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The Scientific Examination and Evidence of Weland's Process of Making Nitriding Steel
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| Dr J. Heddaeus summarizes: | |
»Initially
we tried mixing soft iron chips with well-mixed thick pasty chicken muck
and to heat at 930 °C for 2 to 4 hours. Parallel to this experiment, steel
elements in today’s common case-hardening agents, usually consisting of a mixture
of barium carbonate and charcoal, were exposed to the same treatment. The
ensuing analysis showed the following structural changes:
The specimen, that was treated this way, using modern case-hardening agents, exhibited bright white zones of the original iron at the bottom and above this a dark zone, into which the carbon had migrated, thus transforming the iron into steel. The black zones on the edge of the specimen however exhibited white veins, consisting of a very hard structure component, so called cementite, which make the steel slightly brittle. The specimen treated with chicken muck, however, did not show this dangerous zone; the case hardening had been completed in an excellent manner compared to modern standards! Through further investigations, it was determined however, that in contrary to the treatment in barium carbonate and charcoal, in the case-hardening with chicken muck a non-insignificant uptake of nitrogen had taken place in the extreme outer layer. That meant according to modern interpretation: the chicken muck treatment not only made the steel harder due to the carbon uptake, but it also ‘nitrided’ the steel due to the nitrogen uptake. Such a nitriding forms the most modern procedure for providing steel with a hardness necessary for the achievement of the best possible ability to cut. «
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Dr Karl Daeves summarizes: |
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»Why
did Weland specifically use chicken muck?
For which reason the repeated chipping, case-hardening
and re-forging? – Muck contains apart from carbon also nitrogen. It is
only since the beginning of this century, that it is known, that the diffusion
of nitrogen into steel causes a significant additional increase in hardness,
such that nitrided steels exhibit the highest achievable hardness. They
are, for example used for extremely stressed parts of aero-engines.
The chips treated according to Welands process consisted of a soft and tough core with – after the hardening – a very hard and able to cut shell. When these chips were then welded together, made into filings again, hardened and welded together, several repetitions and hardenings had to result in a body, that was homogenously composed of a mosaic of tougher hardenable iron and extremely hard carbide (iron-carbon compound) and nitride (iron-nitrogen compound). The combination of cutting properties and toughness of such a compound body is substantially more favourable than that of a modern homogeneously hardened knife, and because of the greater hardness and the more favourable distribution of nitride also better than that of a razor blade or a tool steel, consisting of a tough base material (martensite) with embedded carbides. Here old traditional craftsmanship experience shows a new way for the production of cutting tools exhibiting most favourable toughness, cutting properties and edge holding.«
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Translations by Jonathan Redding.
These are the German texts
written in 1936 and 1940
by Dr J. Heddaeus and Dr
Karl Daeves:
| Zusammenfassung von Dr. J. Heddaeus: | |
»Wir haben zunächst versucht, Weicheisenspäne
mit dickbreiigem, gut durchgerührtem Hühnermist zu durchmischen
und dann 2 bis 4 Stunden auf 930 °C zu erhitzen. Parallel zu diesem
Versuch wurden Stahlteile in heute üblichen ‚Einsatzhärtungsmitteln‘,
die gewöhnlich aus einem Gemisch von Bariumkarbonat und Holzkohle
bestehen, der gleichen Behandlung ausgesetzt. Die anschließende Untersuchung
ergab nun folgende Gefügeveränderung: Während man auf der
in dem modernen Einsatzmittel unter diesen Bedingungen behandelten Probe
unten die helle weiße Zone des ursprünglichen Eisens und darüber
eine dunkle Zone erkannte, in die der Kohlenstoff eingewandert war, wodurch,
das Eisen in Stahl verwandelt wurde, lagen in der schwarzen Zone am Rande
des Stückes wieder weiße Adern, die aus einem sehr harten Gefügebestandteil,
dem sogenannten Zementin, bestehen, der den Stahl leicht spröde macht.
Dagegen ist bei der in Hühnermist behandelten Probe diese gefährliche
Zone nicht aufgetreten; die Einsatzhärtung ist nach modernem Begriff
auf vollkommene Weise vor sich gegangen! Durch weitere Untersuchungen wurde
aber dann festgestellt, daß im Gegensatz zu der Behandlung in Bariumkarbonat
und Holzkohle, bei der Einsatzhärtung mit Hühnermist eine nicht
unbeträchtliche Stickstoffaufnahme in der äußersten Schicht
stattgefunden hatte, d h. also nach moderner Auffassung: bei der Behandlung
in Hühnermist ist der Stahl nicht nur durch Kohlenstoffaufnahme härter
geworden, sondern er wurde gleichzeitig durch Stickstoffaufnahme ‚nitriert‘.
Eine solche ‚Nitrierbehandlung‘ ist aber das modernste Verfahren, um dem
Stahl die höchste, für die Erzielung der besten Schneidfähigkeit
notwendige Härte zu verleihen.«
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Zusammenfassung von Dr. Karl Daeves: |
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»Warum verwendete aber Wieland gerade Geflügelmist?
Wozu die mehrfache Zerteilung, Einsatzbehandlung und Neuschmiedung? – Kot
enthält außer Kohlenstoff auch Stickstoff. Erst seit Anfang
dieses Jahrhunderts ist uns bekannt, daß die Stickstoffeinwanderung
eine beträchtliche zusätzliche Härtesteigerung bewirkt,
so daß ‚nitrierte‘ Stähle die höchste bei Eisen überhaupt
feststellbare Härte aufweisen. Sie finden z. B. Anwendung in höchstbeanspruchten
Flugmotorenteilen ... Die nach dem Wielandschen Verfahren behandelten Späne
bestanden also aus einem weichen und zähen Kern mit einer nach Härtung
äußerst harten und schneidfähigen Schale. Wurden diese
Späne nun zusammengeschweißt, erneut zerfeilt, eingesetzt und
verschweißt, so mußte sich nach mehrfachem Wiederholen und
Härten ein Körper ergeben, der sehr gleichmäßig aus
zäherem, härtbarem Eisen und äußerst hartem Karbid
(Eisen-Kohlenstoff-Verbindung) und Nitrid (Eisen-Stickstoff-Verbindung)
mosaikartig zusammengesetzt war. Die Vereinigung von Schneideigenschaften
und Zähigkeit ist bei einem solchen Verbundkörper wesentlich
günstiger als bei einem durchgehend harten neuzeitlichen Messer und
infolge der größeren Härte und günstigeren Verteilung
der Nitride auch besser als die eines Rasiermessers oder Werkzeugstahls,
das aus einer harten Grundmasse (Martensit) mit eingebetteten Karbiden
besteht. Es ist hier aus alter Meistererfahrung ein neuer Weg zur Herstellung
von Schneid-Werkzeugen mit günstigster Zähigkeit, Schneidfähigkeit
und Schneidhaltigkeit gezeigt.«
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