰C) 275 290

Fließpunkt ASTM D-97 (⁰C) 1,11 —35,6

Flammpunkt (offene Clevelandschale)(°C) 141 bis 150 151 bis

Brennpunkt (offene Clevelandschale)(°C) 176 201

Viskosität
Saybolt Universität (99 ° C) 30 bis 31 31 bis 32

Sec (ASTM D-88)

(54°C) 35 bis 37 39 bis 41

(38°C) 40 bis 42 47 bis 50

— Bedeutet: »kein Brennpunkt bis zur Siedetemperatur«. 1,38
1,380

325
-16,7

176 bis 180

34 bis 35

49 bis 58
80 bis 93

1,45
1,443

340
-7,0

192 bis 196

36 bis 37

69 bis 78
185 bis 240

1,54 1,538

365
10,0

44 bis 48

260 bis 340 1800 bis 2500

1,62 1,620

385 31,1

72 bis 78 3200 bis 4500

Aus der vorstehenden Tabelle der Eigenschaften der erfindungsgemäß verwendeten Biphenyle ist zu ersehen, daß chloriertes Biphenyl einen sehr hohen Siedepunkt hat, d. h., daß es vollkommen feuerbeständig ist, wenn ausreichend Chlor vorhanden ist, und daß die Viskositäten von chloriertem Biphenyl einen weiten Bereich für verschiedene Anwendungen und Arbeitstemperaturen für die Durchführung der vorliegenden Erfindung anbieten. Es ist ebenso ersichtlich, daß mit Zunahme des Prozentgehalts an gebundenem Chlor, der Siedepunkt und die Viskosität ebenfalls zunehmen. Solche Eigenschaften unterstützen die Verwendung von Gemischen von halogeniertem, insbesondere chloriertem Biphenyl, wenn längere Abkühlgeschwindigkeiten erwünscht sind, z. B. beim Abschrecken von Stählen.

Es ist bekannt, daß die Abschreckung in drei Stufen durchgeführt wird:

1. In der ersten Stufe oder Dampf kissenstufe ist die Temperatur des Metalls so hoch, daß das Abschreckmedium an der Oberfläche des Metalls verdampft wird und ein dünner stabiler Dampffilm das Metall umgibt. Die Dampfumhüllung wirkt als Isolator, und die Abkühlung findet im wesentlichen durch Abstrahlung durch den Dampffilm statt. Die Abkühlungsgeschwindigkeit ist während dieser Stufe verhältnismäßig gering.

2. Die zweite Stufe oder Dampfsiedestufe beginnt, wenn das Metall sich auf eine solche Temperatur abgekühlt hat, daß der Dampffilm nicht mehr stabil ist. Das Abschreckmedium neigt dann

dazu, die Oberfläche des Metalls zu benetzen, und es tritt ein heftiges Sieden auf. Die Wärme wird von dem Metall mit sehr hoher Geschwindigkeit als latente Verdampfungswärme entfernt. In dieser Stufe erfolgt die Abkühlung am schnellsten.

3. Die dritte Stufe oder Kontaktstufe beginnt, wenn die Öberflächentemperatur des Metalls auf den Siedepunkt oder Siedebereich der Abschreckflüssigkeit verringert ist. Darunter hört das Sieden auf, und es erfolgt eine langsame Abkühlung durch Wärmeleitung oder Wärmeübertragung. Die Abkühlungsgeschwindigkeit ist in der dirtten Stufe am geringsten.

Durch Herstellen eines Gemisches, das aus chloriertem Biphenyl mit einem niederen Siedepunkt und chloriertem Biphenyl mit einem hohen Siedepunkt besteht, in Anteilen von etwa 5:1 bis etwa 25:1, wird ein Abschreckmedium erhalten, welches höhere Abkühlgeschwindigkeiten aufweist als jene, die bei Verwendung eines einzelnen chlorierten Biphenyls erhalten werden. Als hochsiedende Verbindung können chloriertes Terphenyl, Quatraphenyl oder andere Polyphenyle verwendet werden. Die Zunahme der Abkühlgeschwindigkeit ist darauf zurückzuführen, daß bei der ersten oder Dampf kissenstufe das chlorierte Biphenyl mit niederem Siedepunkt zu sieden beginnt, während das chlorierte Biphenyl mit höherem Siedepunkt nicht siedet. Dadurch entsteht eine Drehbewegung oder ein Mischen, welches den um das heiße Metall herum gebildeten Dampffilm durch löchert, und dadurch die erste Stufe oder Dampf

kissenstufe abkürzt. Dadurch beginnt die zweite Stufe oder Dampfsiedestufe früher, und bei dieser Stufe erfolgt das Abkühlen am schnellsten.

