DE1583386C - Verfahren und Vorrichtung zum Härten und Vergüten von Werkstücken - Google Patents

Description

In der Praxis kommt es vor, daß bei Werkstücken einzelne Werkstückzonen verschiedener Festigkeit verlangt werden. Dieses Problem tritt beispielsweise auch bei Bodenplatten für Laufketten an Raupenfahrzeugen auf. Hierbei wird nämlich gefordert, daß die Materialfestigkeit innerhalb des vom eigentlichen Blatt abstehenden Steges höher ist als im Blatt selbst.

Um diesen Forderungen entsprechen zu können, ist man bisher verschiedene Wege gegangen. Eine Lösung des Problems wird darin gesehen, daß man zunächst die Bodenplatte härtet und sie auf die geringere Festigkeitsgüte im Blatt der Bodenplatte anläßt. Anschließend wird dann der Steg, der eine höhere Verschleißfestigkeitsgüte aufweisen soll, einer zusätzlichen Sonderhärte- und Anlaßbehandlung unterzogen, um die gewünschte Qualitätsverbesserung zu erreichen. Diese in einem besonderen Arbeitsgang durchzuführende Sonderbehandlung kann nun durch einen sogenannten — an sich bekannten — Flammhärterprozeß erreicht werden. ·

Mit dieser Sonderbehandlung wird auch tatsächlich eine höhere Festigkeit in dieser sonderbehandelten Werkstückzone erreicht; ein Nachteil dieses Flammhärtens besteht aber darin, daß zwischen der zusätzlich gehärteten Werkstückzone und dem in dieser Sonderbehandlung unbeteiligten Restteil des Werkstückes, insbesondere jedoch im unmittelbaren Übergangsbereiche eine gefügetote Zone, nämlich ein Glühgefüge, entsteht, in welchem die Festigkeit auf die Grund- oder Ausgangsfestigkeit des Werkstoffes zurücksinkt, was verständlich unerwünscht ist. Gerade durch diese tote Gefügezone im Übergangsbereich wird aber eine ungewünscht unumgängliche und in keiner Weise die Festigkeitsforderungen erfüllende Schwächung erzielt.

Neben diesem Flammhärten als Sonderbehandlung einzelner Werkstückzonen, die gegenüber dem übrigen Werkstück bzw. anderer Werkstückzonen eine höhere Festigkeitsgüte besitzen sollen, findet auch ein sogenanntes, ebenfalls bekanntes Induktivhärten Anwendung. Auch beim Induktivhärten und nachträglichem Anlassen wird die gewünschte Festigkeitsgüte in den sonderbehandelten Werkstückzonen erreicht, wobei es jedoch auch hier als Nachteil anzusehen ist, daß durch die parzellierte Erwärmung im Werkstück erhebliche innere Spannungen auftreten, so daß eine Rißgefahr — sogenannte Härterisse — nicht auszuschließen sind. Es kommt dann ferner bei der Beanspruchung dieser zusätzlich induktiv gehärteten Werkstückzorten vor, daß eine Abschälung eintritt.

Außer den bereits geschilderten Nachteilen dieser beiden gebräuchlichsten Zusatzvergütungsverfahren kommt jedoch noch hinzu, daß der Aufwand hierfür erheblich sein muß, so daß diese Zusatzbehandlung nicht nur teuer ist, sondern daß auch für die Erstellung der hierfür erforderlichen Anlagen hohe Investitionskosten aufgebracht werden müssen.

Zusammengefaßt wird jedoch die größte Mangelerscheinung beider vorbekannter Nachtrags-Vergütungsverfahren im wesentlichen darin gesehen, daß man immer versucht, von der niedrigst geforderten Festigkeitsgüte im Werkstück ausgehend, in bestimmten Teilen des Werkstückes eine höhere Festigkeitsgüte zu erzielen, womit jedoch — wenn auch nur parzellierte — Qualitätsverminderungen in Kauf genommen werden müssen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die vorbekannten Mangel auszuschalten, was beim neuen Verfahren dadurch erreicht wird, daß das Werkstück insgesamt in an sich bekannter Weise wenigstens auf die höchste geforderte Festigkeit gehärtet, anschließend in mehreren Stufen mit jeweils gesteigerter Temperatur angelassen wird, mit der Maßgabe, daß das Werkstück in der ersten Stufe insgesamt auf die höchste geforderte Festigkeit, in der nächsten Stufe auf die nächst niedrigere geforderte Festigkeit angelassen wird usw., wobei die Zonen, für die eine jeweils höhere Festigkeit verlangt ist, gekühlt werden, und daß das Werkstück nach der letzten Anlaßstufe abgeschreckt wird.

