DE2104826B2 - Vorrichtung zur Durchführung von Stirnabschreckversuchen an zylindrischen Stahlprobenkörpern - Google Patents
Vorrichtung zur Durchführung von Stirnabschreckversuchen an zylindrischen StahlprobenkörpernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Stirnabschreckversuchen an zylindrischen
Stahlprobenkörpern, bei denen die Probe während der Abschreckung im Ofen verweilt.
Mit Hilfe des Stirnabschreckversuches, auch Jominy-Versuch
genannt, kann die Härtbarkeit eines Stahles unter verschiedenen Abkühlungsbedingungen mit geringem
Zeitaufwand geprüft werden. Einzelheiten aer Versuchsdurchführung sind im Stahl-Eisen-Prüfblatt
1650—61, herausgegeben von der Normenstelle des Vereins Deutscher Eisenhüttenleute, enthalten. Ein
zylindrischer Stahlprobenkörper mit einer Länge von 100 mm und einem Durchmesser von 25 mm wird auf
Härtetemperatur erhitzt; anschließend wird die Stirnfläche des Probenkörpers mit Wasser abgeschreckt; es
kommt hierbei mit zunehmender Entfernung von der Stirnfläche innerhalb des Probenkörpers zu abnehmenden
Abkühlgeschwindigkeiten und zur Ausbildung verschiedener Gefüge. Hierauf können an einer Reihe
von Meßpunkten in verschiedenen Abständen von der Stirnfläche Härtemessungen und Gefügeuntersuchungen
vorgenommen werden. Wenn die den Meßpunkten zugeordneten Abkühlungsgeschwindigkeiten bekannt
sind, kann aus den gewonnenen Werten auf das Umwandlungsverhalten der untersuchten Stahlqualität
rückgeschlossen und das Ergebnis in Schaubildern festgehalten werden. Die Versuchseinrichtung besteht
aus einem Ofen, wie einem Muffelofen, in dem der Probenkörper auf Härtetemperatur aufgeheizt wird,
und aus einer Halteeinrichtung, in die der Probenkörper nach der Entnahme aus dem Ofen eingehängt wird,
worauf von unten mittels eines Rohres Wasser gegen die Stirnfläche des Probenkörpers gespritzt wird; die
Wärmeabfuhr aus dem zylindrischen Probenkörper erfolgt vorwiegend in axialer Richtung; die Wärmeabgabe
von der Mantelfläche an die ruhende Luft der Umgebung ist verhältnismäßig gering. Die Jominy-Probe
wird zur Prüfung von Stählen verwendet, die aus der Härtetemperatur in Wasser oder öl abgeschreckt
werden; da der Temperaturabfall je Zeiteinheit innerhalb der Jominy-Probe relativ groß ist, gibt der
Jominy-Versuch keinen Aufschluß über das 'Jmwandlungsverhalten von Stahlbauteilen größerer Wandstärke,
die mittels Preßluft oder an ruhender Luft abgekühlt werden, wobei der für die Gefügeumwandlung wesentliche
Temperaturbereich wesentlich langsamer durchlaufen wird. Der klassische Stirnabschreckversuch ist daher
zur Prüfung von luftvergüteten, dicken Grobblechen aus hochfesten, schweißbaren Baustählen völlig ungeeignet,
weil die Wärmeabfuhr in axialer Richtung des Probenkörpers viel zu rasch vor sich geht. Versuche,
wobei der Probenkörper mit einer Aluminiumhülse umgeben war, um die Wärmeabfuhr entlang seiner
Mantelfläche herabzusetzen, haben nicht zum gewünschten Erfolg geführt Man hat auch vorgeschlagen,
das obere Ende des in vertikaler Stellung befindlichen Probenkörpers im Härteofen zu belassen, während das
untere Probenende — gleich wie beim klassischen Stirnabschreckversuch — an der Stirnfläche mit Wasser
abgeschreckt wutiie und die Mantelfläche an ruhender
Luft abkühlte. Zweck dieser Bestrebungen war es, die Abkülungsgeschwindigkeit innerhalb der Jominy-Probe
so weit zu verringern, daß die gleichen Abkühlungsbe-
jo dingungen wie beim Wasser- oder Ölvergüten von Stahlwerkstücken mit relativ großem Querschnitt
erzielt werden. Um mit Hilfe des Jominy-Versuches die Eigenschaften dickwandiger, normalgeglühter oder
luftvergüteter Werkstücke beurteilen zu können, reichen diese Maßnehmen jedoch nicht aus.
