DE2224686A1

DE2224686A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung zylindrischer Stahlgegenstände, die über den Querschnitt einen Härtebereich aufweisen, insbesondere von Walzen für Walzwerke

Info

Publication number: DE2224686A1
Application number: DE19722224686
Authority: DE
Inventors: Harold C; Jahnke Harold N.; Chicago 111. Thiess (V.St.A.)
Original assignee: Finkl & Sons Co
Current assignee: Finkl & Sons Co
Priority date: 1971-05-20
Filing date: 1972-05-19
Publication date: 1972-12-07
Also published as: GB1392545A; IT957954B; BE783789A; US3944444A

Description

Patentanwalt " /././.HO ob

Karl A. Br ο s e

Dipl.Ing.

D-8023 München - Pi-Mcrb
Wienersir. 2, T.MiJ.n. 7 'ί 3 05 7ö,7 5317 82

DB/Mü-Case 53 8023 Pullach, den 19. Mai 1972

A. PINKL & SONS CO., 2011 Southport Avenue, Chicago, Illinois 6o6l4, USA

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung zylindrischer Stahlgegenstände, die über den Querschnitt einen Härtebereich aufweisen, insbesondere von Walzen für Walzwerke

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung zylindrischer Gegenstände, bei denen ein Härtebereich über den Querschnitt gefordert ist.

Obwohl die Erfindung auf eine große Anzahl von Produkten aus dem Gebiet der Kernenergie, Dampfenergie, der Erzeugung elektrischer Energie und unter anderem der Fördertechnik anwendbar ist, wird sie im folgenden in Verbindung mit Walzen für Walzwerke beschrieben. Der Ausdruck "Walzen für Walzwerke", wie er in der folgenden Beschreibung und den Patentansprüchen verwendet ist, bezieht sich auf diejenige Art von Walzen, wie sie bei der Herstellung von Eisen-und Nichteisenmetallen, Stahl (einschliesslich rostfreiem Stahl), Textil, Papier, Gummi, Plastik oder jedem Material verwendet werden, welches in Band- oder Plattenform in einer großen Verschiedenheit von Oberflächenbeschaffenheiten und Endabmessungen geliefert werden soll, welche beispielsweise zwischen 0,00035 Zoll bis H Zoll dick und von 8 Zoll bis98 Zoll breit sein können. Dressierwalzen, Tandemgerüste, Arbeitswalzen, Vorwalzen, Einlauf-

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walzen, Stützwalzen, Schleppwalzen, Richtwalzen, Schrägwalzen und Folienwalzen selen als veranschaulichende Beispiele von Walzenarten genannt, die nach der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Andere Erzeugnisse, wie beispielsweise Rotoren, Generatorwellen, Kegelbrecherwellen, Scheiben, Getriebewellen und Ventilkörper liegen gleichfalls innerhalb des Grundgedankens der Erfindung.

Wenige Maschinenbauteile werden derart schweren Betriebsbedingungen unterworfen, wie Walzwerkswalzen, wie sie in Stahlwalzwerken verwendet werden, da derartige Walzen wechselnd Lasten ausgesetzt werden, die erheblich oberhalb ihrer Belastungsgrenze liegen. Hinzu kommt, daß ein guter Verschleiß- und Abriebswiderstand, eine hohe Härte, besondere Oberflächeneigenschaften und ein hoher Widerstand gegen Stoßbelastungen zusammen mit der Fähigkeit durch Kugelstrahlen und Schleifen bearbeitbar zu sein, wodurch ein gleichmässiges reproduzierbares Muster geformt werden kann, welches nicht leicht verschleisst, stellen sämtlich notwendige Anforderungen an eine derartige Walze dar.

Die vier am häufigsten verwendeten Verfahren zur Herstellung derartiger Walzen bestehen heutzutage in der dynamisch fortschreitenden Induktion, der statischen Induktion, der konventionellen und der differenziei&onventionellen Verfahren zur Walzenherstellung. Jedes dieser vier grundsätzlichen Verfahren weist bestimmte Vorteile und gleichermassen bestimmte Nachteile auf.

Somit sind die Induktionsverfahre η durch die gute Reproduzierbarkeit gekennzeichnet, jedoch ist das Erzeugnis nicht genau so gut, wie das Erzeugnis der konventionellen Verfahren, insbesondere bezüglich der metallurgischen Eigenschafen, der Endbearbeitung und des Härteprofiles über den Querschnitt des Erzeugnisses. Hinzu kommt, daß die größte Zugfestigkeit auf einen kleineren Bereich konzentriert ist, was zu einer großen Häufigkeit von Betriebsausfällen führen kann. Hinzu kommt, daß die Verformung und das

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Niveau der inneren Spannungen ein Problem bei derartigen Walzen bildet.

Weiterhin stellt die Gleichmässigkeit der Temperatur und die Rege lmässigke it der Steuerung ein Problem dar. D.h. um die genaue Temperatur in der kritischen Grenzzone zu erzielen, ist es erforderlich, die Oberflächentemperatur auf ein Niveau zu erhöhen, welches erheblich höher als die optimale Behandlungstemperatur an der kritischen Grenzzone liegt. Diese erhöhte Oberflächentemperatur führt jedoch zu Kornwachstum im Oberflächenbereich, welches zu schlechten.mechanischen und metallurgischen Eigenschaften der fertiggestellten Walze führt. So kann beispielsweise das Abblättern bein erhebliches Problem darstellen. Schliesslich sind die Induktionsverfahren mit vergleichsweise hohen Anlagen und Betriebskosten belastet.

