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Verfahren zum Härten und Anlassen von Kohlenstoffstahl.
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Selbst wenn die in der Masse zurückbleibende Wärme genügend wäre, um die gehärtete Schicht entsprechend hoch zu erwärmen, so bilden sich leicht feine Sprünge bevor diese Schicht wieder erhitzt wird. Ferner hat man wegen der verschiedenen Temperaturen, bei welchen der Stahl behandelt wird, wegen der wechselnden Arbeitsbedingungen und der Verschiedenheit im Gewicht und folglich in den Massen, die zu kühlen sind, keine der angedeuteten Methoden bei ihrer praktischen Durchführung genügend in der Hand, um sie so zu beherrschen, dass regelmässig das verlangte Gefüge erreicht wird.
Das Verfahren zum Härten von sogenanntem selbst-oder lufthartendem Werkzeugstahl mittels eines Luftstromes ist ebenfalls wohl bekannt ; derartige Stähle sind aber Stabllegierungen von besonderer Zusammensetzung und das Verfahren kann nur auf sie und nicht auf Kohlenstoffstahl Anwendung finden ;
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auch ist das erlangte Gefüge ein ganz anderes, als jenes von Kohlenstoffstahl, der gemäss der Erfindung behandelt wird.
Es ist gefunden worden, dass beim Behandeln von Kohlenstoffstahl, während er sich bei einer die kritische Temperatur übersteigenden Temperatur befindet, mit einem gasförmigen Kühlmittel, wie Luft oder Dampf, das man auf die Oberfläche des Stahles bläst oder strömen lässt, so dass er oberflächlich rascher abgekühlt wird als an der Luft, aber nicht so rasch, dass ein sprödes oder martensitisches Gefüge entstehen könnte, der Stahl an seiner Oberfläche hartes und zähes oder sorbitisches Gefüge annimmt. ohne dass ein doppeltes Erhitzen oder Wiedererhitzen stattfinden müsste, und dass die Bildung feiner Sprünge in der Oberfläche des Stahlgegenstandes ganz vermieden wird.
Die vorliegende Erfindung besteht also darin, dass ein Stahlgegenstand (mit Ausnahme von Schienen) an der Oberfläche gehärtet wird, indem man auf die Oberfläche, während sie sich auf einer höheren Temperatur als der kritischen befindet, einen Strom eines gasförmigen Kühlmittels leitet, so dass die Oberfläche mässig rasch auf eine solche Temperatur gekühlt wird, dass beim darauffolgenden Ab- kühlenlassen des Gegenstandes durch Verteilung der Wärme in der übrigen Masse die Temperatur der abgekühlten Oberfläche nicht über die kritische Temperatur steigt.
Das Verfahren kann zur Behandlung von Kohlenstoffstahl in jeglicher Gestalt (ausgenommen
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des Walzens oder in Verbindung mit irgendeiner andern Behandlung, der der Stahl unterworfen worden ist, eine andere Kühlung des Stahles stattgefunden hat.
Ein grosser Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Stahl auf gewöhnliche Weise auf die verlangte Temperatur, bei welcher die rasche Kühlung beginnen soll, abkühlen gelassen werden kann.
Ferner können die Geschwindigkeit und das Mass der Abkühlung innerhalb irgendwelcher erforderlicher Grenzen durch Erhöhung oder Verminderung der Dauer der Kühlung geändert werden, indem man den Druck des Kühlmittels steigert oder herabsetzt oder indem man die Temperatur abändert oder indem man die Menge des in der Zeiteinheit auf den Stahl auftreffenden Mittels vermehrt oder verringert, so dass verschiedenen Zusammensetzungen, Querschnitten und Gewichten Rechnung getragen werden kann.
Arbeitsvorschriften, die für alle vorkommenden Fälle gelten, lassen sich nicht geben. Mit Hilfe der Metallographie sind jedoch in jedem einzelnen Falle die Bedingungen festzusetzen, nämlich das Mass und die Geschwindigkeit der Kühlung, welche für die betreffende Stahlsorte passen, das Querschnittsgewicht des Stahles und die Temperatur, von welcher die Kühlung zu beginnen hat. Das Kleingefüge der Stahloberfläche soll nach dem Härten und Zähemaehen vorteilhaft ein sorbitisches sein und das Volumen und die Geschwindigkeit des gegen die Oberfläche geschleuderten gas-oder dampfförmigen Kühlmittels müssen derart gewählt werden, dass ein Gefüge entsteht, welches die grösstmögliche Härte mit Zähigkeit vereinigt.