Beispiel

Als Beispiel für die erfindungsgemäße Verwendung von chloriertem Biphenyl zum Vergüten von Stahl im Vergleich zu den bekannten Vergütungsverfahren, wurden Proben von zwei im Handel erhältlichen Stahlqualitäten, einem Stahl mit mittlerem und einem Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt, in zwei verschiedenen chlorierten Biphenylen (von denen das eine etwa 21% Chlor und das andere etwa 48°/₀ Chlor enthielt) und zum Vergleich in Öl abgeschreckt. Die verwendeten Stähle hatten folgende Zusammen-Setzung:

Tabelle II

Härteuntersuchungen bei Stahl mit mittlerem
Kohlenstoffgehalt

Abschreckflüssigkeit	Durchschnittliche Härtung CRc-Skala)
Chloriertes Biphenyl — 48 % Chlor	45 45,5 46
Chloriertes Biphenyl — 21 % Chlor
Petroleumöl

Stahl mit mittlerem
Kohlenstoffgehalt

C ..

Mn
Mo
S ..

0,40%
1,00%
1,00%
0,08%

Stahl mit hohem
Kohlenstoffgehalt

C 0,95/1,05%

Cr 0,25%

Mn ..... 0,30/0,50%

Ni 0,25%

P 0,035%

Si 0,25/0,50%

S 0,035%

30

a) Abschreckverfahren
Untersuchung 1

Drei Proben von jeder Stahlqualität, einer Länge von 2,54 cm und einem Durchmesser von 1,27 cm, wurden in einem Schwerlast-Muffelofen bei 843° C

1 Stunde lang austenitisiert. Die Proben der Stähle mit mittlerem und hohem Kohlenstoffgehalt wurden dann in jeder der drei Flüssigkeiten abgeschreckt. Das Volumenverhältnis von Abschreckflüssigkeit zu Stahl betrug etwa 400:1.

Untersuchung 2

Drei 5,08 · 7,62 cm große Proben jeder Stahlsorte wurden in einem Schwerlast-Muffelofen bei 899 ⁰C

2 Stunden lang austenitisiert. Jede der Proben der Stähle mit mittlerem und hohem Kohlenstoffgehalt wurde in jeder der drei Flüssigkeiten abgeschreckt. Das Volumenverhältnis von Öl zu Stahl war etwa 2:1.

b) Ergebnisse

Untersuchung 1 — Härteuntersuchung
Die nachfolgenden Ergebnisse wurden für eine Durchschnittshärtung von Stählen mit mittlerem und hohem Kohlenstoffgehalt, welche in den verschiedenen Flüssigkeiten abgeschreckt wurden, erhalten.

Tabelle I

Härteuntersuchungen bei Stahl mit hohem
Kohlenstoffgehalt

Abschreckflüssigkeit	Durchschnittliche Härtung (Äc-Skala)
Chloriertes Biphenyl — 48 % Chlor	48 49 53
Chloriertes Biphenyl — 21 % Chlor
Petroleumöl

Untersuchung! — MikroStruktur

Die MikroStruktur sowohl der Stähle mit mittlerem als auch mit hohem Kohlenstoffgehalt bestätigten die Ergebnisse der Härtungsuntersuchungen.

Die MikroStruktur der Proben aus Stahl mit hohem C-Gehalt, der erfindungsgemäß in chloriertem Biphenyl abgeschreckt wurde, war etwas verschieden von derjenigen des Stahls mit hohem C-Gehalt, der in Petroleumöl abgeschreckt wurde. Dieser Unterschied wurde auch bei den Härtungsergebnissen der Tabelle I festgestellt. Die Mikrostrukturen aller Proben waren ähnlich Martensit plus Bainit; jedoch enthielt der in Petroleumöl abgeschreckte Stahl größere Mengen von Martensit.

Die Mikrostruktur der Proben des Stahles mit mittlerem Kohlenstoffgehalt war, wie dies durch die gleichen Härtewerte für jede der Proben in den drei Abschreckfiüssigkeiten ersichtlich ist, gleich und von den für die Abschreckung verwendeten Flüssigkeiten unabhängig. Die Struktur war die eines typischen Bainit mit kleineren Mengen Martensit.

Untersuchung 2 — Flammpunktuntersuchung

Unter den ungünstigsten Bedingungen (Volumenverhältnis von Abschreckmittel zu Stahl von 2:1) entflammten oder brannten die chlorierten Biphenyl-Flüssigkeiten nicht, obgleich ein Sieden auftrat. Das herkömmliche Abschrecköl entflammte und brannte innerhalb von etwa 15 Sekunden nach dem Abschrecken, und das entstehende Feuer wurde mit Kohlendioxyd gelöscht.

Die mikroskopische Prüfung der Kanten, der Stähle mit mittlerem und hohem C-Gehalt, die in den beiden erfindungsgemäß verwendeten chlorierten Diphenylflüssigkeiten abgeschreckt wurden, ergab keinen Hinweis auf irgendwelche Fehler, Decarbonisierung oder chemischen Angriff durch die Flüssigkeit. In allen Fällen war die Oberflächenstruktur mit derjenigen der Stähle, die in dem herkömmlichen Petroleumöl abgeschreckt wurden, vergleichbar.