Die üblichen konventionellen Durcherhitzungsverfahren zur Walzenherstellung bedingen vergleichsweise niedrige Anlagekosten, sind jedoch durch einen vergleichsweise großen Ausfall und Ausschuß bei der Herstellung belastet und die Verformung stellt überlicherweise das schwierigste Problem dar.

Das differenzierfc-konventionelle Verfahren der Walzenherstellung stellt wahrscheinlich das beste der konventionellen Systeme dar, hat jedoch den erheblichen Nachteil, daß eine erfolgreiche Produktion ausgesprochen von den handwerklichen Fähigkeiten der einzelnen Bedienungsperson abhängt. Hinzu kommt, daß wie auch bei dem oben beschriebenen konventionellen Verfahren die Verformung und die verbleibenden inneren Spannungen der Walze vergleichsweise hoch sind.

Ein anderee auf diesem Gebiet der Technik bekanntes Verfahren fstellt das Flamm-Hörten mittels des Sauerstoff-Acetelen-Verfahrens dar. Dierses Verfahren wird zur Zeit kaum benutzt, da das Härtcn lediglich hin zu ungefähr einer radialen Tiefe von 3/8 Zoll

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wirksam ist und da eine Walze für einen zweckdienlichen Betrieb in einer radialen Tiefe von ungefähr 1 Zoll bis 1 1/2 Zoll gehärtet sein muss.

Gegenstand der Erfindung ist es folglich ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von Walzen zu schaffen, wache mechanische und metallurgische Eigenschaften aufweisen, die gleich oder besser sind als von Walzen, die mittels eines der im technischen Maßstab durchgeführten Verfahren hergestellt sind, wobei die mechanischen und metallurgischen Eigenschaften eine, gute Reproduzierbarkeit während der Herstellung, gute Oberflächeneigenschaften und Härte, eine minimale Verformung, einen größeren Bereich der Belastungumkehr, geringere innere verbleibende Spannungen, einen geringeren Ausschuß bei der Produktion, höhere Produktionswerte, geringere Anlagen und Betriebskosten einschliessen und welches zu einer automatisierten halbautomatisierten Herstellung führt.

Diese Aufgabe wird durch die Verwendung einer kombinierten Erwärmungs- und Abschreckeinheit gelöst, wobei diese Einheit in der letzten Härtungsstufe verwendbar ist und geeignet ist, die Gesamtoberfläche einer drehenden Walze in horizontaler Stellung mittels einer einstellbaren mit niedrigen Kosten betriebenen Brennstofflamme schnell zu erhitzen und gleichzeitig anschliessend unmittelbar danach schnell abzuschrecken. Diese Abschreckeigenschaft der Kombinationseinheit kann gleichfalls für schnelle Abschreckungen verwendet werden, die bei der vorliegenden Bearbeitungsstufe erforderlich sind und/oder dann ohne Erwärmen in der Kombinationseinheit in einem späteren Verfahrensschritt des Härtens wie beispielsweise während der Ofenbehandlung zum endgültigen Härten.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, einen senkrechten gasbetriebenen Wärmebehandlungsofen zu schaffen, in dem die letzte Wärmebehandlung in eine genau gesteuerte Temperatur über einen

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großen Temperaturbereich durchgeführt werden kann.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist es ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zum endgültigen Härten zu schaffen, welches mit dem normalen handwerklichen Können der Bedienungsperson leicht in reproduzierbarer Weise die Herstellung eines wirtschaftlich fehlerfreien Produktes ermöglicht.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum endgültigen Härten zu schaffen, welches eine sehr schnelle Erhitzung gewährleistet, die wiederum unter anderen Vorteilen zu einer verringerten Zunderbildung führt.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum endgültigen Härten zu schaffen, welche ein Endprodukt gewährleistet, das keine Punkte geringerer Härte zeigt.

Weiterer Gegenstand der Erfindung i± es ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum endgültigen Härten zu schaffen, welches die Verformung, des Produktes aufgrund der Drehung des Produktes in einer genauen senkrechten Ebene minimiert.

Weiterer Gegenstand ist es ein Verfahren und eine Vorrichtung zum endgültigen Härten zylindrischer Produkte zu schaffen, welches in einem Bruchteil der Zeit durchgeführt werden kann, wie sie heutzutage in der Technik zum endgültigen Härten verwendet werden, wodurch die Produktionszykluszeiten erheblich verringert werden können.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, eine Walze zu schaffen, die zusätzlich zu sänüichen der oben beschriebenen physikalischen und metallurgischen Eigenschaften insbesondere durch eine

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gleichmässig auf mindestens 80 Shore und höher falls erforderlich gehärtete Tiefe von einem Zoll und eine allmählich von hoher Härte zu niedriger Härte übergehende Grenzzone gekennzeichnet.

