DE1050785B

DE1050785B - Method and device for surface hardening

Info

Publication number: DE1050785B
Application number: DENDAT1050785D
Authority: DE
Inventors: Linz/Donau Dr.-Ing. Robert Pribyl (Österreich)
Original assignee: Fa. Paul Ferd. Peddinghaus, Gevelsberg (Westf.)
Publication date: 1959-02-19

Description

Die bekannten Oberflächenhärteverfahren für Eisen und Stahl mit Hilfe von Gas-Sauerstoff-Brennern oder elektrischen Heizvorrichtungen haben in den letzten. Jahren immer größere Bedeutung erlangt. Am verbreitesten sind das Vorschubverfahren und das Umlaufvorschubverfahren, deren Arbeitweise in Fig. 1 bzw. 2 schematisch dargestellt ist. In Fig. 1 ist 1 der zu härtende Gegenstand, z. B. eine ebene Platte, im Längsschnitt, 2 bedeutet die Wärmequelle, z. B. einen Flachbrenner, und 3 die mit diesem im Abstand α fest verbundene Abschreckbrause. Beim Härtevorgang ist das Werkstück 1 in Ruhe, Brenner und Abschreckbrause werden mit gleichbleibender Geschwindigkeit in Richtung ν bewegt, so daß die Härtung linienweise fortschreitet, weshalb man auch von »Linienhärtung« spricht. Im Längsschnitt ist die bereits gehärtete Zone von der Dicke s (Einhärtungstiefe) durch Feinschraffur gekennzeichnet. Beim Umlaufvorschubverfahren nach Fig. 2 ist 1 der zu härtende Gegenstand, z. B. eine zwischen Körnerspitzen gelagerte Welle, 2 die Wärmequelle, z. B. ein ringförmiger Brenner, und 3 die mit diesem im festen Abstand α verbundene ringförmige Abschreckbrause. Beim Härtevorgang wird der Gegenstand 1 gleichmäßig gedreht, während Brenner und Brause mit gleichförmiger Geschwindigkeit in Richtung υ bewegt werden, so daß die Härtung spiralförmig fortschreitet, weshalb man auch von »Spiralhärtung« spricht. In Fig. 2 ist die bereits gehärtete Oberfläche durch Kreuzschraffur gekennzeichnet.The known surface hardening processes for iron and steel with the aid of gas-oxygen burners or electrical heating devices have in the last. Has become increasingly important over the years. The most common are the feed method and the rotary feed method, the mode of operation of which is shown schematically in FIGS. 1 and 2, respectively. In Fig. 1, 1 is the object to be cured, e.g. B. a flat plate, in longitudinal section, 2 means the heat source, z. B. a flat burner, and 3 with this at a distance α firmly connected quenching shower. During the hardening process, the workpiece 1 is at rest, the burner and the quenching spray are moved at a constant speed in the direction ν , so that the hardening progresses line by line, which is why it is also referred to as "line hardening". In the longitudinal section, the already hardened zone with the thickness s (hardening depth) is indicated by fine hatching. In the case of the rotary feed method according to FIG. 2, 1 is the object to be hardened, e.g. B. a shaft mounted between grain tips, 2 the heat source, z. B. an annular burner, and 3 with this at a fixed distance α connected annular quenching shower. During the hardening process, the object 1 is rotated evenly, while the burner and shower are moved at a constant speed in direction υ , so that hardening proceeds in a spiral, which is why it is also referred to as "spiral hardening". In Fig. 2, the already hardened surface is indicated by cross-hatching.

Mit den vorstehend beschriebenen Härteverfahren läßt sich in der Mehrzahl der Fälle eine genügende Einhärtetiefe noch nicht erreichen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Einhärtetiefe von der Zusammensetzung des Stahles und den Abmessungen des zu härtenden Werkstücks abhängt und daß es Stähle gibt, bei denen auch mit den bekannten Brennhärteverfahren bereits brauchbare Einhärtetiefen zu erzielen sind. Das Verfahren nach der Erfindung erweitert jedoch das Anwendungsgebiet des Brennhärtens erheblich, weil mit ihm nun auch Gegenstände und Teile aus weniger gut einhärtenden Stählen mit beträchtlich größerer Einhärtetiefe als sonst gehärtet werden können.With the hardening methods described above, a sufficient one can be achieved in the majority of cases Do not yet reach the hardening depth. It must be taken into account that the hardening depth depends on the composition depends on the steel and the dimensions of the workpiece to be hardened and that it steels there, in which already usable hardening depths can be achieved with the known firing hardening processes are. The method according to the invention, however, extends the field of application of bake hardening considerable, because with it objects and parts that harden less well Steels with a considerably greater hardening depth than can otherwise be hardened.