Um den Einfluß der Manipulationen auf die Ergebnisse von Stirnabschreckversuchen auszuschalten,
ist es bekannt, den zunächst beim Aufheizen der Probe horizontal in Stellung gebrachten abgedichteten Ofen in
eine senkrechte Lage zu verschwenken, worauf die Probe nach Lösen des Ofen Verschlusses zwecks
Abschreckung aus dem Ofen herausgleiten gelassen wird. Eine Verringerung der Abkühlungsgeschwindigkeit
innerhalb des Probekörpers ist dabei jedoch nicht gegeben.
Ziel der Erfindung ist es, den Anwendungsbereich des Jominy-Versuches auf die Qualitätsprüfung von relativ
langsam von Härtetemperatur abkühlenden Stählen auszudehnen und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine
wesentlich langsamere Abkühlung der Probenkörper gestattet, als dies beim klassischen Jominy-Versuch der
KaII ist, so daß auch Bleche mit einer Dicke bis zu 150 mm und darüber beurteilt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung der eingangs definierten Art, die
gekennzeichnet ist durch einen vertikalen feuerfest ausgekleideten, elektrisch beheizten Ofen mit einer den
Probenkörper aufnehmenden Bohrung und eine, das untere Ende der Bohrung verschließende, und den
Probekörper tragende, gekühlte Metallplatte.
Vorzugsweise umgibt die elektrische Heizung den oberen Teil der Bohrung.
Vorteilhaft ist in eine Ausnehmung der Metallplatte ein Plättchen aus einem Metall mit niedrigem
Schmelzpunkt einsetzbar, das mit der Stirnfläche des Probenkörpers in Kontakt steht, wobei der Durchmesser
des Plättchens größer ist als der Durchmesser des Probenkörpers.
Vorzugsweise wird die erfindungsgemäBe Vorrichtung für die gesteuerte Abkühlung eines zylindrischen
Probenkörpers verwendet, welcher aus fünf bis zehn Stahlscheiben zusammengesetzt ist, wobei die einzelnen
Scheiben voneinander durch je eine dünne Schicht aus einem Stoff mit gegenüber Stahl verminderter Wärmeleitfähigkeit
getrennt sind.
Diese und weitere Merkmale der Erfindung sowie deren Vorteile werden an Hand der Zeichnung näher
erläutert Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Fig.2 ist eine Seitenansicht
eines Probenkörpers mit mehreren Temperaturmeßstellen, welcher der Aufnahme von Temperaturkurven
dient. Fig.3 zeigt Abkühlungskurven, und zwar ist
in der oberen Hälfte von F i g. 3 der Temperaturverlauf innerhalb eines Probenkörpers nach Fig.2 in Abhängigkeit
von der Zeit nach dem Aufsetzen auf eine gekühlte Metallplatte dargestellt, während die untere
Hälfte von Fig.3 den experimentell ermittelten Temperaturveriauf im Kern von verschieden dicken
Blechen zeigt, welche nach Erwärmung auf Härtetemperatur an ruhender Luft, bzw. mittels Preßluft
abgekühlt werden.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Blechmantel bezeichnet,
welcher die erfindungsgemäße, in ihrem oberen Teil als elektrisch beheizter Ofen ausgebildete Vorrichtung
umgibt und einen Durchmesser von etwa 160 mm und eine Höhe von etwa 180 mm aufweist; sein Querschnitt
ist quadratisch. Mit 2 ist ein Bodenblech Gezeichnet, welches eine aus Schamotte 3 und einem feinkörnigen,
wärmeisolierenden Material 4 bestehende feuerfeste Ofenauskleidung trägt, die eine durchgehende vertikale
Bohrung 5 zur Aufnahme eines Probenkörpers aufweist. Der Durchmesser der Bohrung 5 ist etwas größer als der
Durchmesser des mit 6 bezeichneten Probenkörpers.