Weiterer Gegenstand ist es,eine Walze der oben beschriebenen Art zu schaffen,welche ohne nachhärten vom Arbeitsdurchmesser auf Schrottdurchmesser verschlissen werden kann.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist es,eine Walze der oben beschriebenen Art zu schaffen, welche einen geringeren verbleibenden Austenitgehalt und eine höhere Glühtemperatur für einen gegebenen Härtewert aufweist, als bisher nach bekannten Verfahren hergestellte Walzen.

Zusammengefasst besteht die Erfindung aus einem Verfahren oder einer Vorrichtung zur Herstellung zylindrischer Erzeugnisse, die einen Härtebereich durch den Querschnitt aufweisen, wie beispielsweise eine Walze für Walzwerke. Das Verfahren schliesst das übliche Schmieden und die Wärmebehandlungsschritte ein,mit oder ohne der zusätzlichen schnellen Wasserabschreckung, die durch das direkte Auftreffen eines Abschreckmediums auf das Produkt einschliesst, während dieses in einer horizontalen Lage gedreht wird, worauf sich als endgültige Wärmebehandlung entweder durch direkte Flammenbeheizung in einer horizontal drehenden Lage oder einer Flammenbeheizung in einem Vertikalofen während der Drehung anschliesst, worauf sich vorzugsweise wiederum ein ausgesprochen schnelles Abschrecken und gleichfalls vorzugsweise ein Tieffriervorgang bei extrem niedrigen Temperaturen anschliesst, um dadurch im wesentlichen den Gesamtaustenit in Martensit umzuwandeln. Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von Walzen, die ohne Nachbehandlung oder Nachhärten vom Ausgangsdurchmesser bis zum Schrottdurchmesser betrieben werden können.

In/folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen beispielhaft veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert.

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Es zeigt:

Pig. 1 eine Ansicht der Vorrichtung zum aufeinanderfolgenden Erhitzen und Absehrecken des erfindungsgemässen Erzeugnisses j

Fig. 2 eine Endansicht, der Vorrichtung von. Figur Ij

Fig. 3, welche die Ansichten 3A und 3B einsehliesst,

eine Ansicht teilweise geschnitten und mit Teilen zur Deutlichkeit cer Darstellung weggelassen eines Vertikalofens zum letzten Härten des erfindungsgemässen Erzeugnisses;

Fig. 4 eine Ansicht im wesentlichen längs der Linie 4-4 von Figur 3J

Fig. 5 eine Ansicht im wesentlichen längs der Linie 5 5 von Figur 3; und

Fig. 6 eine grafische Darstellung des radialen Härteverlaufes bei einer nach der vorliegenden Erfindung hergestellten Walze in der das Härteprofil von nach dem üblichen Verfahrenhergestellten Walzen gegenübergestellt ist;

Um das Verfahren, die Vorrichtung und das Erzeugnis nach der vorliegenden Erfindung genau zu erläutern, wird im folgenden ein typisches Verfahren zur Walzenherstellung, welches mit dem Schmelzen beginnt, beschrieben,

Es wird hervorgehoben, daß gewisse einzelne Verfahrensschritte bei dem Verfahren zur Herstellung einer Walze nach der vorliegenden Erfindung an sich bekannt sind. Derartige Verfahrensschritte jedoch sind in der Kombination mit den anderen hier beschriebenen Verfahrensschritten einzigartig.

Für V/alzen guter Eigenschaften ist sauberer Stahl unbedingt erforderlich und folglich sollten Erschmelzungsverfahren verwendet

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werden, die einen Stahl maximaler Reinheit erzeugen. Vorzugsweise sollte ein Schmelzverfahren, welches gleich oder besser ist als AMS 23OI verwendet werden, mit einem JK Rating Aim von zwei und einer Korngrösse von acht oder besser. Wenn Erzeugnisse besonders guter Eigenschaften angestrebt sind, kann diese Angabe noch erhöht werden und möglicherweise CVRM oder VAR-Verfahren verwendet werden. Auf jeden Fall müssen oxydische Einschlüsse, die zu einer großen Wahrscheinlichkeit von Keimermüdung führen, vermieden werden. Aus dem gleichen Grund müssen sulfidische Einschlüsse vermieden werden, da derartige Einschlüsse eine geringere Kerbschlagzähigkeit und eine geringere Bildsamkeit erzeugen, und insbesondere vom Standpunkt der Oberflächenreinheit her unerwünscht sind.

Anschliessend an das Ervschmelzen wird der gegossene Block entsprechend erwärmt und anschliessend geschmiedet. Um optimale Ergebnisse zu erzielen,sollte eine maximale Tempsatur von ungefähr 215O°P bei grösseren Querschnittsverringerungen verwendet werden, wobei die Untergrenze der Temperatur bei ungefähr l600°P oder höher liegt. Kleinere Querschnittsverringerungen können bei ungefähr 1550⁰F erfolgen, wobei bei ungefähr 1500°F geschlichtet werden kann. Esist offensichtlich, dass die genauen Temperaturen und die Erhitzungszyklen sich von Anlage zu Anlage, zusammensetzung^ Zusammensetzung und von Erzeugnis zu Erzeugnis in Abhängigkeit vonfäer Anlagenausstattung und den normalen Variationen bei der Herstellung ändern können.