Einen großen Fortschritt bezüglich der Einhärtctiefe brachte eine Vorwärmung des Werkstücks auf Temperaturen unterhalb des Ac^Punktes, vornehmlich auf 500 bis 550° C. Diese Vorwärmung kann im Ofen oder mit Hilfe eines Vorwärmbrenners erfolgen, der in einem festen Abstand dem Härtebrenner vorgeschaltet wird. In Fig. 1 ist der Vorwärmbrenner mit 4, sein Abstand vom Härtebrenner mit b bezeichnet. The preheating of the workpiece to temperatures below the Ac ^ point, primarily to 500 to 550 ° C. In Fig. 1, the preheating burner is denoted by 4, its distance from the hardening burner with b .

Für^: die Durchführung des Vorwärmverfahrens Verfahren und Vorrichtung
zum OberflächenhärtenFor ^: performing the preheating process and apparatus
for surface hardening

Anmelder:Applicant:

Fa. Paul Ferd. Peddinghaus,
Gevelsberg (Westf.)Paul Ferd. Peddinghaus,
Gevelsberg (Westphalia)

Beanspruchte Priorität:
Österreich vom 25. November 1955Claimed priority:
Austria from November 25, 1955

Dr.-Ing. Robert Pribyl, Linz/Donau (Österreich),
ist als Erfinder genannt wordenDr.-Ing. Robert Pribyl, Linz / Danube (Austria),
has been named as the inventor

sind auch schon Vorwärmtemperaturen vorgeschlagen worden, die oberhalb der kritischen Temperaturen, etwa, auf gleicher Höhe wie die Härtetemperaturen, liegen. Die Erfahrung hat aber gelehrt, daß auf diese Weise keine merkliche Steigerung der Einhärtungstiefe erzeugt werden kann, weil ein vorgewärmtes Stück mit den üblichen kräftigen Härtebrennern naturgemäß schneller auf Härtetemperatur kommt und zur Vermeidung schädlicher Überhitzungen mit größerer Vorschubgeschwindigkeit, also verkürzter Eindringzeit der aufgebrachten Wärme, gehärtet werden muß.Preheating temperatures have also already been proposed which are above the critical temperatures, approximately at the same level as the hardening temperatures. However, experience has shown that no noticeable increase in the hardening depth can be achieved in this way, because a preheated piece naturally reaches the hardening temperature more quickly with the usual powerful hardening burners and, in order to avoid harmful overheating, hardened at a higher feed rate, i.e. a shorter penetration time of the applied heat must become.

Bei der bekannten Vorschub- und Umlaufvorschubhärtung mit Gas-Sauerstoff-Brennern kann die zu erwartende Einhärtungstiefe unter Berücksichtigung der Vorschubgeschwindigkeit, der Analyse und der Dicke des Werkstückes durch die Breite der »Glühzone«, das ist jene Oberflächehzone im Bereich des Härtebrenners, die durch ihre Glühfarbe, etwa bei 650° C beginnend, deutlich sichtbar ist, abgeschätzt werden. Sie ist deshalb für den Härter von großer praktischer Bedeutung. Einer schmalen Glühzone ist eine geringe, einer breiten Glühzone eine stärkere Einhärtung zugeordnet. In Fig. 1 ist die Glühzone von der Breite B durch Kreuzschraffur hervorgehoben.With the well-known feed and rotary feed hardening with gas-oxygen torches, the expected hardening depth can be determined by the width of the »annealing zone«, taking into account the feed speed, the analysis and the thickness of the workpiece Annealing color, beginning around 650 ° C, is clearly visible, can be estimated. It is therefore of great practical importance for the hardener. A narrow annealing zone is assigned a slight hardening, and a wide annealing zone is assigned a stronger hardening. In Fig. 1, the annealing zone of width B is highlighted by cross-hatching.