Der Probenkörper 6 hat — in Übereinstimmung mit dem beim klassischen Jominy-Versuch verwendeten
Probenkörper — einen Durchmesser von 25 mm und eine Länge von 100 mm. Um die im Kirn von dicken
Grobblechen bei der Abkühlung an Luft auftretenden Temperaturänderungen simulieren zu können, wird der
Probenkörper 6 vorteilhaft aus neun Scheiben 7 zusammengesetzt, zwischen denen jeweils eine 0,2 bis
1,2 mm dicke Scheibe 8 aus Glimmer angeordnet ist; die Stahlscheiben 7 und die Glimmerscheiben 8 weisen eine
zentrische Bohrung auf, durch die ein Bolzen 9 einschiebbar ist. Der Bolzen 9 hat an seinem unteren
Ende ein Gewinde, welches in ein entsprechendes Gegengewinde der untersten Stahlscheibe 7 einschraubbar
ist; hierbei wird der am oberen Ende des Bolzens 9 starr befestigte Bolzenkopf 10 gegen die oberste
Stahlscheibe 7 angezogen. Mit 11 ist eine Halteeinrichtung
bezeichnet, die die Entnahme des Probenkörpers aus einem nicht dargestellten Härteofen und das
Einsetzen desselben in die erfindungsgemäße Vorrichlungerleichtert.
Im oberen Teil der Vorrichtung, welcher die beiden obersten Stahlscheiben 7 des Probeükörpers 6 aufnimmt,
ist eine elektrische Heizung 12, bestehend aus einem Tonerdekörper mil eingelagerten Heizwendeln
vorgesehen, welche durch eine Leitung 13 über Anschlußklemmen 14 an eine Stromquelle anschließbar
ist. Der aus dieser Heizeinrichtung, die für eine Leistung von mindestens 200 Watt ausgelegt ist, und der
feuerfesten Auskleidung 3, 4 bestehende Ofen wird vor dem Einsetzen des Probenkörpers auf eine Temperatur
aufgeheizt, welche etwa der des Probenkörpers 6 entspricht. Die Heizleistung ist entweder stufenweise
oder stufenlos bis auf etwa 35 Watt regelbar. Zur Kontrollp der Ofentemperatur wird ein Thermoelement
15 verwendet, das an eine Buchse 16 angeschlossen ist, welche mit einem Temperaturanzeigegerät verbunden
ist. Nach dem Einsetzen des auf Härtetemperatur erhitzten Probenkörpers 6 ist das obere Ende der
Bohrung 5 durch wärmeisolierendes Material 17, beispielsweise Schlackenwolle, abschließbar. Das untere
Ende der Bohrung 5 ist durch eine Chrom-Nickel-Stahl-Platte 18 abschließbar, in welcher ein von Wasser
durchflossenes Kühlrohr 19 vorgesehen ist. Die Stahlplatte 18 ist an einer Halterung 20 lösbar befestigt.