Anschliessend an das Schmieden wird das Erzeugnis einer an das Schmieden anschliessenden Wärmebehandlung unterzogen, um eine gleichmässige MikroStruktur zu erzielen, die für die folgenden Wärmebehandlungen und die grobe spanabhebende Bearbeitung geeignet ist. Bei Beendigung dieser Beandlungliegt die Härte normalerweise im Bereich zwischen 27 bis 32 Rockwell C. Wiederum kann diese Behandlung von Anlage zu Anlage geändert werden, obwohl sie in Stufen eine Erwärmung bis zu ungefähr 1700°F, ein Abkühlen in Luft auf ungefähr 825⁰F, ein Wiedererwärmen auf ungefähr 1300°F

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mit anschliessender Kühlung einschliessen kann, wobei sich an jede Stufe eine entsprechende Haltest anschliesst.

Anschliessend an die erste oder Machschmiede-Wärmebehandlung sollte das Erzeugnis einer ersten, rohen spanabhebenden Bearbeitung unterzogen werden.

Nach der ersten rohen spanabhebenden Bearbeitung wird die Walze einer Konditionierungs- oder Zwischen-Wärmebehandlung unterzogen, deren Zweck darin liegt, einen zähen Kern zusammen mit einer Mikrostruktur in der Aussenschicht zu erzeugen, welche für das endgültige Härten am geeignesten ist. Eine grobe durchgehende Karbid-Netzstruktur sollte auf jeden Fall vermieden werden. Diese Wärmebehandlung kann beispielsweise aus einer Erwärmung auf l45O°F und Halten, ein Ofen abkühlen auf ungefähr 1300⁰P und Halten und ein anschliessendes Abkühlen auf 1100⁰F einschliessen, woran sich ein Erwärmen auf 152O°F gefolgt von einer Haltezeit anschliesst.

Nach Beendigung dieses Abschnittes des Wärmebehandlungszyklus wird die Walze schnell in die in den Figuren 1 und 2 veranschaulichte Vorrichtung übertragen und dort einer schnellen Abschreckung unterzogen. Die Vorrichtung dreht die V/alze und schreckt die Walze durch einen gleichmässigen Sprühvorhang gleichzeitig ab.

In den Figuren 1 und 2 ist ein Fundament allgemein mit 10 bezeichnet. Ein Sumpftank zur Aufnahme des Abschreckmediums, üblicherweise Wasser ist mit 11 bezeichnet, wobei der Tank 11 einen Auslaß 12 aufweist, der zu einem Kühl- und/oder Filter-System führt. Zwei Gruppen von Schienen 13 (die aus 13a und 13b bestehen) und l4 sind in dem abgesetzten Bereich 15 des Fundamentes angeordnet.

Die kombinierte Erwärmungs- und Abschreckvorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Stützstruktur für das Werkstück, öle allgemein mit l6 bezeichnet ist und zwei bewegbaren Flammenwärm- und Abschreck-Stationen 17 und 18.

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Die Werkstückstützstruktur l6 besteht Im wesentlichen aus einem Paar von I-Trägern 20, 21 (lediglich in Figur 2 veranschaulicht) welche auf dem Boden 22 gelagert sind. Lagerzapfenslitzen sind mit 23a, 23b angedeutet, wobei jede Lagerzapfenstütze zwei Paare von Lajerzpafen 24, 25 (vergleiche Figur 2) und 26 (Vergleiche Fip;ur 1) trägt. Jedes Paar von Lagerzapfen trägt eine Rolle (27, 28 (vergleiche Figur 2) und 29 (vergleiche Figur 1).

Jedes Rollenpaar lagert den Hals einer zu behandelnden Walze, die allgemein mit 30 bezeichnet ist, Die Walze, die einen Körperabschnitt 31 und Halsabschnitte 32, 33 einschliesst wird mittels der Rollen 27, 28 mit der angestrebten Geschwindigkeit ge-dreht, welche durch irgendwelche zweckdienlichen Einrichtungen (nicht dargestellt) angetrieben sind.

Die beweglichen Flamm- und Wasser-Erzeugungsstationen 17 und 18 sind im wesentlichen identisch und folglich wird lediglich einer von ihnen genauer beschrieben. Die Station 17 besteht im wesentlichen aus einem allgemein mit 35 bezeichneten Rahmen, welcher aus einem Unterrahmen 36, einem Oberrahmen 37 und Paaren von gekreuzten Strebenteilen 38, 39 besteht. Der Rahmen ist auf Rädern 40 für eine nach innen und nach aussen gerichtete Bewegung montiert, um eine große Anzahl von Walza-grössen aufzunehmen, die behandelt werden sollen.

Ein Abschreckmedium-Erzeugungssystem ist allgemein bei 42 angedeutet, wobei das System einen Verteiler 43 aufweist, der an eine Wasserquelle 44 angeschlossen ist, und eine Anzahl von V-Strahlrdüsen 45, welche ein überlagerndes Sprühprofil gekühlten V/assers über eine Länge gefihrleisten, die größer als 20 Zoll sein kann. Der Verteiler ist auf an den Enden angeordneten Ständen 45, 46 gelagert, welche von dem Oberrahmen 37 getragen sind.

