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Verfahren zur Wärmebehandlung von Stahlgussrädern
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Wärmebehandlung von scheibenförmigen Gussstücken, insbesondere auf ein Verfahren zur Abkühlung eines erhitzten Stahlgussrades mit unterschiedlichen Wandstärken, welches einen relativ dicken radial äusseren Teil und einen relativ dünnen radial inneren Teil besitzt, wobei das Rad gedreht und dem radial äusseren, dickeren Teil ein Kühlmittel zugeführt wird. Durch eine solche Wärmebehandlung der Stahlgussräder wird eine grössere Härte und Duktilität erreicht.
Bei der Herstellung von Stahlgussrädern ist es üblich, die Räder über den kritischen Temperaturbereich des Metalles (etwa 685-735 C) zu erwärmen und sodann durch Luftkühlung abzukühlen. Diese Gussstahlräder wurden spannungsfrei geglüht, um bestimmte physikalische Eigenschaften, wie Schlag- und Abriebfestigkeit, zu erhöhen.
Allerdings war dieses Spannungsfrei-Glühen bei den Stahlgussrädern nicht völlig zufriedenstellend.
Verschiedene Faktoren, die sehr schwierig zu beherrschen sind, beeinflussen die beim Spannungsfrei-Glühen erhaltenen Ergebnisse. So sollten z. B., um mit dem Spannungsfrei-Glühen die bestmöglichen Ergebnisse zu erzielen und die Ausbildung von Restspannungen zu vermeiden, alle Teilbereiche des Stahlgussrades durch den kritischen Temperaturbereich in gleichem Masse abgekühlt werden, um einen im wesentlichen gleichen Grad der Kontraktion in allen Teilbereichen des Rades zu erzielen.
Das Abkühlen der Räder mit Luft, wie es bei dem bisher üblichen Spannungsfrei-Glühen vorgenommen wurde, kann die obigen Erfordernisse wegen der grossen Dickenunterschiede zwischen Radkranz, Radscheibe und Radnabe nicht erfüllen.
Es ist auch ein Verfahren bekannt, wonach den einzelnen Teilbereichen der Räder durch gesonderte Zu-und Ableitungen verschiedene Kühlmittel zugeführt werden, was eine Vielzahl von Leitungen und verschiedene Steuereinrichtungen erforderlich macht. Mit der Erfindung sollen diese Nachteile behoben werden. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel eine Flüssigkeit verwendet und die Rotation mit einer solchen Drehzahl aufrechterhalten wird, dass die Kühlflüssigkeit am Ablaufen zu dem radial inneren, dünneren Teil gehindert und ein Luftstrom erzeugt wird, der radial nach aussen fliesst und beim dünneren Teil einen geringeren Kühleffekt erzeugt als die Kühlflüssigkeit beim dickeren Teil.
In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform einer Einrichtung zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt. Es zeigen : Fig. l eine Teilansicht der Sprühvorrichtung, mit der sich die Erfindung durchführen lässt ; Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. l ; Fig. 3 ein Detail im Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 2, und Fig. 4 einen Querschnitt durch die Sprühvorrichtung.
Zur Vereinfachung wurden einige Details aus einigen Figuren weggelassen.
Die Abkühleinrichtung gemäss Fig. 1 und 2 besteht aus einer Basis--10--, die einen
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durch eine kreisförmige Deckplatte --20-- verbunden und mit dieser Deckplatte verschweisst sind, bestehen. Die Tragarme --22-- und die Versteifungen --24-- sind innerhalb der Stützen-18- als Träger für einen niedrigeren Lagerblock--26--, der ein entsprechendes Lager-28-in sich
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Die Antriebsmaschine--116-wird in Bewegung gesetzt, wodurch der Drehtisch --14-- und das Rad --118-- um die Mittellinie --124-- gedreht werden. Nach öffnen des Ventils --106-wird eine geeignete Kühlflüssigkeit, z. B.
Wasser, aus dem Vorratsbehälter-108-durch die Leitung --104-- der Sammelleitung-92-- und den Düsen-94--zugeführt und durch diese gegen den Radkranz-126-des Rades-118--, wie schematisch durch --128-- dargestellt, gesprüht.