Mit 21 ist eine dünne Scheibe aus Lötzinn (25 bis 90% Sn; 75 bis 10% Pb) mit einem Schmelzpunkt im Bereich
von 181 bis 271 "C bezeichnet. Dieses Lötzinn schmilzt,
sobald es von der Stirnfläche 27 (Fig. 2) des Probenkörpers berührt wird, wodurch ein guter
Wärmeübergang zwischen der Stirnfläche 27 und der wassergekühlten Stahlplatte 18 erreicht wird. An Stelle
von Lötzinn kann für das Plätte'.- :n 21 auch Blei mit
einem Schmelzpunkt von 327'C, reiiit·-* Zinn mit einem
Schmelzpunkt von 232°C oder Wood-Metall (50,0% Bi, 12,5% Cd, 25,0% Pb, 12,5% Sn) mit einem Schmelzpunkt
von 6O0C verwendet werden. Das Plättchen 21 hat einen
etwa:- größeren Durchmesser als der Probenkörper 6 und wird zweckmäßig in eine Ausnehmung 22 der
Stahlplatte 18 eingelegt.
In F i g. 2 sind mit 23, 24,25,26 Meßpunkte innerhalb
eines für Eichzwecke verwendeten Probenkörpers 6' bezeichnet, an welchen der Temperaturverlauf während
eines Stirnabschreckversuches gemessen werden kann. Zu diesem Zweck weist dieser Probenkörper 6' vier
nicht dargestellte, über den Umfang gleichmäßig verteilte axiale Bohrungen auf, die in verschiedenem
Abstand von der Stirnfläche 27 des Probenkörpers endigen; in diese Bohrungen sind Thermoelemente
eingeschoben. In F i g. 2 sind die Meßpunkte 23, 24, 25, 26 der Einfachheit halber jedoch auf einer gemeinsamen
Längsachse liegend dargestellt. Die Abstände der Meßpunkte 23, 24, 25, 26 von der Stirnfläche des
Probenkörpers betragen 5, 25, 45 und 80 mm. Der Probenkörper 6' dient der Aufnahme von Eichkurven
für den Temperaturverlauf in Abhängigkeit von der Zeit in Stählen gleicher Wärmeleitfähigkeit; für die laufende
Erprobung werden dann Probenkörper 6 aus dem zu prüfenden Stahl gefertigt, bei welchen nach der
Abkühlung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung an verschiedenen Stellen das Gefüge untersucht und die
Härte festgestellt wird; die mit dem Probenkörper 6' ermittelten Eiclikurven haben also Gültigkeil für Stähle
ähnlicher chemischer Zusammensetzung bzw. gleicher Wärmeleitfähigkeit.
Dio obere Hälfte von Fig.3 zeigt den Temperaturverlauf
des Probenkörpers 6' nach dem Einsetzen in die erfindungsgemäCe Vorrichtung. Die Ausgangslemperatur
des Probenkörpers 6' beträgt 900°C. Die dsn Meßpunkten 23,24,25,26 entsprechenden Temperaturkurven
sind ™it 23', 24', 25', 26' bezeichnet. Diese
Temperaturkurven brauchen für eine Type von Stählen, z.B. für unlegierte Stähle, 18/8-Chrom-Nickel-Stahl
oder dgl., nur ermittelt zu werden.
In der unteren Hälfte von F i g. 3 ist der experimentell
ermittelte Temperaturverlauf im Kern etwa 5 m2 großer Grobbleche dargestellt, welche aus einer Temperatur
von 900° C an ruhender Luft bzw. mittels Preßluft abgekühlt wurden. Die durchgehend gezeichneten
Kurven gelten für die Abkühlung an ruhender Luft und die gestrichelt gezeichneten Kurven für die Abkühlung
mittels Preßluft: Die Kurve 28 zeigt den Temperaturverlauf
im Kern eines 5 mm dicken Grobbleches bei Abkühlung an ruhender Luft, die Kurve 29 zeigt
dasselbe für ein 20 mm dickes Blech, die Kurve 30 für ein 50 mm dickes Blech und die Kurve 31 für ein 100 mm
dickes Blech; die Kurven 32, 33,34,35 veranschaulichen
den Temperaturverlauf im Kern von 5. 20. 50 bzw. 100 mm dicken, mittels Preßluft abgekühlten Grobblechen.