Bei der in Figur 1 veranschaulichten Ausführungsform ist zu sehen, daß sich die Düsen über die Gesamtlänge des Walzenkörpers 30 er-

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strecken. Zusätzliche Düsenabschnitte können hinzugefügt werden, wenn dies erforderlich ist. Es soll jedoch hervorgehoben werden, daß durch Regeln zweckdienlicher und üblicher Ventileinrichtungen eine größere oder kleinere Anzahl von Düsen in Betrieb gesetzt werden kann, was von der Größe der Walze oder des anderen zylindrischen Erzeugnisses abhängt, das behandelt werden soll. Während der Abscreckzyklen können die Wasserströmungsmengen für die Haisund Körperabschnitte der Walzen gesteuert werden, um eine gleichmassige Abkühlgeschwindigkeit während des Gesamtzyklus zu gewährleisten. Diese Steuerung der Abkühlgeschwindigkeit verringert Potentialfehler, Verformungen und trägt dazu bei, gleichmässige Spannungsprofile in dem Erzeugnis zu erzeugen.

Während der Konditionierung oder der Zwischen-Wärmebehandlung kann die Walze mittels Abschrecken durch Wasser schnell auf eine zweckdienliche Temperatur, beisielsweise ungefi.hr 600°F abgekühlt und anschliessend in einen Ofen übertragen werden, um die Temperatur zur Transformationstemperatur auszugleichen und anschliessend bei ungefähr 1100⁰P angelassen werden.

Anschliessend an die Konditionierungs- oder Zwischen-Wärmebehandlung kann die Walze einer zweiten rohen spanabhebenden Bearteltung unterzogen werden, um den Zunder und die entkohlte Schicht von dem Körperabschnitt abzunehmen. An diesem Punkt des Bearbeitungszyklus liegt der Greraiurchmesser ungefähr l/l6 bis 1/14 Zoll Durchmesser über dem Enddurchmesser der Walze.

Der letzte Härtungsgang schliesst sich an die zweite spanabhebende Bearbeitung an. Wie dem Fachmann auf diesem Gebiet bekanntfist, stellt die letzte Härtebehandlung die kritische Behandlung bei der endgültigen Herstellung oder Aufhärtung einer Walze dar.

Da lediglich der Körperabschnitt die letzte Härtung erfahren, muß und aufgrund der schnellen Abschreckung die erforderlich ist um die angestrebten Härtegrade zu erreichen, würde der "Unterschied

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im Querschnitt zwischen dem Körper und den Halsabschnitten zwei- ■ fellos zu einem Bru-ch führen,falls die gesamte Walze erwärmt und abgeschreckt werden würde. Um diesen Bruch zu vermeiden können die Halsabschnitte zweckdienlich ummarfelt werden, damit sie nicht auf Austenierungstemperaturen gebracht werden.

Die Härtungstemperatur muß zweckdienlich gesteuert werden, da der Grad der Ήärtungsqualität, d.h. die Härtbarkeit der Walze hauptsächlich von der Temperatur abhängt. Es ist offensichtlich, daß während des letzten Härtens Vorsorge getroffen werden muss, um zu gewährleisten,daß die Karbidstruktur nicht zu grobkörnig wird, da dies die Lösung der Karbide sehr verlangsamen würde.

Die Austenierungszeit und -temperatur muß derart sein, daß eine ausreichende Lösung der Karbide erfolgt, ohne daß eine zu große Kornvergröberung eintritt. Die Abschreckung muß augesprochen wirksam und gleichmässig sein, und lange genug dauern, um im wesentlichen die gesamte Wärme aus der Walze abzuziehen, so daß ein "Wieder-Ahlassen" und ein Erweichen vermieden wird. Schließlich muss das Abschrecken ausreichen, um endgültig einen so hohen Prozentanteil als möglich den instabilen Austenit in Martinsit umzuwandeln. Dieser Schritt wird durch Unterkühlen und Anlassen erzielt, wie dies im folgenden beschrieben wird:

Während des letzten Härtoorganges kann die Walze auf eine übliche Temperatur von ungefähr 40O⁰F durch irgendwelche geeigneten Einrichtungen vorgewärmt werden, wie beispielsweise einen Wagenherdofen, um den Wärmeschock während der direkten Beheizung zu verringern.

Anschliessend an das für die endgültige Härtung vorbereitete Vorwärmen kann die Walze in die zuvor erwähnte Kombinationseinheit zur direkten dynami-schen Plammenerhifczung zurückgebracht werden, oder sie kann alternativ in einen besonderen Vertikalofen zur dy-

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namischen vertikalen Wärmebehandlung verbracht werden. Zunächst wird das Verfahren mittels.dynamischer, direkter Flammenbeheizung beschrieben.

Nach einer Stabilisierung bei ungefähr 400°F wird die Walze in einer horizontalen Lage in die Vorrichtung gemäß den Figuren 1 und 2 gebracht.