Das neue Verfahren zum Härten und Vergüten von Werkstücken, die hinsichtlich ihrer Festigkeit unterschiedliche Härtegütezonen aufweisen sollen, gewinnt aus dem Grunde an besonderer Bedeutung, als hierdurch ein eigentlich abwegiger Lösungsweg beschriften wird, der jedoch in überraschender Weise zum gewünschten und erwarteten Erfolg führt. Wenn man also bisher zur Erzielung von Werkstückzonen höherer Festigkeitsgüte davon ausgegangen ist, das Werkstück im gesamten zunächst auf die im Werk- f. stück geforderte niedrigere Festigkeitsgüte durch Anlassen zu vergüten und dann die höhere Festigkeitsgüte in den gewünschten Werkstückzonen durch eine zusätzliche Sonderbehandlung erzielt, so geht das neue Verfahren praktisch den umgekehrten Weg derart, daß das gesamte Werkstück zunächst auf die zwar nur in einer bestimmten Werkstückzone erforderliche und auch gewünschte höchste' Festigkeitsgüte nach dem Härten angelassen wird und dann im Anschluß daran erst der übrige Werkstückteil, nämlich derjenige, der eine niedrige Festigkeitsgute aufweisen soll, ein zweites Mal angelassen und auf die hier gewünschte Festigkeitsgüte angelassen wird.

Bei der praktischen Verwirklichung dieses neuen Verfahrens wird im Übergangsbereich zwischen der Werkstückzone bzw. -zonen, die höhere Festigkeitsgüte aufweisen sollen, und der bzw. den Werkstückzonen, die gegenüber dieser niedrigere Festigkeitsgüte aufweisen sollen, ein Übergang erreicht, der jetzt nicht mehr — wie bisher — nur ein Glühgefüge \ darstellt, sondern daß hier erstmalig ein in der Vergütungsqualität homogener Gefügeübergang erreicht wird. Dies kommt zustande, weil durch das neuartige, stufenweise Anlassen der Werkstücke von der höchstgeforderten Festigkeitsgüte beginnend zusätzlieh auch die im Werkstück zvvangläufig beim Härten auftretenden Spannungen nach und nach abgebaut werden, worin ein weiterer Vorteil des neuen Verfahrens gesehen wird.

Dieses neue Verfahren wird dabei um so günstiger, je öfter man — durch mehrmaliges Anlassen — von der höchstgeforderten Festigkeitsgüte im Werkstück zu niedrigeren Festigkeitsgüten abbaut. Dadurch wird nicht nur eine bisher nicht erzielte Qualitätsverbesserung, sondern auch ein ebenfalls bisher nicht erreichter Spannungsabbau erzielt. Wenn gemäß der Erfindung zwar vorgeschlagen wird, mindestens zweistufig zu arbeiten, so ist es jedoch auch ohne weiteres möglich, auch in mehr als zwei Anlaßstufen die Effekte der Erfindung vorteilhaft zu erzielen.

Neben der durch das neue Verfahren wesentlich verbesserten Qualität solcher unterschiedlichen Festigkeitsgüten aufweisenden Werkstücke zeichnet sich das Verfahren auch noch im besonderen Maße da-

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durch aus, daß es in einem bisher nicht erreichten durch zwei hintereinander angeordnete, getrennte

Maße wirtschaftlich ist, da im Vergleich zu den bis- Anlaßöfen als Anlaßofenstraße, wobei der zweite

herigen Anwendungsyerfahren die erforderlichen Ofen eine Kühlrinne aufweist.

Investitionsmittel hierfür wesentlich geringer sind. Außerdem ist die Erfindung durch einen durch

Selbst wenn dieses nicht der Fall wäre, käme dem 5 sämtliche Anlaßabteilungen führenden Förderer ge-

erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren trotz- kennzeichnet.

dem besondere Bedeutung zu, als bei mit dem neuen Schließlich zeichnet die Erfindung sich noch durch

Verfahren behandelten Werkstücken nicht nur die eine zwischen der letzten Anlaßabteilung und dem

Festigkeitsgüte genau auf die geforderten Werte Abschreckbad angeordnete Werkstück-Überführungs-

abgestimmt, sondern auch jetzt praktisch spannungs- io vorrichtung und eine in dem Abschreckbad angeord-

arm vergütet werden kann. . nete Werkstück-Austragsvorrichtung aus.