Hin Vergleich der oberen und der unteren I IaIfIe von
F i g. 3 zeigt, daß durch einen Stirnabschrcckversueh unter Verwendung einer aus neun Stahlschcibcn 7 mit
dazwischen eingelegten. 1.2 mm dicken Glimmerplättchen
zusammengesetzten Probe der TempcraUirverlaiif
bzw. die Abkühlgeschwindigkeit im Kern verschieden dicker und auf verschiedene Weise abgekühlter
Grobbleche simuliert werden kann; beispielsweise einspricht tue dem rvießpuriki 24 zugeordnete Aiiküiilungskurve
24' der Tempcraturkurvc 29 für ein 20 mm dickes, an ruhender Luft abgekühltes Grobblech; die
dem Meßpunkt 25 zugeordnete Abkühlungskurve 25' entspricht der Temperaturkurve 30 für ein etwa 50 mm
dickes, an ruhender Luft abgekühltes Grobblech bzw. dem Tcmperaturverlauf im Kern eines etwa 80 mm
dicken, mittels Preßluft abgekühlten Grobbleches; die dem Meßpunkt 26 zugeordnete Abkühlungskurve 26'
entspricht dem Tempcraturvcrlauf im Kern eines etwa 150 mm dicken Grobbleches, welches mittels Preßluft
abgekühlt wird. Die an einem Probenkörper nach Durchführung des .Stirnabschreckversuches in verschiedenen
Abständen von der Stirnfläche 27 festgestellten mechanischen F.igenschaften. wie Härte. Streckgrenze.
Zugfestigkeit und Kerbschlagzähigkcit. entsprechen somit den im Kern verschieden dicker Grobbleche
gleicher Stahlqualität zu erwartenden mechanischen Eigenschaften, falls die Grobbleche an ruhender Luft
oder mittels Preßluft abgekühlt werden. Um für über 5 mm dicke, an ruhender Luft oder mittels Preßluft
abgekühlte Grobbleche Schaubilder erstellen zu können, welche die Gefügeumwandlung in Abhängigkeit
w>n der Abkühlgeschwindigkeit veranschaulichen und
der Beurteilung der Eigenschaften wärmebchandelter Stähle dienen, mußten bisher umfangreiche dilatometrische
und metailographische Untersuchungen an einer großen Anzahl von Probcblechen durchgeführt werden.
Die durch diese zeitraubenden und aufwendigen Untersuchungen gewonnenen Ergebnisse können durch
Untersuchung eines einzigen, in der erfindungsgemäßen Vorrichtung gesteuert abgekühlten Probenkörpers
gewonnen werden, welcher aus mehreren Scheiben mit => dazwischen angeordneten wärmeisolicrcnden Schichten
besteht. Die für die Durchführung des Stirnabschreckversuches an diesen Probenkörpern erforderlichen
Einrichtungen sind mit Ausnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung gleich wie beim klassischen
in |ominy-Versuch; beispielsweise kann derselbe Ofen zur
Erwärmung der Probenkörper auf Härtetemperatur verwendet werden. Man braucht also nur die aus dem /w
prüfenden Stahl hergestellten Probenkörper 6 abzukühlen und an mehreren Stellen in verschiedenen
Ii Abständen von der Stirnfläche das Gefüge untersuchen,
und die Härte prüfen, um einen Rückschluß auf das Verhallen verschieden dicker und verschieden rasch
iiugCMjniici I)ICLHe /.leiicii /.u kürii'icn.