Für alle bisher bekannten autogenen oder elektrischen Verfahren ist gemeinsam kennzeichnend, daß im Einwirkungsbereich der Härtevorrichtung diehöchste Oberflächentemperatur erzeugt wird und daß der vor diesem liegende, also von der fortschreitenden Härtung noch nicht erfaßte Werkstückteil eine mittlere Temperatur aufweist, die in jedem Falle tieferA common characteristic of all previously known autogenous or electrical processes is that the highest surface temperature is generated in the area of action of the hardening device and that the one lying in front of this, i.e. of the advancing one Hardening of the workpiece part that has not yet been detected is a medium one Has temperature, which is lower in each case

809 750/33S809 750 / 33S

liegt als die Härtetemperatur. Dies bedeutet aber, daß entsprechend der schmalen Bauart der Gas-Sauerstoff-Härtebrenner die Glühzone ebenfalls verhältnismäßig schmal ist. Dieser schmalen Glühzone entspricht eine verhältnismäßig dünne Härteschicht.than the hardening temperature. However, this means that the gas-oxygen hardening torch corresponds to the narrow design the annealing zone is also relatively narrow. This narrow annealing zone corresponds to one relatively thin hardness layer.

Diese nach dem heutigen Stand der Technik erreichbare Einhärtungstiefe genügt aber nicht, wenn bei starkem Verschleiß die Werkstückdicke, möglichst weitgehend ausgenutzt werden soll wie z. B. bei Auskleidungsplatten, Panzerstäben und Schlägern für Zerkleinerungsmaschinen, bei Brecherplatten, Mahltellern und Mahlwalzen für Kollergänge usw. Sie genügt ferner nicht bei Werkzeugen, die einem starken Flächendruck ausgesetzt sind und obendrein im Betrieb mehrmals nachgeschliffen werden, wie beispielsweise Langmesser für Metallscheren, Walzen für Richtmaschinen, Arbeits- und Stützwalzen für Walzwerke usw. Sie genügt schließlich nicht bei Beschußbeanspruchung schwerer Art. Dem Bestreben nach erhöhter Erhärtungstiefe liegt daher ein großes, wirtschaftliches Interesse zugrunde.However, this hardening depth that can be achieved according to the current state of the art is not sufficient if in the case of heavy wear, the workpiece thickness should be used as much as possible, such as B. for lining panels, Armored rods and beaters for size reduction machines, for crusher plates, grinding tables and grinding rollers for pan mills, etc. It is also not sufficient for tools that are strong Are exposed to surface pressure and on top of that are reground several times during operation, such as Long knives for metal shears, rolls for straightening machines, working and backup rolls for rolling mills After all, it is not sufficient for heavy fire loads The hardening depth is therefore based on a great economic interest.

Beim Oberflächenhärten mit Vorwärmbrenner ergibt sich für einen bestimmten Zeitpunkt in einer Längslinie der Werkstückoberfläche eine Temperaturverlaufkurve gemäß Fig. 3 oder 4, die im Zusammenhang mit Fig. 1 zu betrachten sind.When surface hardening with a preheating burner, a Longitudinal line of the workpiece surface is a temperature curve according to FIG. 3 or 4, which in connection with Fig. 1 are to be considered.

Nach Fig. 3 wird durch den Vorwärmbrenner 4 die Oberflächentemperatur auf der kurzen Strecke S₁ sehr rasch auf die gewählte Vorwärmtemperatur, z. B. 500° C, gebracht. Auf der Strecke S₂, die in der Praxis meist 400 bis 600 mm beträgt, sinkt diese Temperatur beispielsweise auf 400° C. Durch den. Härtebrenner 2 wird sie auf der Wegstrecke S₃ sehr schnell auf die Härtetemperatur, ζ. Β. 880° C, erhöht. Auf der verhältnismäßig kurzen Strecke J₄, die in der Praxis bei dickeren Werkstücken höchstens etwa 50 mm lang ist, fällt diese Temperatur rasch auf die Abschrecktemperatur, z. B. 830° C, ab. Die Abschreckbrause 3 senkt schließlich diese Temperatur fast plötzlich auf Handwärme ab. Die Glühzone c-d beträgt etwa 60 mm.According to Fig. 3, the surface temperature on the short distance S ₁ very quickly to the selected preheating temperature, z. B. 500 ° C, brought. On the section S ₂ , which in practice is usually 400 to 600 mm, this temperature drops to 400 ° C., for example. Hardening burner 2, it is _{very quickly on the distance S 3} to the hardening temperature, ζ. Β. 880 ° C, increased. On the relatively short distance J ₄ , which in practice is at most about 50 mm long for thicker workpieces, this temperature quickly falls to the quenching temperature, e.g. B. 830 ° C. The quenching shower 3 finally lowers this temperature almost suddenly to hand warmth. The glow zone cd is about 60 mm.