Die Ergebnisse der Härtung und die Mikrostrukturen der Stähle mit hohem C-Gehalt zeigen, daß bei Verwendung von chloriertem Biphenyl eine etwas langsamere Abkühlungsgeschwindigkeit als bei VerwendungvonPetroleumabschreckungsöl auftrat. Dieser Unterschied in der Abkühlungsgeschwindigkeit trat natürlich bei den Stählen mit mittlerem Kohlenstoffgehalt nicht auf, weil die Umbildung zu feinem Perlit, Bainit und Martensit für Stähle mit mittlerem C-Gehalt bei einer viel höheren Temperatur als bei Stählen mit hohem C-Gehalt beginnt und diese daher nicht so empfindlich gegenüber der Abkühlungsgeschwindigkeit sind.

Das erfindungsgemäß verwendete chlorierte Biphenyl macht im allgemeinen den größten Anteil des Wärmebehandlungsmediums aus, und es wird im allgemeinen aus Gründen der Feuerverhinderung vorgezogen, daß das chlorierte Biphenyl mindestens 50 bis 75°/o ^und insbesondere sogar praktisch das gesamte Medium darstellt. Es ist jedoch auch möglich, ein homogenes Gemisch von chloriertem Biphenyl und Öl oder anderen Materialien zu verwenden. Nachfolgend sind die physikalischen Eigenschaften eines solchen typischen Gemisches aus chloriertem Biphenyl und Öl angegeben. Das Öl hatte die folgenden Eigenschaften:

API-Dichte (vgl. Concise Chemical
and Technical Dictionary, 1947) 22 bis 23

Viskosität bei 99⁰C, SUS 160

Flammpunkt (⁰C) 284

Physikalische Öl +	Eigenschaften der Gemische aus chloriertem Biphenyl	Spezifisches Gewicht	g/cm³
Gewichts prozent chloriertes Diphenyl 48% Chlor	Öl	1,1263 1,2703	1,126 1,27
50 75	50 25

30

Zusätzlich können auch noch andere chlorierte, aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe, z. B. Trichlorbenzol, chloriertes Terphenyl und chloriertes Naphthalin, mit dem chlorierten Biphenyl vermischt werden. Insbesondere ist die Verwendung von Trichlorbenzol in einer Menge bis zu etwa 10 bis 15°/₀ des chlorierten Biphenylgehalts sehr zweckmäßig, wenn die Wärmenehandlung unter niederen Temperaturbedingungen erfolgt, weil bei niederen Temperaturen die Viskosität des sich ergebenden Gemisches bei Verwendung von Trichlorbenzol beträchtlich verringert wird, ohne daß eine unerwünscht starke Verschlechterung der anderen Eigenschaften des chlorierten Biphenyls auftritt. Das erfindungsgemäß verwendete chlorierte Biphenyl kann auch verschiedene funktioneile Zusätze enthalten, wie z. B. Abschreckgeschwindigkeitsmodifikatoren, Viskositätsmodifikatoren, Netzmittel, Anti-5 Oxydationsmittel, Rostinhibitoren, Fließpunkterniedriger u. ä., sowie Fettsäuren, Amine, Siliciumdioxydsole, Äthylen- oder Propylenoxyd-Polymerisate mit hohem Molekulargewicht, lösliche Harze wie Carboxymethylcellulose, Methyl-cellulose und Hydroxyäthyl-cellulose, Terpen-polymerisatharze, heiß behandelte Pflanzenöle, Rückstände aus der Petroleumraffinierung, teilweise oxydierte Petroleumkohlenwasserstoffe, Alkylphenyl-Äthylenoxyd-Kondensate, Alkylphenol-polyäthylen-glykole, Natrium-alkylsulfate, Polyoxyäthylenester von Tallöl, organische Sulfonate, wie Natrium-sulfonat,. Barium- und Calciumsulfonat, Metall-naphthenate, Reaktionsprodukte von organischen Sulfonaten mit einem Phosphorsulfid, Reaktionsprodukte eines Phosphorsulfids mit einem organischen Amin, Mono-, Di- und Triäthanolamin, Natrium-, Kalium- oder Ammonium-borat, Dimere von Linolsäure und anderen Fettsäuren, Reaktionsprodukte von Alkenylbernsteinsäure-anhydrid und aliphatischen Säuren mit Polyalkylenpolyamin, Phosphi ten und Phenyl-oc-naphthylamin.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung von chloriertem Bisphenyl mit einem Chlorgehalt von 20 bis 60 Gewichtsprozent gebundenem Chlor als Kühl- und Abschreckmittel zur Vergütung von Metallen oder Glas.

2. Verwendung von chloriertem Biphenyl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses aus Gemischen von chlorierten Biphenylen mit unterschiedlichem Chlorgehalt von 20 bis 60 Gewichtsprozent an gebundenem Chlor besteht.

3. Verwendung von chloriertem Biphenyl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem chlorierten Biphenyl oder dem Gemisch von chlorierten Biphenylen Öl, insbesondere Erdöl oder chlorierte, aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe, insbesondere Trichlorbenzol, in einer solchen Menge zugesetzt werden, daß die Konzentration der chlorierten Biphenyle in der Mischung höher als 50 Gewichtsprozent ist.