Am nachfolgenden Beispiel soll das neue Verfah- Das erfindungsgemäße Verfahren wird am besten ren verdeutlicht werden. Wird in der Praxis bei am Beispiel einer Bodenplatte für Raupenfahrzeuge einem vergüteten Werkstoff verlangt, daß eine be- verstanden, wobei eine solche in der F i g. 1 dargestimmte - Werkstückzone eine Festigkeit von etwa 15 stellt ist.

155 kg/mm² aufweisen soll, während die verbleibende Fig. 2 zeigt schließlich eine Schemadarstellung

Restzone des Werkstückes nur eine Festigkeit von einer aus zwei Einzelöfen bestehenden Anlaßofen-

etwa 125 kg/mm² ,besitzen soll, dann kann man bei- straße.

spielsweise so verfahren, daß man dieses Werkstück Bei der in F i g. 1 dargestellten Bodenplatte ist

zunächst mit etwa 860° C in Öl härtet. Dabei ent- 20 mit 10 das Blatt und mit 11 der Steg bezeichnet,

steht dann im gesamten Werkstück eine Festigkeit 'Bei einer solchen Bodenplatte 10, 11 soll der Steg

von etwa 200 kg/mm². Alsdann wird gemäß dem 11 — insbesondere die mit 11a durch eine strich-

Erfindungsverfahren ein zweistufiges Anlassen prak- punktierte Linie angedeutete Endspitze — eine

tiziert, wobei in der ersten Anlaßstufe das Werkstück höhere Festigkeitsgüte aufweisen als das Blatt 10.

etwa bei 380° C angelassen wird, wobei im gesamten 25 Dies wird nach dem neuen Verfahren wie folgt

Werkstück eine Festigkeit von etwa 155 kg/mm² bewerkstelligt,

erreicht wird. Zunächst wird die Bodenplatte 10, 11 mit etwa

Anschließend an diesen ersten Anlaßvorgang wird 860° C in öl gehärtet. Dabei wird in der gesamten

dafür gesorgt, daß die Werkstückzone, welche die Bodenplatte 10, 11 eine Festigkeit von etwa

jetzt im ganzen Werkstück erreichte Höchstfestig- 30 200 kg/mm² erreicht. In einem jetzt folgenden, wenig-

keitsgüte behalten soll, während des zweiten Anlaß- stens zweistufigen Anlaßvorgang wird innerhalb der

Vorganges gekühlt wird. Die ungekühlten Werkstück- ersten Anlaßphase die gesamte Platte bei. etwa

zonen werden dann erneut mit etwa 620° C ange- 380° C angelassen, so daß in der gesamten Platte

lassen, wobei dann im Werkstück eine Festigkeit eine Festigkeit von etwa 155 kg/mm² erreicht wird,

von etwa 125 kg/mm² erreicht wird, ausschließlich 35 Dieser erste Anlaßvorgang kann in der mit 12 be-

der dabei gekühlten Werkzeugzone. zeichneten ersten Anlaßabteilung, z. B. einen geson-

Nach diesem zweiten Anlaßvorgang wird dann das derten Anlaßofen 12 gemäß F i g. 2 stattfinden. Nach

gesamte Werkstück abgeschreckt, damit die Rest- diesem ersten Anlaßvorgang wird durch den Förderer

wärme aus der im zweiten Anlaß Vorgang angelasse- 13 das Werkstück 10, 11 in die mit 14 bezeichnete

nen Werkstückzone nicht in die zuerst angelassene 40 zweite Anlaßabteilung — beim Ausführungsbeispiel

und höhere Festigkeitsgüte besitzende Werkstück- ein getrennt vom ersten Anlaßofen 12 angeordneter

zone gelangen kann und diese beeinträchtigt. zweiter Anlaßofen 14 — überführt, wobei die Füh-

Eine das neue Verfahren in der Praxis verwirk- rung derart erfolgt, daß nunmehr die Platte 10,11 lichende Vorrichtung kann beispielsweise gekenn- mit ihrem Steg 11 auf einer in der zweiten Anlaßzeichnet sein durch eine kontinuierlich arbeitende, 45 abteilung vorgesehenen Wasserrinne 15 gekühlt wird, aus mehreren beheizbaren Anlaßabteilungen be- Beim Durchlauf durch diese zweite Anlaßabteilung stehende Anlaßofenstraße, wobei die Zahl der An- 14 wird dann lediglich das Blatt 10 der Bodenplatte laßabteilungen der Zahl der Anlaßstufen entspricht, 10,11 bei einer Temperatur von etwa 620° C zum durch die zu kühlenden Werkstückzonen aufneh- zweitenmal angelassen, wobei eine Festigkeitsgüte mende Kühlvorrichtungen in den Anlaßabteilungen, 5° von etwa 125 kg/mm² erreicht wird. Damit werden in denen eine solche Kühlung erforderlich ist, und innerhalb der Bodenplatte 10, 11 Werkstückzonen durch ein am Ende der letzten Anlaßabteilung ange- von unterschiedlicher Härtegüte erreicht. Verläßt nun ordnetes Abschreckbad. die Bodenplatte 10,11 die zweite Anlaßabteilung 14,