. Bei dem bekannten, mit Temperaturen oberhalb der kritischen Temperaturen arbeitenden Vorwärmverfahren wird mittels des Vorwärmbrenners die Werkstückoberfläche auf etwa Härtetemperatur, ζ. Β, 850° C, erwärmt, doch ist die von der Entfernung des Hilfsbrenners 4 vom Härtebrenner 2 abhängige Breite c-d der Glühzone und ihre mittlere Temperatur, die unterhalb der kritischen Temperatur von etwa 800° C liegt, für die Erzielung von Härtetiefen über 15 mm ungeeignet.. In the known preheating process, which works with temperatures above the critical temperatures, the workpiece surface is brought to approximately the hardening temperature by means of the preheating burner, ζ. Β, 850 ° C, but the width cd of the annealing zone, which is dependent on the distance between the auxiliary burner 4 and the hardening burner 2, and its mean temperature, which is below the critical temperature of about 800 ° C, is necessary for achieving hardening depths of more than 15 mm not suitable.

Erfindungsgemäß wird nun in völliger Umkehrung der bekannten Verfahrensart und im Widerspruch zu den bisherigen grundlegenden Anschauungen der Härtetechnik so vorgegangen, daß das Werkstück bei der ersten Wärmeeinwirkung an seiner Oberfläche auf eine wesentlich über den Ac₃-Punkt liegende Temperatur, vorzugsweise auf 950 bis 1050° C erwärmt und in ihm so viel Wärme gespeichert wird, daß die Oberfläche des Werkstückes bis zum Abschrecken, gegebenenfalls durch wiederholte Erwärmung, auf einer mindestens 250 mm, vorzugsweise 400 bis 600' mm breiten Glühzone auf über dem Ac₃-Punkt liegenden Temperaturen gehalten wird.According to the invention, in a complete reversal of the known type of procedure and in contradiction to the previous basic views of hardening technology, the procedure is such that the workpiece at the first exposure to heat on its surface to a _{temperature substantially above the Ac 3} point, preferably to 950 to 1050 ° _{C is heated and so much heat is stored in it that the surface of the workpiece is kept above the Ac 3} point in an annealing zone at least 250 mm, preferably 400 to 600 mm wide, until quenching, if necessary by repeated heating .

Überraschenderweise hat es sich erwiesen, daß selbst rißempfindliche Stähle, wie beispielsweise der bekannte Kaltwalzenstahl mit etwa 1 °/o Kohlenstoff und 2 °/o Chrom, diese Höchsttemperatur in der Vorwärmzone ohne schädliche Grobkorn- oder Rißbildung ertragen, insbesondere dann, wenn man in bekannter Art das Werkstück vor der Oberflächenhärtung in einem Ofen auf einige hundert Grad C vorwärmt.Surprisingly, it has been found that even steels that are susceptible to cracking, such as the known cold roll steel with about 1% carbon and 2% chromium, this maximum temperature in the preheating zone endure without harmful coarse grain or crack formation, especially if you are in a well-known Art preheats the workpiece in an oven to a few hundred degrees C before surface hardening.

Erfindungsgemäß liegt das Hauptgewicht auf der Vorwärmzone bzw. dem Vorwärmbrenner, der nach den bisher bekannten Verfahren überhaupt nicht oder als Behelfsbrenner vorhanden war. Umgekehrt wird der Härtebrenner, der bisher das Um und Auf jedes Härtevorganges war, erfindungsgemäß zum Behelfsbrenner, dem nunmehr die Aufgabe zufällt, die Temperaturverluste der Vorwärmzone infolge Leitung und Strahlung abzubremsen oder aufzuholen, und. der unter Umständen sogar ganz in Fortfall kommen kann, wenn die Vorwärmung mittels Vorwärmbrenner genügend hochgetrieben worden ist.According to the invention, the main focus is on the preheating zone or the preheating burner, which is after the previously known method was not available at all or was available as a makeshift burner. It is reversed the hardening burner, which was previously the most important thing in every hardening process, according to the invention becomes the makeshift burner, which now has the task of reducing the temperature losses slowing down or catching up in the preheating zone as a result of conduction and radiation, and. the under certain circumstances it can even be omitted completely if the preheating is carried out by means of a preheating burner has been pushed up enough.

