DE1947273B2 - Verfahren zur bearbeitung eines stahls anschliessend an die haertung zur verbesserun g der ermuedungsfestigkeit an der grenze einer gehaerteten zone - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungsverfahren zur Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit an der Grenze der gehärteten Zone von Gegenständen aus Stahl, wie beispielsweise geraden oder gekrümmten Achswellen für Eisenbahnwaggon-Achsen, Ankerachsen, Walzen oder Kurbelachsen.

Im allgemeinen wird ein Stahlmaterial zur Verbesserung der Ermüdungsbeständigkeit und des Verschleißes einsatzgehärtet. Es ist jedoch bekannt, daß, falls ein Stahl lokal einsatzgehärtet wird, die Ermüdungsfestigkeit in der Nähe der Grenze der gehärteten Zone herabgesetzt wird, so daß der Stahl an einer derartigen Stelle bricht.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Verhinderung der Herabsetzung der Ermüdungsfestigkeit durch Umwandlung einer Restzugspannung, die in der Nähe der Außenseite der Grenzfläche der gehärteten Zone eines Stahls erzeugt wird, in eine Restdruckspannung, und zwar in einem solchen Ausmaß, daß bei Verwendung des Stahls keine nachteiligen Wirkungen auftreten.

Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht in der Kaltverarbeitung der Grenze der Zone eines Stahls, der lokal durch Induktionshärtung oder Flammenhärtung einsatzgehärtet worden ist, unter Druck in einer solchen Weise, daß eine Druckspannung an der Oberfläche eines derartigen Teiles erzeugt wird.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Stellung einer Induktionsspule und der Verteilung der restlichen Spannungen auf der Oberfläche eines Stahlmaterials zeigt, das nach einer üblichen lokalen Induktionshärtungsmethode gehärtet worden ist;

F i g. 2 ist eine Vergleichszwecken dienende graphische Darstellung der Verteilungen der Restspannungen auf der Oberfläche einer Welle, die in üblicher Weise sowie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt worden ist.

Bevor die Erfindung näher erläutert werden wird, sei an Hand von Fig. 1 eine übliche Methode geschildert. Die Verteilung der Restspannungen in der Achsrichtung auf der Oberfläche der in üblicher Weise gehärteten Zone geht durch Y hervor. Das Material ist eine gerade zylindrische Welle. In F i g. 1 bedeutet X die Stellung einer Induktionsschlange, während Z eine gehärtete Zone auf der Oberfläche des Stahlmaterials wiedergibt. X, Y und Z werden in F i g. 1 entsprechend der Achsstellungen gezeigt. Wie aus F i g. 1 hervorgeht, besteht innerhalb des Bereiches der gehärteten Zone Z, wie durch Y gezeigt wird, eine große restliche Druckspannung, und zwar in der Nähe der Außenseite der gehärteten Zone, wobei die restliche Druckspannung sich in eine restliche Zugspannung umkehrt und sich die Zugspannung nach dem Durchlaufen eines Maximums vermindert. Im Falle einer lokalen Induktionshärtung eines Stahlmaterials wird daher eine restliche Druckspannung erzeugt, wobei jedoch gleichzeitig in der Nähe der Außenseite der gehärteten Zone eine restliche Zugspannung auftritt. Diese restliche Zugspannung setzt die Ermüdungsfestigkeit herab, so daß das Stahlmaterial durch Ermüdung bricht.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert, bei dessen Durchführung eine Achswelle in üblicher Weise induktionsgehärtet und anschließend unter Druck kalt verarbeitet wird, und zwar durch Stahlsandblasen oder Walzenglätten.

Eine Achswelle mit einem Durchmesser von 190 mm und einer Länge von 2800 mm aus legierungsfreiem Stahl (AISI 1038) mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,38% wird mit einer Oberflächentemperatur von 830° C während einer Erhitzungszeit von 120 Sekunden unter Verwendung einer Induktionsspule gehärtet. Dann werden die Restspannungen in der Achsrichtung auf der Oberfläche der Achswelle mittels Röntgenstrahlen gemessen. Die Ergebnisse werden durch A in F i g. 2 wiedergegeben. Ferner wird diese gehärtete Welle auf ihrer ganzen Oberfläche in einer Bogenhöhe von 0,24 mm (gemessen unter Verwendung eines Teststreifens des Modells A, S.A.E.J 442) und mit einer Bedeckung von mehr als 95 °/o (gemessen durch S.A.EJ 443) mit einer Stahlkugel mit einem Durchmesser von 0,6 mm stahlsandgeblasen, worauf die Restspannungen auf der Oberfläche in der Achsrichtung unter Verwendung von Röntgenstrahlen gemessen werden. Die dabei erhaltenen Ergebnisse werden in der F i g. 2 durch B wiedergegeben. Eine andere gehärtete Achswelle, welche die in F i g. 2 durch A wiedergegebene Restspannungsverteilung zeigt, wird auf der ganzen Oberfläche unter einem Druck von 80 kg/mm² unter Verwendung einer Walze mit einem Außendurchmesser von 128 mm walzengeglättet, worauf die Restspannungen auf der Oberfläche in der Achsrichtung unter Verwendung von Röntgenstrahlen gemessen werden. Die Ergebnisse werden durch C in F i g. 2 wiedergegeben.

Vergleicht man A mit B oder C in F i g. 2, dann stellt man fest, daß die Restzugspannung, welche in der Nähe der Außenseite der Grenze der gehärteten Zone wie im Falle A in F i g. 2 vorliegt, in deutlicher Weise in eine Restdruckspannung umgewandelt worden ist (vgl. B oder C in F i g. 2), und zwar durch die erfindungsgemäße Verarbeitungsmethode. Daher stellt das erfindungsgemäße Verfahren eine sehr wirksame Methode zur Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit dar.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bearbeitung eines Stahls anschließend an die Härtung zur Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit an der Grenze einer gehärteten Zone, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Grenze der gehärteten Zone eines Stahls nach einer lokalen Einsatzhärtung unter Druck kalt bearbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl lokal durch Induktionshärtung oder Flammenhärtung einsatzgehärtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl unter Druck durch Stahlsandblasen oder Walzenglätten kalt bearbeitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Stahlmaterial aus einer geraden oder gekrümmten Achswelle für eine Eisenbahnwaggon-Achse, einer Ankerachse, Walze oder Kurbelachse besteht.