Mechanische Prüfungen der Härte und Zähigkeit können die mikroskopische Untersuchung zur Feststellung der physikalischen Eigenschaften des Stahles ersetzen.
Die Zeichnung veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel der Behandlung eines Radkranzes gemäss der Erfindung ; Fig. 1 ist eine Draufsicht, Fig. 2 ein Schnitt nach 2-2 in Fig. 1.
Während sich der Radkranz A über der kritischen Temperatur befindet, wird er in einen Ring eingesetzt, der aus einem kreisförmig gebogenen Rohr B oder aus mehreren solchen besteht, die kleine Bohrungen C an ihrer Innenseite aufweisen ; man bläst Luft durch die Rohre, welche dann auf die Aussenfläche des Radkranzes auftrifft, um diesen mässig rasch abzukühlen.
Bei einer anderen Ausführungsform kann der Ring B beweglich angebracht und mit der Drunkluftquelle durch ein biegsames Rohr verbunden sein, so dass er um das Rad herumgelegt werden kann. Letzteres kann übrigens auch auf einem drehbaren Tische liegen, so dass es bei seiner Drehung seinen ganzen Umfang einem feststehenden Luftstrahle oder mehreren solchen darbietet.
Um einen Radkranz von 90 ein Durchmesser in der in der Zeichnung angedeuteten Weise zu behandeln, verwendet man zwei Luftrohre von 2. 54 en Innendurchmesser mit Bohrungen von 0-3 cm Durchmesser, die in einer Höhe von 2-54 cm an den inneren Umfängen angebracht sind. Bei einer derartigen Anordnung und bei einem Luftdruck von 34 leg findet man nach einer Arbeitszeit von sieben Minuten, während welcher die Temperatur an der Oberfläche von 750 auf 5100 C sinkt. dass das verlangte Gefüge in der Aussenschicht des Radkranzes auf eine Tiefe von 1 cm erreicht ist. In der gleichen Zeit würde die Temperatur des Radkranzes an freier Luft nur auf etwa 700 C gesunken sein.
Die Höchsttemperatur, bis zu welcher die Stahloberfläche gekühlt werden muss, kann nicht einheitlich festgesetzt werden, da dies von den jeweiligen Umständen abhängt, unter anderem begreiflicherweise vom Gewicht und von der Gestalt des Querschnittes, aber wesentlich ist, dass. die rasche Kühlwirkung des gegen die Oberfläche des Stahles geschleuderten gasförmigen Kühlmittels derartig ist, dass die Temperatur der Oberfläche mässig rasch auf eine derartige Tiefe sinkt, dass sie durch irgendwelche Verteilung der in der ganzen Masse enthaltenen Wärme während des natürlichen Abkühlens nicht wieder auf die kritische Temperatur steigt.
Wird das angegebene Verfahren angewendet, so ist eine besondere chemische Härte des Stahles nicht nötig, um geringe Abnutzung beim Gebrauch der Gegenstände zu erzielen. Anderseits sichert die
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niedrigere chemische Härte des nach diesem Verfahren behandelten Stahles die Erlangung zäherer und sicherer Radkränze, während das Gefüge in der Oberfläche des Stahles der Abnutzung sogar besser widersteht, als der gewöhnliche chemisch härtere Stahl.
Die Erfindung ist auf Stahlgegenstände jeder Art anwendbar, z. B. auf Räder, Radkränze, Achsen, Waffen, Geschosse, Panzerplatten, Stahlgussstücke, Stahlsehmiedestücke, Stahlplatten, Stahlrohre,
Stahlschraubenbolzen oder andere Gegenstände, bei welchen das angegebene Gefüge mehr oder weniger über den ganzen Querschnitt erzielt werden soll.