Die kennzeichnenden Temperaturverhältnisse, die sich erfindungsgemäß entlang einer Längslinie der Werkstückoberfläche einstellen, sind in Fig. 5 schematisch dargestellt. Durch den verhältnismäßig starken Vorwärmbrenner 4 wird die Werkstückoberfläche sehr rasch entsprechend der Wegstrecke S_x auf die außergewöhnlich hoch liegende Vorwärmtemperatur, beispielsweise 1050° C, gebracht. Naturgemäß braucht diese hohe Vorwärmtemperatur verhältnismäßig lange Zeit, ehe sie entlang der Wegstrecken/ auf die Ac₃-Temperatur, z. B. 800° C, sinkt. Ungefähr in diesem Punkt wird im Abstand b der verhältnismäßig schwache .Härtebrenner 2 angesetzt, mit dem die Oberflächentemperatur wieder auf die Härtetemperatur, ζ. B. 880° C, erhöht wird. Auf dem Wege s,_a' sinkt diese infolge der hohen Vorwärmung nur sehr langsam, so daß die bei der Abschreckung, z. B. 830° C, anzusetzende Abschreckbrause 3 in einem außergewöhnlich großen Abstand a' vom Härtebrenner angebracht werden kann und sich eine bisher nicht für möglich gehaltene Breite c'-d' der Glühzone, verbunden mit einer außergewöhnlich großen Einhärtungstiefe, ergibt, da die aufgebrachte Wärmemenge genügend Zeit hat, in die Tiefe zu wirken.The characteristic temperature conditions that are established according to the invention along a longitudinal line of the workpiece surface are shown schematically in FIG. 5. Due to the relatively strong preheating burner 4, the workpiece surface is very quickly brought to the extraordinarily high preheating temperature, for example 1050 ° C., in accordance with the distance S _x. Naturally, this high preheating temperature takes a relatively long time before it reaches the Ac ₃ temperature, e.g. B. 800 ° C, drops. Approximately at this point the relatively weak hardening burner 2 is set at distance b , with which the surface temperature is brought back to the hardening temperature, ζ. B. 880 ° C is increased. On the way s, _a ' this sinks only very slowly as a result of the high level of preheating. B. 830 ° C, to be attached quenching shower 3 can be attached at an extraordinarily large distance a ' from the hardening burner and a previously not considered possible width c'-d' of the annealing zone, combined with an exceptionally large hardening depth, results because the applied Amount of heat has enough time to work deeply.

Erfindungsgemäß kann hinter dem ersten Vorwärmbrenner 4 ein zweiter, schwächerer Vorwärmbrenner 4 a im Abstand V verwendet werden (Fig. 6), der die etwa auf die Ac₃-Temperatur gesunkene Ober^ flächentemperatur nochmals bis höchstens etwal050^iO C erhöht. Das Sinken auf Härtetemperatur, ζ. Β. 880° C, wird hier infolge des größeren Wärmeinhaltes der Oberflächenzone noch langsamer als im vorigen Beispiel (Fig. 5) erfolgen, so daß der Abstand b" zum Härtebrenner 2 größer sein kann. Daher erfolgt auch das Sinken der Härtetemperatur auf die Abschrecktemperatur, ζ. B. 830° C, noch langsamer, so daß ein vergrößerter Brausenabstand a" und eine stark verbreiterte Glühzone e-f, verbunden mit erhöhter Einhärtungstiefe, erreicht wird.According to the invention, a second, weaker preheat burner 4 can be used in a distance V (FIG. 6) that increases to about the Ac ₃ temperature drop in the upper ^ surface temperature again to more than etwal050 C ^iO behind the first preheat 4. Sinking to hardening temperature, ζ. Β. 880 ° C, will take place even more slowly than in the previous example (Fig. 5) due to the greater heat content of the surface zone, so that the distance b " to the hardening burner 2 can be greater. Therefore, the hardening temperature also drops to the quenching temperature, ζ B. 830 ° C, even more slowly, so that an increased shower distance a ″ and a greatly broadened annealing zone ef, combined with increased hardening depth, is achieved.

Es besteht natürlich die Möglichkeit, die Dicke der Härteschicht durch Verwendung eines dritten Vorwärmbrenners weiter zu vergrößern, doch dürfte die Notwendigkeit hierzu kaum bestehen.There is of course the possibility of increasing the thickness of the hardening layer by using a third preheating burner to increase further, but there is hardly any need to do so.