Die Lage der Kurven 23', 24', 25'. 26' kann durch die
.χ. Anzahl der den Probenkörper 6 bildenden Stahlschciben
7 und/oder durch die Dicke der wärmeisolierenden Schichten 8 sowie durch die Art des wärmeisolierenden
Materials verändert werden. Eine weitere Möglichkeit, diese Tcmperaturkurvcn nach links oder nach rechts zu
v-, verschieben, um die Abkühlungsvcrhältnisse in dünneren
oder dickeren Blechen simulieren zu können, besteht J;.rin. die Heizleistung des Ofens nach dem
Einsetzen des Probenkörpers /ti ändern; beträgt beispielsweise die Heizleistung bei Beginn des Einsei-
ίο zens 35 Watt, so ist die Zeit für den Abfall der
Temperatur von 900 auf 5000C r.ur etwa halb so lang
wie bei einem Stirnabschrcckversueh. bei dem der Probenkörper in den auf etwa 900" C vorgeheizten Ofen
eingesetzt und eine Heizleistung von 100 Watt während des Abschreckens aufrecht erhalten wird. Schließlich
kann die erfindungsgemäßc Vorrichtung auch zur gesteuerten Abkühlung einer einteiligen Stahlprobe,
wie sie beim klassischen |ominy-Versuch verwendet wird, eingesetzt werden; dadurch verschieben sich die in
jo F i g. 3 unten gezeichneten Temperaturkurven nach
links. Durch Variation der Versuchsbedingungen in der oben beschriebenen Weise können natürlich auch die in
Blechen, welche in Wasser abgeschreckt wurden, vor sich gehenden Gefügeänderungen und Temperaturänderungen
erfaßt werden, insbesondere dann, wenn sehr dicke Bleche geprüft werden sollen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Vorrichtung zur Durchführung von Stirnabschreckversuchen an zylindrischen Stahlprobenkörpern,
bei denen die Probe während der Abschrekkung im Ofen verweilt, gekennzeichnet
durch einen vertikalen feuerfest ausgekleideten, elektrisch beheizten Ofen (3, 4, 12) mit einer den
Probenkörper (6) aufnehmenden Bohrung (5) und eine, das untere Ende der Bohrung (5) verschließende,
und den Probenkörper (6) tragende, gekühlte Metallplatte (18).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrische Heizung (12) den oberen Teil der Bohrung (5) umgibt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Ausnehmung (22) der
Metallplatte (18) ein Plättchen (21) aus einem .Metall mit niedrigem Schmelzpunkt einsetzbar ist, das mit
der Stirnfläche (27) des Probenkörpers (6) in Kontakt steht, wobei der Durchmesser des Plättchens
(21) größer ist als der Durchmesser des Probenkörpers (6).
4. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, für die gesteuerte Abkühlung
eines zylindrischen Probenkörpers, welcher aus fünf bis zehn Stahlscheiben zusammengesetzt ist, wobei
die einzelnen Scheiben voneinander durch je eine dünne Schicht aus einem Stoff mit gegenüber Stahl
verminderter Wärmeleitfähigkeit getrennt sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19712104826 DE2104826C3 (de) | 1971-02-02 | 1971-02-02 | Vorrichtung zur Durchführung von Stirnabschreckversuchen an zylindrischen Stahlprobenkörpern |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19712104826 DE2104826C3 (de) | 1971-02-02 | 1971-02-02 | Vorrichtung zur Durchführung von Stirnabschreckversuchen an zylindrischen Stahlprobenkörpern |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2104826A1 DE2104826A1 (en) | 1972-08-17 |
DE2104826B2 true DE2104826B2 (de) | 1979-03-01 |
DE2104826C3 DE2104826C3 (de) | 1982-10-21 |
Family
ID=5797613
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19712104826 Expired DE2104826C3 (de) | 1971-02-02 | 1971-02-02 | Vorrichtung zur Durchführung von Stirnabschreckversuchen an zylindrischen Stahlprobenkörpern |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2104826C3 (de) |
-
1971
- 1971-02-02 DE DE19712104826 patent/DE2104826C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2104826C3 (de) | 1982-10-21 |
DE2104826A1 (en) | 1972-08-17 |
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