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Verfahren zum Härten von im Einsatz aufgekohlten Werkstücken aus Stahl von höherer Festigkeit.
Um Stahlgegenständen an bestimmten Stellen eine glasharte Oberfläche zu geben, dabei aber den Kern in verhältnismässig weichem Zustande zu erhalten, wendet man die sogenannte Einsatzhärtung an. Es werden dabei die Gegenstände auf ihrer Oberfläche ganz oder an den Stellen, an welchen später die glasharten Oberflächen entstehen sollen, in engste Berührung mit Kohlenstoff abgebenden Stoffen gebracht und eine geeignet lange Zeit geglüht, wobei in die betreffenden Oberflächenschichten Kohlenstoff einwandert und diese sich damit anreichern. Die Stücke werden dann auf Härtetemperatur wieder erwärmt und zwecks Härtung im ganzen in Öl, Wasser od. dgl. abgeschreckt.
In der Mehrzahl der Fälle werden für dieses Einsatzhärteverfahren niedrig gekohlte Stähle mit 0'12-0'20% Kohlenstoff ver-
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verhältnismässig gering ist.
Neuerdings hat sich aber das Bedürfnis mehr und mehr geltend gemacht, auch gewisse Maschinenbauteile aus Stahlsorten höherer Festigkeit herzustellen und mit glasharten Oberflächen oder Oberflächenstellen zu versehen, um diesen Teilen grössere Widerstandsfähigkeit zu verleihen bzw. sie in den Abmessungen kleiner halten zu können. Solche Stahlsorten höherer Festigkeit weisen in ihrer Zusammensetzung regelmässig auch höhere Prozentsätze an Kohlenstoff oder andern Härtebildern auf, wodurch bei Anwendung des eingangs geschilderten Einsatzhärteverfahrens beim Abschrecken der Stücke nicht nur die glasharten Stellen in den Aussenschichten erzeugt, sondern auch die Festigkeitseigenschaften in den ungekohlten Teilen des Werkstoffes wesentlich verändert werden.
Insbesondere wird die Bruchfestigkeit erhöht, aber auf Kosten der Dehnung und der Zähigkeit des Werkstoffes. Dieser wird im ganzen härter, aber auch spröder.
Um auch nach dem Härten solcher Teile aus Stahlmaterial höherer Festigkeit noch eine genügende Zähigkeit in der Hauptmasse des Stückes zu behalten, pflegt man deshalb in solchen Fällen nicht gewöhnliehe Kohlenstoffstähle zu nehmen, sondern legierte Stähle, insbesondere Nickelstäh1e, da der Zusatz von Nickel zur Folge hat, dass sich die Zähigkeit im Innern des Materials auch nach erfolgtem Abschrecken auf einer gewissen Höhe erhält.
Der Zusatz von Nickel verteuert den Werkstoff und die daraus hergestellten Gegenstände erheblich und hat überdies den Nachteil, dass die Verschleissfestigkeit gegen Reibung in den gekohlten Schichten vermindert wird. Um aber auch Stahlsorten höherer Festigkeit ohne Nickelzusatz im Einsatzverfahren mit glasharten Oberflächen und glasharten Oberflächenstellen versehen zu können, ohne dass dabei die Dehnung und Zähigkeit des Stahls im Innern der Stücke verloren gehen, wird gemäss der Erfindung folgender Weg beschritten :
Die Kohlenstoffanreiüherung an den Oberflächenstellen, die später glashart werden sollen, geschieht wie üblich.
Zweckmässig schliesst sich daran ein Glühen oder Vergüten (Härten und Anlassen) des ganzen Gegenstandes an, zum Zwecke, ihm im ganzen die gewünschten Güteeigenschaften zu verleihen. Um dann der in üblicher Weise aufgekohlten Schichte die Glashärte zu verleihen, sei es nach der erwähnten Zwischenbehandlung durch Vergüten oder ohne solche, wird abweichend von der bisher bekannten und
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ausgeübten Arbeitsweise die durch Glühung mit Kohlenstoff angereicherte Oberflächenschichte nur zu der Eindringtiefe des künstlich zugeführten Kohlenstoffes oder soweit wie die Glashärtung sich erstrecken soll auf den zur Härtung nötigen Hitzegrad gebracht.