Überraschenderweise haben schließlich die Versuche selbst mit dem bereits erwähnten empfindliehen Kaltwalzenstahl ergeben, daß nicht nur die Vorwärmtemperatur, sondern auch die Härte- und Abschrecktemperaturen weit über das bekannte Maß hinaus gesteigert werden können, ohne daß der zu härtende Gegenstand in schädlicher Weise überhitzt wird und reißt. Es gehört zu den überlieferten Grundsätzen der Härtetechnik, daß die Härtetemperatur, das ist jene Temperatur, auf welche der zu härtende Gegenstand unmittelbar vor dem Abschrecken erhitzt werden muß, möglichst genau einzuhalten ist. Die Normen geben deshalb für diese Temperatur GrenzenSurprisingly, in the end, the experiments themselves with the already mentioned sensibility Cold roll steel show that not only the preheating temperature, but also the hardness and Quenching temperatures can be increased far beyond the known level without the too hardening object will detrimentally overheat and crack. It is one of the traditional principles the hardening technology that the hardening temperature, that is the temperature to which the to be hardened The object must be heated immediately before quenching and must be adhered to as precisely as possible. the Standards therefore give limits for this temperature

von nur 30° C an. Bei der normalen Härtung liegt die Härtetemperatur 30 bis 50° C über dem Ac₃-Punkt, bei der Oberflächenhärtung jedoch gemäß Stahl-Eisen-Werkstoffblatt Nr. 830 bis 850 bis etwa 50° C höher.from only 30 ° C. With normal hardening the hardening temperature is 30 to 50 ° C above the Ac ₃ point, with surface hardening, however, according to steel-iron material sheet no. 830 to 850 up to about 50 ° C higher.

Die Abschrecktemperatur entspricht theoretisch der Härtetemperatur; praktisch ist sie jedoch stets etwas niedriger, da das auf Härtetemperatur erhitzte Werkstück in der bis zum Abschrecken verfließenden Zeit zwangläufig abkühlt.The quenching temperature corresponds theoretically to the hardening temperature; however, it is always something practical lower, since the workpiece is heated to the hardening temperature in the time that elapses before quenching inevitably cools down.

Erfindungsgemäß darf beim Oberflächenhärten die übliche Abschrecktemperatur etwa um 50 bis 200° C überschritten werden. In Fig. 6 sind diese Möglichkeiten durch den strichlierten Kurvenast angedeutet. Daß hierbei ein weiterhin vergrößerter Brausenabstand, ferner eine verbreiterte Glühzone e-g und erhöhte Einhärtung entsteht, ergibt sich von selbst.According to the invention, the usual quenching temperature may be exceeded by about 50 to 200 ° C. during surface hardening. In Fig. 6 these possibilities are indicated by the broken curve branch. It goes without saying that this results in a further increased shower distance, a widened annealing zone eg and increased hardening.

Die beim Oberflächenhärten nach den bisher bekannten und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auftretenden Verhältnisse sind in den Fig. 7 bis 9 schematisch dargestellt. Diese geben den Verlauf der Isothermen in der Oberflächenschicht des Werkstückes wieder.During surface hardening according to the previously known method and according to the method according to the invention Conditions occurring are shown schematically in FIGS. 7 to 9. These give the course of the Isotherms in the surface layer of the workpiece again.

Bei der Abschreckung mit überkritischer Geschwindigkeit erreichen bekanntlich nur jene Zonen die volle Martensithärte, deren Temperatur oberhalb des Ac₃-Punktes, meist etwa 800° C, liegt. Eine Übcrgangshärte mit martensitisch-trosstitischem Gefüge findet sich anschließend bis zu jener Tiefe vor, deren Temperatur über dem Acj-Punkt liegt. Bis zu diesem Punkt, meist etwa 750° C, reicht die Einhärtungstiefe während die Kernzone, die bei der Erhitzung nicht heißer als etwa 750° C geworden ist, keine Gefiige- und Eigenschaftsveränderungen erfährt, von der Oberflächenhärtung also unberührt bleibt. In den Fig. 7 bis 9 sind die beiden entscheidenden Isothermen, nämlich die 800°C-Isotherme als Begrenzung der rein martensitischen Härtezone und die 750°C-Isotherme als Begrenzung der Einhärtetiefe, besonders hervorgehoben, und zwar durch eine dickere bzw. strichlierte Linie.In the case of quenching at supercritical speed, it is known that only those zones whose temperature is above the Ac ₃ point, usually around 800 ° C., achieve full martensite hardness. A transition hardness with a martensitic-trosstitic structure is then found down to the depth at which the temperature is above the Acj point. The hardening depth reaches up to this point, usually around 750 ° C, while the core zone, which did not get hotter than around 750 ° C during heating, does not experience any changes in structure or properties, i.e. it remains unaffected by the surface hardening. In FIGS. 7 to 9, the two decisive isotherms, namely the 800 ° C. isotherm as the limit of the purely martensitic hardening zone and the 750 ° C. isotherm as the limit of the hardening depth, are particularly emphasized, namely by a thicker or dashed line .