Das Flammen-Erzeugungssystem der Kombinationseinheit ist allgemein mit 50 beschrieben. Dieses System schliesst einen Gasverteiler 51 ein, welcher mittels einer Anzahl von Ventilgesteuerten Leistungen 52 bis 57 an eine Gruppe von Strahlrohr-Sticktite Eclipse-Brenner allgemein mit 58 bezeichnet, angeschlossen ist. Die Brennergruppe besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus sechs Abschnitten 62 bis 67, welche in Abhängigkeit von der Länge der Walze oder des zu behandelnden zylindrischen Erzeugnisses wahlweise betätigbar sind. Das Zuschalten oder Abschalten von Brennerabschnitten kann schnell und leicht dadurch erfolgen, daß lediglich das der Gasleitung, welches den Abschnitt speist, zugeordnete Ventil betätigt wird, wie beispielsweise das Ventil 59 in Figur Der Gasverteiler 51 ist auf dem Oberrahmen 37 gelagert.

Während des Betriebes wird die Walze mit einer zweckdienlichen Geschwindigkeit gedreht, welche in gewissem Maße von der Größe der Walze abhängt, welche jedoch im Rahmen fachmännischer Erfahrung dem Fachmann auf diesem Gebiete bekannt ist.

Zuächst werden die Brenner gezündet, um eine Differenzialerhitzung durchzuführen.

Bei der veranschaulichten Vorrichtung können Heizlängen zwischen 1" bis 100" bei maximalen Zuführungsmengen von 600 000 Btu pro Stundeeund pro Zollange bis zu einer maxialen Wärmezufuhr von ungefähr 60 000 000 Btu pro Stunde gesteuert werden. Wie am besten aus Figur 2 ersichtlich, treffen die Flammen direkt auf den Körper

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der Walze auf und durch zweckdienliche Einstellung von Entfernung und Winkel zwischen Brenner und Werkstück, Luft-Gasverhältnis und Gasdruck kann es geregelt werden, daß die Walze während der Wärmebehandlung vollständig flammenumhüllt ist, wodurch die Walze gleichmässig behandelt wird. Für eine übliche Walze von ungefähr 21,5" Durchmesser und 45" Länge kann der Flammen- und Abschreckmedium-Kontakt über eine Zeitspanne von ungefähr 65 Minuten aufrecht erhalten v/erden. Bei einem üblichen 52100-Bearing-Grade-Stahl, welcher auf diesem Gebiet weitgehendst verwendet wird, führt dies zu einer wirksam behandelten Zone von ungefähr 1 bis 1,5" radialer Tiefe, welche bei dieser Walzengrösse der erwarteten Lebensdauer der Walze entspricht.

Nach Beendigung des Erwärmens werden die Brenner gelöscht und die Walze auf eine vorher festgelegte Temperatur abgeschreckt. Das Abschrecken erfolgt unmittelbar nach Beendigung der Flammenberührungs-Erwärmung, was den Vorteil hat, dass die Walze nicht auf höhere Temperaturen gebracht werden muss, als sie das Optimum darstellen, wodurch die Möglichkeit der Kornvergröberung vermieden wird, wie dies für die zur Zeit verwendeten Verfahren kennzeichnend ist.

Im folgenden wird der Vertikalofen der Figuren 3 bis 5 und dessen Arbeitsweise beschrieben.

Der Ofen besteht aus einem Paar im wesentlichen symmetrischen Schalen oder Halfeabschnitten, die allgemein mit 71 und 72 bezeichnet sind. Der Abschnitt.71 ist in senkrechter und in waagerechter Richtung in Bezug auf den Boden 22 und der Abschnitt 71 ist in senkrechter Richtung in Bezug auf den Boden 22 bewegbar, wie dies im folgenden noch genauer beschrieben wird. Ein Stützrahmen für den Abschnitt 71 ist allgemein mit 73 bezeichnet, und ein ähnlicher Stützrahmen für den Abschnitt 72 ist mit 74 bezeichnet. Die der Wärme ausgesetzten Bereiche des Abschnittes 71 schliessen die im wesentlichen senkrecht ausgerichtete Seitenwan-

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dung 75 und das Dach 77 ein und die der Wärme ausgesetzten Bereiche des Abschnittes 72 bestehen im wesentlichen aus dem senkrechten Seitenwandsabschnitt .76 und dem Dach 78.

Der Ofenabschnitt 71 weist einen Brennerherd 79 auf, welcher aus einem Erdboden 81 besteht, der durch einen Unterrahmen83 gelagert ist, welcher in bezug auf den Hauptrahmen 73 waagerecht bewegbar ist. Aus dem gleichen Grund schliesst der Abschnitt 72 einen Brennerherd 80 ein, welcher aus einem Herdboden 82 besteht, der auf einem ünterrahmen 84 gelagert ist, welcher wiederum in bezug auf den Hauptrahmen Ik waagerecht bewegbar ist.

Die mittlere öffnung 85 ist im Betrieb durch das- zylindrische Erzeugnis, welches behandelt wird, verschlossen, wobei das zylindrische Erzeugnis auf einer Rollenstützeinrichtung gelagert ist, die allgemein mit 87 bezeichnet ist, und die in Figur 3 in·ihrer untersten oder völlig zurückgefahrenen Lage in der Grube-88 veranschaulicht ist.

Die Walzenstützeinrichtung 87 besteht im wesentlichen aus einem Drehtisch 89, welcher mittels eines Motors 90 der ein Ritzel 91 treibt, welches das Antriebszahnrad 92 dreht, gedreht wird, wobei das Antriebszahnrad fest mit dem Drehtisch 89 verbunden ist.