Die Erhitzung auf die Härtetemperatur soll also nicht in das Innere des Werkstoffes eindringen, so dass dem Kern desselben die ursprünglichen oder die durch das Vergüten oder Glühen gegebenen hohen Güteeigenschaften verbleiben. Die Oberflächenerwärmung, welche immer nur wenige Millimeter tief die Härtetemperatur in dem Stahl hervorrufen, dann aber mit ganz kurzem Übergang nach Innen abnehmen soll, muss so schnell erfolgen, dass die zugeführte Wärme dazu zwar hoch und gross genug ist, aber keine Zeit hat, sich dem inneren Kern mitzuteilen. Dazu empfiehlt sich die Anwärmung in einem hoch erhitzten Blei-oder Salzbade, das im Verhältnis zu der Grösse des Werkstücks eine genügende Wärmemenge enthält, um die Eigentemperatur durch die Entziehung der Wärme nicht unter die Härtetemperatur sinken zu lassen.
Um etwaige Spannungen im Innern des Werkstücks zu verhindern, ist es zweckmässig, vor dem Eintauchen des Stückes in das hocherhitzte Bad das ganze Stück auf einen Wärmegrad anzuwärmen, der unterhalb der Grenze liegt, von welcher an die Wärme einen Einfluss auf die Gefügeumwandlung ausüben würde.
Die Erhitzung der Oberfläche auf Härtetemperatur in dem Anwärmungsbade erfolgt innerhalb ganz kurzer Zeit ; das Stück wird dann schnell aus dem Bad herausgenommen und ebenso schnell in der Härteflüssigkeit abgeschreckt.
Das geschilderte Verfahren setzt einen Nickelgehalt in den Stahlstüeken nicht voraus und gibt die Möglichkeit, ohne einen solchen auszukommen, anderseits ist es ebenso gut anwendbar für Stahlteile mit Niekelgehalt.
Bei einsatzgehärteten Stahlteilen braucht die glasharte, sich über die ganze Oberfläche oder nur über Oberflächenste1len erstreckende Schichte, in welcher die Kohlenstoffanreicherung vorliegt, nur verhältnismässig geringe Stärke zu haben, weil diese Schichte infolge der ihr durch Abschreckung nach Erwärmung verliehenen grossen Härte (Glashärte) sich entweder gar nicht abnutzt oder eine eventuell eintretende Abnutzung doch nur um ein ganz geringes Mass zulässig ist, weil der Maschinenbauteil od. dgl. nur in gewissen Grenzen Abmessungsveränderungen durch Abnutzung zulässt.
Wenn das Material für das einsatzgehärtete Stück, wie es bisher meist der Fall war, aus weichem Flusseisen besteht, so muss die glasharte Schichte eine gewisse Stärke haben, weil diese gegen Abnutzung zwar widerstandsfähige Schichte wegen der verhältnismässig weichen Unterlage in Gestalt des Flusseisenkern dennoch leicht Durchbiegungen oder Einbeulungen erfahren könnte.
Diese Gefahr liegt auch vor, wenn der Kern nicht gerade weiches Flusseisen, sondern auch Stahl höherer Festigkeit ist, im übrigen
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Das vorliegende Verfahren gibt nun aber auch die Möglichkeit, einesteils die glasharte Schichte und die dafür erforderliche Aufkohlung dieser Schichte aus dem Naturzustande des Stahles heraus auf ein geringes, der Notwendigkeit entsprechendes Mass zu beschränken und anderseits doch die Möglichkeit des Entstehen von Eindrücken oder sonstigen Formänderungen in der auf Glashärte gebrachten Schichte durch äussere Einflüsse zu vermeiden.
Dies lässt sich dadurch erreichen, dass die Dauer der Erwärmung auf Härtetemperatur entsprechend verlängert wird. Auf diese Weise wird bei der darauf folgenden Abschreckung ausser der dünnen aufgekohlten und auf Glashärte gehärteten Schichte unter dieser, nach dem Kern zu, eine Zone gehärteten, aber nicht aufgekohlten Materials geschaffen, die beliebig dick gehalten werden kann und von der aus dann der Übergang in das durch Härtung nicht beeinflusste Material des Kerns sich anschliesst.
Diese zweite Zone aus nicht aufgekohltem, gehärtetem Material weist in ihren nach aussen hin liegenden Schichten den Härtezustand auf, der in der betreffenden Stahlsorte durch Härtung, entsprechend ihrem natürlichen Kohlenstoffgehalt, entsteht ; die sich auf sie oder um sie lagernde äusserste Schichte des Stahlteils besitzt Glashärte, die eine Folge des vorher darin künstlich eingeführten Kohlenstoffs ist. Der Kern, der bei der Abschreckung nicht auf Härtungswärme erhitzt war, behält die seinem Werkstoff eigentümlichen oder durch Vergütung ihm erteilten Festigkeitseigenschaften.