Fig. 7 zeigt den Temperaturverlauf bei der üblichen Oberflächenhärtung ohne Vorwärmung. Es wird beispielsweise die Platte 1 in bekannter Weise dadurch gehärtet, daß man ein Aggregat mit der Härteflamme 2 und der Abschreckbrause 3 der Oberfläche der Platte entlang fortschreitend in Richtung ν bewegt. Die eingezeichneten Isothermen X zeigen die plötzliche Erhitzung der Oberflächenschicht an. Sie sind durch eine kurze Sehnenlänge und kleine Vertikalabstände gekennzeichnet. Sie ergeben eine schmale Glühzone und eine dünne Härteschicht 5.Fig. 7 shows the temperature profile with the usual surface hardening without preheating. For example, the plate 1 is hardened in a known manner by moving an assembly with the hardening flame 2 and the quenching spray 3 along the surface of the plate progressively in the direction ν . The drawn isotherms X indicate the sudden heating of the surface layer. They are characterized by a short chord length and small vertical distances. They result in a narrow annealing zone and a thin hardness layer 5.

In Fig. 8 ist ein bekanntes Verfahren veranschaulicht, bei dem vor dem Härtungsaggregat mit der Flamme 2 und der Abschreckbrause 3 ein Hilfsbrenner 4 zur Vorwärmung vorgesehen wird. Die eingezeichneten Isothermen Y verlaufen flacher (größere Sehnenlänge) und haben einen größeren Vertikalabstand, so daß sich eine größere Einhärtungstiefe 5 einstellt.In Fig. 8 a known method is illustrated in which an auxiliary burner 4 is provided for preheating in front of the hardening unit with the flame 2 and the quenching spray 3. The isotherms Y shown are flatter (greater chord length) and have a greater vertical distance, so that a greater hardening depth 5 is established.

In Fig. 9, die sich auf das erfindungsgemäße Verfahren bezieht, ist der Vorwärmbrenner wieder mit 4 bezeichnet. Dieser liefert eine verhältnismäßig große Wärmemenge, so daß die Werkstückoberfläche beispielsweise auf 1050° C vorgewärmt wird. Der Härtebrenner 2 weist verhältnismäßig geringe Leistung auf und gibt nur so viel Wärme ab, wie zur Aufrechterhaltung der gewünschten Härte- und Abschrecktemperatur sowie zur Einstellung der gewünschten Glühzonenbreite erforderlich ist. Keinesfalls darf durch den Härtebrenner eine solche Temperatursteigerung verursacht werden, daß die Vorschubgeschwindigkeit erhöht werden muß, da in diesem Fall die Einhärtungstiefe wieder, abnimmt. Die Abschreckbrause 3 ist erfindungsgemäß vom Vorwärmbrenner 4 mindestens 250 mm, vornehmlich 400 bis 600 mm entfernt, so daß der durch die. Brenner 2 und 4 aufgebrachten Wärmemenge genügend Zeit verbleibt, in das Werkstückinnere abzufließen, wodurch sich beim Abschrecken eine entsprechend dicke Härteschicht 5 ergibt.In Fig. 9, relating to the method according to the invention refers, the preheating burner is again denoted by 4. This provides a relatively large one Amount of heat so that the workpiece surface is preheated to 1050 ° C, for example. The hardening burner 2 has a relatively low output and only gives off as much heat as needed to maintain it the desired hardening and quenching temperature as well as for setting the desired Annealing zone width is required. Under no circumstances should the hardening burner cause such a temperature increase caused that the feed rate must be increased because in this If the hardening depth decreases again. According to the invention, the quenching shower 3 is from the preheating burner 4 at least 250 mm, mainly 400 to 600 mm away, so that the through the. Burner 2 and 4 applied heat, enough time remains to flow into the workpiece interior, whereby a correspondingly thick hardness layer 5 results when quenching.

Die Isothermen Z zeichnen sich durch wesentlich größere Sehnenlängen und Vertikalabstände aus und deuten dieErreichung einer wesentlich dickeren Härteschicht 5 an.The isotherms Z are characterized by significantly greater chord lengths and vertical distances and indicate the achievement of a significantly thicker hardness layer 5.