Mit einer solchen Anlaßofenstraße können Werk- so wird sie beispielsweise durch einen Auswerfer 16

stücke, die hinsichtlich ihrer Festigkeit unterschied- 55 od. dgl. in ein Abschreckbad 17 überführt und wird

liehe Härtegütezonen aufweisen, in einen kontinuier- durch eine Austragvorrichtung 18 abgekühlt wieder

liehen Durchlaufarbeitsgang in einem Zug behandelt herausgefördert.

werden und verlassen am Ende dieser Anlaßofen- Ein so behandeltes Werkstück besitzt durch diese

straße fertig vergütet diese Behandlungsvorrichtung. neuartige Behandlungsweise ein Härtegefüge, daß

Es kann auch eine von einem in Förderrichtung 60 zwischen den Zonen höherer Festigkeitsgüte zu den

der Werkstücke fließenden Kühlmittel durchströmte Zonen niedriger Festigkeitsgüte homogene Gefüge-

Kühlrinne als Kühlvorrichtung vorgesehen sein. übergänge besitzt, also keinerlei Glühgefügezonen

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in mehr aufweist.

einem mehrere Anlaßabteilungen beinhaltenden Es versteht sich von selbst, daß die praktische

Durchlauf-Anlaßofen, wobei die Anlaßabteilungen 65 Anwendung dieses neuen Verfahrens zum Härten

mit Ausnahme der ersten mit einer Kühlrinne ver- und Vergüten von Werkstücken nicht nur allein auf

sehen sind. Bodenplatten beschränkt sein soll. Man könnte es

Des weiteren ist die Erfindung gekennzeichnet vielmehr auch auf andere Werkstücke anwenden, bei

denen die gleichen Forderungen, nämlich innerhalb des Werkstückes unterschiedliche Festigkeitsgüten zu erzielen, verlangt werden.

Auch ist die auf der Zeichnung dargestellte Ausführung einer Anlaßofenstraße nur als ein Beispiel anzusehen, wobei auch noch hiervon abweichende Ausführungen mit Vorteil verwirklicht werden könnten.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Härten und Vergüten von Werkstücken aus Stahl, die Zonen unterschiedlicher Festigkeit aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück insgesamt in an sich bekannter Weise wenigstens auf die höchste geforderte Festigkeit gehärtet, anschließend in mehreren Stufen mit jeweils gesteigerter Temperatur angelassen wird, mit der Maßgabe, daß das Werkstück in der ersten Stufe insgesamt auf die höchste geforderte Festigkeit, in der nächsten Stufe auf die nächst niedrigere geforderte Festigkeit angelassen wird usw., wobei die Zonen, für die eine jeweils höhere Festigkeit verlangt ist, gekühlt werden, und daß das Werkstück nach der letzten Anlaßstufe abgeschreckt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine kontinuierlich arbeitende, aus mehreren beheizbaren Anlaßabteilungen bestehende Anlaßofenstraße (12,14), wobei die Zahl der Anlaßabteilungen der Zahl der Anlaßstufen entspricht, durch die zu kühlenden Werkstückzonen aufnehmende Kühlvorrichtungen (15) in den An- laßabteilungen, in denen eine solche Kühlung erforderlich ist, und durch ein am Ende der letzten Anlaßabteilung angeordnetes Abschreckbad (17).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine von einem in Förderrichtung der Werkstücke fließenden Kühlmittel durchströmte Kühlrinne als Kühlvorrichtung:

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen mehrere Anlaßabteilungen beinhaltenden Durchlauf-Anlaßofen, wobei die Anlaßabteilungen mit Ausnahme der ersten mit einer Kühlrinne versehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch zwei hintereinander angeordnete, getrennte Anlaßöfen (12 und 14) als Anlaßofenstraße, wobei der zweite Ofen eine Kühlrinne (15) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen durch sämtliche Anlaßabteilungen (12 und 14) führenden Förderer (13).

7. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine zwischen der letzten Anlaßabteilung und dem Abschreckbad angeordnete Werkstück-Überführungsvorrichtung (16) und eine in dem Abschreckbad angeordnete Werkstück-Austragsvorrichtung (18).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen