DE1933781A1

DE1933781A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Teilvergueten von staehlernen Eisenbahnraedern od.dgl.

Info

Publication number: DE1933781A1
Application number: DE19691933781
Authority: DE
Inventors: Wolfstieg Dr Rer Nat Ulrich
Original assignee: Fried Krupp Huettenwerke AG
Current assignee: Fried Krupp Huettenwerke AG
Priority date: 1969-07-03
Filing date: 1969-07-03
Publication date: 1971-01-28
Also published as: BE752393A; FR2054121A5; GB1321287A; CH538543A; SE363347B; DE1933781B2; AT318689B

Description

Fried. Krupp Hüttenwerke
Aktiengesellschaft

46j5O Bochum

_Jull

Verfahren und Vorrichtung zum TeilvergUten von stählernen Eisenbahnrädern oder dergleichen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum TeilvergUten von stählernen Eisenbahnrädern oder anderen Stahlrädern, z.B. Kranrädern oder Teilen von ihnen, z.B. Radreifen oder nabenlose Räder, wobei mindestens die Lauffläche in einer Tiefe von einem oder mehreren Zentimetern gehärtet wird, durch Abschrecken von ringsum aufgebrachtem Wasser oder anderen Abschreckmitteln.

Es ist bekannt, die Lauffläche von Eisenbahnrädern und ähnlichen Rädern zu härten, und zwar während sich das auf Härtetemperatur erwärmte Rad in einer Laufkranzhärtemaschine um seine vorzugsweise senkrechte. Achse dreht. Nach dem Härten wird das Rad aus' der Härtemaschine entnommen, wobei meistens das Blatt und die Nabe sich noch auf höherer Temperatur, z.B. auf· etwa 500° C befinden, und in einen Anlassofen eingebracht. Die Anlasstemperaturen werden so eingestellt, dass die von den Abnehmern verlangten bestimmten Festigkeitseigenschaften bis in bestimmte Bereiche unterhalb der Lauffläche erreicht werden. So wird z.B. häufig die Vorschrift

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gemacht, dass bis zu einer Tiefe von mindestens J5O mm unter der Lauffläche bestimmte Festigkeiten, z.B. 92 bis 110 kp/mm , vorliegen sollen. Die Festigkeitsanforderungen dürfen sich nur in einer Höhe bewegen, die noch hinreichende Anlasstemperatüren erlaubt, damit die nach dem Härten vorliegenden hohen Eigenspannungen genügend abgebaut werden können»

Für die Erfindung wurde die Aufgabe gestellt, die bisher unvermeidbare Kopplung der Festigkeiten und der Höhe ψ der Eigenspahnungen zu lösen und dabei mindestens von einer Komplizierung des Verfahrens abzusehen.

Dabei ergab sich, dass es nicht nur möglich ist, die genannte Verquickung von Festigkeitseigenschaften und hohen Eigenjfeannungen zu beseitigen, sondern auch eine Zusammenziehung des Verfahrens in einen Arbeitsgang. Das bedeutet eine wesentlich bessere Ausnutzung der Härtemaschine, zumal die Abschreckzeiten wesentlich verkürzt weräen_e Der bisher notwendige Anlassofen kommt in Wegfall. In Betrieben, in denen bisher ein Ofen zum Aufheizen der Hader auf Härtetemperatur und ein Anlassofen bestanden, können nunmehr k beide öfen für das Aufwärmen benutzt werden. Infolge des höheren Durchsatzes beim Härten ergibt sich auch die Möglichkeit, wesentlich leistungsfähigere Schmiedeeinrichtungen im gleichen Takt arbeiten zu lassen.

Erfindungsgemäss wird beim Teilvergüten so verfahren, dass die Abschreckzeiten so kurz bemessen werden, dass eine zum Anlassen der gehärteten Bereiche auf die verlangte Vergütungsfestigkeit ausreichende Wärmereserve in dem nicht oder nicht so hoch zu vergütenden Bereichen verbleibt und dass eine Temperaturverteilung im Bauteil bis zur Beendigung der Abschreckung veranlasst wird, die einen weitgehenden Temperaturausgleich im Berdch der stark anwachsenden Streckgrenze des Stahles ergibt,

Die Absclireckzeit für die Lauffläche beträgt zur Zeit in der Praxis des neuen Verfahrens zwischen einviertel und zweieinhalb Minuten für einen Stahl mit etwa 0,55 % Kohlenstoff (BV 2), wobei sich eine Festigkeit von mindestens 100 kp/mm in einer Tiefe von 30 ram einstellt. Diese Zeiten gelten für Laufkränze von einer Dicke, wie sie bei Vollrädern üblich ist. Bei dünneren Querschnitten müsste eine entsprechende Verringerung der Einhärtetiefen und Abschreckzeiten vorgenommen werden. Die Bestimmungen der Abschreckzeiten geschehen vorzugsweise mit einem Analogrechner, mit dem es mög-· lieh ist, die Temperaturverteilung im ganzen Bauteil vorherzusagen. Der Analogrechner enthält im wesentlichen das Beuken-Modell des zu behandelnden Rades sowie geeignete Eingabe- und Registriervorrichtungen.

Zweckmässig ist es, an dem im ganzen auf Härtetemperatur gebrachten Rad oder Radteil nicht nur die Lauffläche, sondern auch das BlattJ^gf. die Nabenaussenflache abzuschrecken. Wegen der geringeren Querschnitte dieser Teile gegenüber dem Laufkranz soll diese zusätzliche Abschrekkung entsprechend kürzer oder milder sein. Für das Abschrecken der Lauffläche wird vorzugsweise Wasser unter einem Druck von mindestens 10 Atmosphären, vorzugsweise mindestens 15 Atmosphären, verwendet. Wenn man auch für das Abschrecken des Blattes und der Nabenaussenflache Wasser verwendet, so wird die Abschreckzeit gegenüber der Abschreckzeit für die Lauffläche verkürzt, und zwar vorzugsweise auf einen Zeitbereich von 3 bis 30 Sekunden. Wenn stattdessen die Abschreckung von Blatt und Nabenaussenfläche mit Pressluft oder einem Pressluft-Wasser-Gemisch vorgenommen wird, so werden die Abschreckzeiten entsprechend dem milderen Abschreckmedium verlängert. Die Drehbewegung des Rades bei seinem Umlauf um eine senkrechte Achse innerhalb des aus den Düsen austretenden Abschreckmittels wird vorzugsweise mit hoher Dreh-

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geschwindigkeit durchgeführt, damit das Abschreckmittel aus dem Innenbereich des Rades herausgeschleudert wird.

Erfindungsgemäss wurden zwei Eisenbahnvollräder z.B. wie folgt gefertigt:

Stahllegierung BV 2, Laufkreisdurchmesser 1009 mm, Laufkranzstärke 85 mm, mittlere Blattstärke 20 mm. Die Räder wurden in etwa zwei Stunden durchgehend auf 870⁰ C Härtetemperatur erwärmt und schnell in eine Laufkranzhärtemaschine umgesetzt. In dieser Maschine werden die Räder mit 60 U/Min, um eine senkrechte Achse gedreht und an der Lauffläche schlagartig einsetzend aus 18 Spezialdüsen senkrecht mit Hochdruckwasser von I5 atü angestrahlt.

Ein Rad wurde eine Minute nur an der Lauffläche mit Wasser abgeschreckt. In einem Bereich von JO mm unter der Lauffläche ergaben sich Festigkeitswerte von 110

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bis 100 kp/mm . Die max. Eigenspannungen im Blatt betrugen -4 kp/mm , d.h. das Rad war praktisch spannungsfrei.

Ein weiteres Rad wurde eineinhalb Minuten an der Lauffläche mit Wasser abgeschreckt und während der gleichen Zeit an beiden Blattoberflächen und Nabenaussenflächen mit Pressluft angeblasen. Die Festigkeiten bis 10 mm unter der Lauffläche wurden hierbei auf 120 bis 110 kp/rnm angehoben, während die max. Eigenpisannungen im Blatt +12 kp/mm betrugen.

Den Zusammenhang von Laufflächen-Abschreckdauer und Festigkeitsverteilung für den Stahl BV 2 zeigt die Fig. Die an die Kurven geschriebenen Zahlen bedeuten die

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jeweiligen Abschreckzeiten in Minuten. Figur 2 bringt die entsprechenden max. Eigendehnungen, wenn mit verschiedenen Zeiten nur die Lauffläche abgeschreckt wird, und zwar in halblogarithmischer Darstellung. Die eingezeichnete Gerade verschiebt sich nach unten, wenn zusätzlich auch der Innenteil des Rades kurzzeitig abgeschreckt wird. Für diese Darstellung wurde die weniger gebräuchliche "Eigendehnung¹¹ benutzt, weil etwa ab 2,5 o/oo plastische Anteile in ihr enthalten sind und sich nur im elastischen Bereich korrekt Eingespannungen errechnen lassen.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen "Verfahrens besteht nach Figur 5 aus der Drehvorrichtung 1, auf die das zu vergütende Rad 2 aufgelegt wird. Ferner sind die Abschreckvorrichtungen 3 für die Lauffläche und 4 für Blatt und Nabe vorhanden, in deren Zuleitungen die Schnell-Öffnungsventile 5 und 6 angeordnet sind. Die Ventile lassen sich unabhängig voneinander von den Zeitschaltern 7 und 8 steuern.

Patentansprüche

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Claims

- 6 Patentansprüche

1. Verfahren zum TeilvergUten von stählernen Elsenbahnrädern oder anderen Stahlrädern oder Teilen von ihnen, wobei mindestens die Lauffläche in einer Tieife von einem oder mehreren Zentimetern gehärtet wird durch Abschrecken von ringsum aufgebrachtem Wasser oder anderen Abschreckmitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschreckzeiten so kurz bemessen werden, dass eine zum Anlassen der gehärteten Bereiche auf die verlangte VergUtungsfestigkeit ausreichende Wärmereserve in den nicht oder nicht so hoch zu vergütenden Bereichen verbleibt und dass eine Temperaturverteilung im Bauteil bis zur Beendigung der Abschreckung veranlasst wird, die einen weitgehenden Temperaturausgleich im Bereich der stark anwachsenden Streckgrenze des Stahles ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche zwischen einviertel und zweieinhalb Minuten abgeschreckt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächen eine Minute lang abgeschreckt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis J, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad oder das zu vergütende Radteil im ganzen auf Härtetemperatur erwärmt wird und nicht nur die Lauffläche, sondern auch das Blatt und ggf. die Nabenaussenfläche abgeschreckt werden.

5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschreckung am Blatt und ggf. Nabenaussenflache in einem Zeitbereich von 5 bis 30 Sekunden mit Wasser erfolgt.

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit Wasser unter einem Druck von mindestens 10 Atmosphären, vorzugsweise mindestens 15 Atmosphären, abgeschreckt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschreckung am Blatt und ggf. Nabenaussenflache mit Pressluft oder Pressluft-Wasser-Gemisch mit einer gegenüber Wasserabschreckung längeren Abschreckzeit erfolgt.

8. Verßhren nach einem der Ansprüche 1 bis 7* bei dem das Abschrecken in an sich bekannter Weise während einer Drehbewegung des Rades um eine senkrechte Achse innerhalb des aus den Düsen austretenden Abschreckmittels erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass mit derart hoher Drehgeschwindigkeit gearbeitet wird, dass das Abschreckmittel aus dem Innenbereich des Rades geschleudert wird.

9. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8 in einer Drehapparatur mit Abschreckvorrichtung für die Lauffläche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Abschreckvorrichtung für das Blatt und öie Nabe vorhanden ist sowie zwei Schnellöffnungsventile für die Abschreckvorrichtung, die von zwei unabhängigen, aber koppelbaren Zeitschaltern gesteuert werden.

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