Der Drehtisch 89 und das ihm zugeordnete Antriebszahnrad 92 sind in einer zweckdienlichen Lageranordnung 93 gelagert, welche von einem dreieckförmigen Rahmen 9^ getragen ist, wie dies am besten aus den Figuren 3A und 5 ersichtlich ist.

Der Rahmen 9k ist auf drei Schraubwinden 95, 96, 97 abgestützt, welche mittels eines Motors98 angehoben und abgesenkt werden, welcher die Winden durch ein Schneckenuntersetzungsgetriebe 99 und die üblichen Antriebswellen 100 an-treibt.

Drei Gleitbahnen 101, 102, 103sind auf der Oberseite des Dreh-

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tisches 89 befestigt, wobei jeder der Gleitbahnen eine abgeschrägte Klemmbacke 10¹I trägt. ·

Es ist offensichtlich, daß beim Betrieb das Ende eines zu behandelnden zylindrischen Erzeugnisses beispielsweise eine Walze auf die Gleitbahnen 102 bis 103 aufgesetzt und mittels irgendeiner zweckdienlichen Zentrlerungseiniichtung, die allgemein mit I05 bezeichnet ist, zentriert und durch Verschieben der Klemmbacken lana? der Gleitbahnen stabilisiert wird, bis diese in Eingriff mit dem Walzenende befindlich sind und daß dann die Klemmbacken an den Gleitbahnen mittels zweckdienlicher Einrichtungen festgelegt werden.

Der Hauptrahmen 74 des Abschnittes 72 weist einen im wesentlichen waagerecht angeordneten Rahmen IO6 auf, welcher aus Seitenteilen 107 und Querteilen IO8, IO9 und 110 besteht, wobei der Rahmen auf Auflagern 111, 112 lagert. Es ist offensichtlich, daß kein Querstück, welches den Teilen 108, I09, 110 äquivalent wäre, auf der linken Seite der Strebe 108 vorgesehen ist, um einen freien Raum für das Anheben und Absenken des Drehtisches 89 zu belassen.

Ein Paar von Schuh-Einrichtungen sind mit 113, 114 bezeichnet, wobei jeder Schuh eine Schraubenwinde 115 bzw. II6 trägt, die durch den Motor 117, das Untersetzungsgetriebe II8 und zweckdienliche Welle 119 angetrieben sind, wobei der Motor und das Untersetzungsgetriebe auf einer Plattform 120 gelagert sind. Die Oberenden der Schraubenwinden 115» II6 lagern gegen einen I-Träger 122, welcher wiederum den Unterabschnitt 1123 der Seitenwandung des Ofens trägt.

Der Unterabschnitt 123 besteht aus einem tragenden Rahmen 124, welcher aufwärts und abwärts längs zweckdienlicher Führungsschie nen 125, 126 gleitbar ist.

Die Heizkammerisolierung besteht aus zwei Schichten von Mineral-GrJrY¹C:- ;. ^iO 209850/0816

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wolle (Kaowool)-Tuch 121 einein wenig Wärme speichernden Material welohes von der Firma Babcock and Wileox Company bezogen v/erden kann, hinter denen eine Schicht Isolationsmaterial 133 angeordnet ist. Vorzugsweise sind die Mineralwollegewebeschichten an den Wandungsabschnitt 123 durch Klemmen befestigt, wodurch die Wandung verringert wird. Es ist offensichtlich, daß die Eigenschaften der niedrigen Wärmespeicherung des Materials die beispielsweise in der Grössenordnung von 1824 Btu pro Quadratfuß im Vergleich zu 5497 Btu für feuerfeste Steine und 48381 für feuerfeste Steine hoher Dichte liegen kann, die Brennstoffmengen verringert, und erheblich die Durchgangszeiten sowohl beim Erwärmen als auch beim Abkühlen verringert. Weiterhin sind sämtliche Fugen der Heizkammer mit Mineralwolletuchisolationen versehen, um Wärmsrerluste zu vermeiden, wie dies am besten in Figur 3B veranschaulicht ist.

Die senkrechte Hähe der Heizkammer kann beliebig dadurch geändert werden, daß zusätzliche Abschnitte der erforderlichen Grosse hinzugefügt werden. InFigur 3B ist ein kleiner Abschnitt 127 und zwei grosse Abschnitte 128, 129 veranschaulicht. Jeder Abschnitt ist mittels eines Zapfens oder anderem zweckdienlichen Ausrichtungsund Befestigungsmitteln I30 an dem Abschnitt befestigt, auf dem er ruht.

Das Dach der Heizkammer ist durch einen Kastenrahmen I3I gebildet, mit dem ein Inneres im wesentlichen halbkreisförmiges Rahmenwerk 132 verbunden ist, wobei der Rahmen I32 auf seiner Unterseite mit einer oder mehreren Schichten von Mineralwolleisolation ausgekleidet ist.

Ein Umkehrstrom-Düsen-Abzugs-Steuersystem ist allgemein mit l40 bezeichnet, wobei das Abzugssystem eine Öffnung 141 in je zwei der drei ftbenen Abschnitte, welche den Abschnitt 72 bilden, aufweist, wobei sich die Ausstoßöffnungen in senkrecht verlaufende Abzüge' 142 öffnen, Vielehe wiederum an irgendein zweckdienliches Abzugssystem angeschlossen sind.