Das Rad wird so lange rotieren gelassen und das Besprühen so lange fortgesetzt, bis die Temperatur des Rades unter den kritischen Bereich abgesunken ist. Vorzugsweise wird das Besprühen mit Wasser so lange fortgesetzt, bis die Temperatur des Rades zwischen etwa 205 und 3700C liegt. Durch die verbesserte Kühlung, die durch den Wasserstrahl bewirkt wird, bildet sich im Laufflächenteil eine sehr feine perlitische Struktur mit einer gegenüber der durch die bisherige Luftkühlung erreichten, vergrösserten Härte und Duktilität aus.
Wie bereits vorher erwähnt, muss besonders darauf Bedacht genommen werden, sowohl die dickeren als auch die schwächeren Teilbereiche des Rades im kritischen Temperaturbereich mit etwa der gleichen Geschwindigkeit abzukühlen. Dies wird durch die Anwendung der Erfindung wesentlich erleichtert. Durch die dauernde Rotation des Rades mit relativ hoher Geschwindigkeit wird verhindert, dass der auf den Radkranz--126--auftreffende Wasserstrahl einwärts über die Radscheibe--130- gegen die Radnabe --122- - zu fliesst, u. zw. dadurch, dass die gesamte, auf den Radkrans-126- aufgebrachte Kühlflüssigkeit nach aussen weggeschleudert wird.
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näher liegende Punkt eine kleinere Umfangsgeschwindigkeit als jener, der von der Achse weiter entfernt ist.
Das beruht darauf, dass die Winkelgeschwindigkeit des Rades --118-- konstant bleibt. Die Umfangsgeschwindigkeit irgendeines Punktes auf dem Rad ist proportional seiner Entfernung von der Rotationsachse. Demgemäss ist, da der statische Druck einer Flüssigkeit u. a. von ihrer relativen Geschwindigkeit abhängt (je höher die Geschwindigkeit, desto niedriger der statische Druck) der statische Luftdruck in der Nähe der Radnabe grösser als in der Nähe des Radkranzes.
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ausgezogenen pfeile --132-- verläuft. In gleicher Weise entsteht in der Bohrung --136-- eine Luftbewegung, deren Strömungsrichtung durch die pfeile - -134--- wiedergegeben wird.
Wie oben beschrieben, unterstützt der Luftstrom das Abführen der Wärme sowohl von der Radscheibe --130-- als auch von der Radnabe-122-, d. h. die abgeführte Wärmemenge ist
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natürlich keinen Einfluss auf die Mikrostruktur des Laufflächenteiles, die durch den Wasserstrahl hervorgerufen wurde.
Nach dem Wiedererhitzen auf etwa 480 C wird das Rad auf eine Stütze --138-- gelegt (Fig.4).
In die Bohrung --136-- wird, wie dargestellt, ein Düsensystem --140-- zum Besprühen der Bohrung eingeführt. Das Düsensystem besteht vorzugsweise aus einer Scheibe --142--, die einen abwärtsragenden Verteilerkopf--144-, der im Inneren eine Leitung --146-- enthält, die mit einer Vielzahl von auf der Achse sitzenden, nach aussen gerichteten Düsen --148-- verbunden ist, aufweist.
Die Zuleitung--150--, in die ein Ventil --152-- eingebaut ist, verbindet den die
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Nachdem das wiedererhitzte Rad auf die Stütze --138-- gelegt und das Düsensystem --140-- eingeführt worden ist, wird das Ventil --152-- geöffnet, worauf aus dem Vorratsbehälter --154-- das Kühlwasser durch die Düsen auf die Bohrung --136--- in der Radnabe gesprüht wird.
Vorzugsweise wird so lange mit Wasser gesprüht, bis die Temperatur des Rades erneut auf 205 bis 3700C abgesunken ist. Durch dieses abschliessende Besprühen der Radnabe mit Wasser werden im Radinneren günstige innere Spannungen hervorgerufen, d. h. wenn das Rad schliesslich vollständig abgekühlt ist, sind in der Radscheibe --130-- sowohl radiale als auch tangentiale Druckspannungen vorhanden.