Bei den erfindungsgemäßen Härteverfahren werden bei normal einhärtenden Stählen Einhärtungstiefen von etwa 15 bis 60 mm erreicht, die für alle bisher vorgekommenen Fälle ausreichen. Jedenfalls werden hiernach laufend große Kaltwalzen oberflächengehärtet, wobei mit einem Vorwärmbrenner und einem Härtebrenner etwa 40 mm tief eingehärtet und ein besonders sanfter Übergang erzielt wird. Die Glühzone erreicht hierbei eine Breite von etwa 500 mm. In der Praxis genügen meist wenige Versuche, um die Vorwärm- und Härtetemperaturen mit der Vorschubgeschwindigkeit so abzustimmen, daß keine schädliche Überhitzung der Werkstückoberfläche eintritt.In the case of the hardening process according to the invention, hardening depths are achieved in normal hardening steels of about 15 to 60 mm, which is sufficient for all cases that have occurred so far. Anyway will be subsequently surface-hardened large cold rolls, with a preheating burner and a hardening burner about 40 mm deep hardened and a special one smooth transition is achieved. The annealing zone reaches a width of about 500 mm. In practice A few attempts are usually sufficient to adjust the preheating and hardening temperatures with the feed speed to be coordinated so that no harmful overheating of the workpiece surface occurs.

Bei dem erfindungsgemäßen Härteverfahren können unter sonst gleichen Bedingungen erheblich größere Einhärtungstiefen erreicht werden. Jedenfalls sind auf diese Weise laufend große Kaltwalzen oberflächengehärtet worden, wobei mit zwei Vorwärmbrennern und einem Härtebrenner etwa 35 mm tief eingehärtet und ein besonders sanfter Übergang erzielt wurde, Die Glühzone nimmt dabei eine Breite von etwa 500 mm an. In der Praxis genügen meist wenige Versuche, um die Vorwärm- und Härtetemperaturen mit der Vorschubgeschwindigkeit so abzustimmen, daß keine schädliche Überhitzung der Werkstückoberfläche eintritt.In the hardening process according to the invention, under otherwise identical conditions, considerably larger Hardening depths can be achieved. In any case, large cold rolls are continuously surface-hardened in this way been hardened with two preheating burners and a hardening burner about 35 mm deep and a particularly smooth transition has been achieved. The annealing zone has a width of about 500 mm. In practice, a few attempts are usually sufficient to include the preheating and hardening temperatures adjust the feed speed so that no harmful overheating of the workpiece surface entry.

Durch die vorliegende Erfindung erfährt das Anwendungsgebiet der Oberflächenhärtung eine beträchtliche Ausweitung bis an die Grenze des derzeit technisch Erforderlichen. Die Anwendung der Erfindung bringt außerordentlich große Ersparungen mit sich.With the present invention the field of application of surface hardening experiences a considerable one Expansion to the limit of what is currently technically necessary. Application of the invention brings extraordinarily large savings.

Claims

Patent claims:

1. Method for surface hardening of objects made of steel, in particular cold rolling with a shaft diameter of more than about 300 mm, according to the feed or rotary feed method, in which the workpiece surface is brought to a surface above the Ac _{3 once or several times before heating to the hardening temperature with subsequent quenching} -Point lying temperature is preheated, characterized in that the workpiece is heated at the first exposure to heat on its surface to a substantially above the Ac ₃ -point temperature, preferably 950 to 1050 ° C, and so much heat is stored in it _{that the surface of the workpiece is kept at temperatures above the Ac 3} point in an annealing zone at least 250 mm, preferably 400 to 600 mm wide, until quenching, if necessary by repeated heating.

2. Modification of the method according to claim 1, characterized in that, provided that the

Preheating temperature at the upper limit of the possible temperature range determined by the material (approx. 1000 to 1150 ° C) is selected, repeated heating before quenching is omitted.

3. The method according to claim 1, characterized in that the quenching temperature by 50 is chosen up to 200 ° C higher than the usual quenching temperature.

4. Device for performing the method according to one of claims 1 to 3 with an autogenous hardening burner, an autogenous preheating burner and a quenching shower by a distance between the hardening burner and the quenching shower of at least 100 mm and a maximum of 600 mm.

5. Apparatus according to claim 4, characterized by a distance between the front

heat burner and the quenching shower of at least 250 mm.

6. The device according to claim 4 with several preheating burners, characterized by a distance between a first preheating burner and the quenching shower of at least 250 ¹ mm, increased by 100 mm for each further preheating burner.

7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that instead of Gas-oxygen burners are provided with electric heaters.

Considered publications:
Grönegreß, "Brennhänen", Berlin, 1950, p. 9;
"VDI-Zeitschrift", 1951, p. 758;
»Workshop technology and mechanical engineering«, 1953,
P. 316.

1 sheet of drawings