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Der linke Halbabschnitt 71 des VeitLkalofens ist ähnlich dem gerade beschriebenen rechten Halbabschnitt 72 mit der Ausnahme, daß der Hauptrahmen 73 auf Rädern 143, 1^4 montiert ist, um in bezug auf den ortsfesten Rahmen 106 in einer horizontalen Ebene ein- und ausgefahren zu werden. Die Antriebskraft wird durch einen Motor l45 geliefert, welcher ein Kettenrad 146 antreibt, welches wiederum das Rad 143 über die Kette 147 antreibt.

Die Ofenbodenabschnitte 8l, 82 sind im wesentlichen identisch und folglich wird lediglich einer beschrieben.

Die obere tragende Plattform 150 des beweglichen Unterrahmens 83 trägt eine feuerfeste Basis, welche in diesem Ausführungsbeispiel aus einer Schicht von 2000°P-Isolations-Steinen 151 besteht, hinter denen eine Schicht von Blockisolation 152 angeordnet ist.

Der untere Bereich des beweglichen Unterrahmens 83 weist ein Paar von in Längsrichtung verlaufenden Kanalteilen 153, 154 auf, welche durch innere Querstreben I50 und äussere Querstreben 156 aneinander befestigt und voneinander im Abstand gehalten sind. Räder 157» welche auf der Oberseite der I-Träger I58, 159 abrollen, ermöglichen es, daß der Unterrahmen 83 in bezug auf den Haptrahmen 73 bewegt wird.

Die Bewegung des Untertahmens 83 wird durch Betätigung einer hydraulischen oder pneumatischen Kolben-zylindereinheit I60 erzielt, welche verschwenkbar an ihrem Aussenende bei 16I mit dem Hauptrahmen und an ihrem Innenende bei 162 an eine Lasche oder Verlängerung 163 angekoppelt ist, welche an der Unterseite der Querstrebe 156 angeschweisst ist. Es ist offensichtlich,daß der Hub der Kolbenzylindereinheit I60 vergleichsweise kurz ist und ihr Hauptzweck darin liegt, einen Spalt zwischen der unteren der Wärme ausgesetzten Oberfläche der Wandung 75 und dem Aussenabschnitt des Herdbodens 8l zu schaffen.

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Sechs Brenner sind im Herdbereich angeordnet, drei in jedem der Abschnitte 71 und 72, wie dies am besten in den Figuren 3A und 4 veranschaulicht ist, in denen die Brenner allgemein mit I65 bezeichnet sind. Vorzugsweise sind die Brenner derart abgewandelt, daß sie eine langgestreckte Flamme erzeugen, wobei die öffnung des Brenners mit I66 bezeichnet ist, um somit eine vergleichsweise gleichmässige nach aufwärts gerichtete Strömung von heissen Gasen während des Betriebes zu erzeugen.

Ein Paar von als Gußteilefaerstellbaren -Einsätzen sind mit I67 bzw. I68 bezeichnet, wobei jeder Einsatz durch einen zugeordneten Ofenabschnitt 71 bzw. 72 getragen ist, und im wesentlichen halbkugelförmig ausgebildet ist, (am besten in Figur 4 ersichtlich), und auf Schultern I69 , 170 lagert. Es ist offensichtlich, daß die Bohrung der der gießbaren Einsätze in der eingerückten Lage dem Aussendurchmesser desjenigen Teiles des zylindrischen Erzeugnisses entspricht, welches nicht wärmebehandelt werden soll, so wie teispielsweise der Halsabschnitt einer Walze.

Es soll hervorgehoben werden, daß ein ähnliches Paar von halbkugelförmigen gießbaren Einsätzen am Oberende des Ofens gelagert sein kann, um die direkte Berührung zwischen dem Teil des zylindrischen Erzeugnisses, welche nichtwärmebehandlet werden soll, abzuschliessen.

Zweckdienliche Einrichtungen können sowohl am Unter- als auch am Oberende des Ofens vorgesehen sein, um die Abdichtung während des Betriebes zu geäwährleisten. Somit kann beispielsweise eine einfache Sperrklinkeneinrichtung von Vorteil sein, welche die gegenüberliegend nebeneinanderliegenden Enden der Hauptrahmenträger 107 in dichtem Eingriff hält.

Aus dem gleichen Grund kann irgendein zweckdienlicher Mechanismus verwendet werden, um die Oberenden der Ofenkammer in dichten Eingriff zu halten, wie beispielsweise das Klinken-HebelsySbem, wie

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es In Figur k veranschaulicht ist. Wie gezeigt* ist ein Paar von Winkelhebeln 171, 172 vorgesehen, die um Stifte 173, 17*t verschwenken und durch Handkurbeln 175» bzw. 176 in und ausser Einr· griff mit Riegelstützen 177, 178 gedreht werden» die von dem Ofenabschnitt 72 getragen sind.

Einrichtungen um eine Vibration des zylindrischen Erzeugnisses während der Behandlung im Betrieb zu vermeiden, sind allgemein rdt 179 bezeichnet, wobei diese Einrichtungen aus vier senkrechten Stabilisatoren bestehen, die je aus einem Rollen- oder anderem Lager 180 bestehen, welches radial nach innen und nach aussen durch Schraubenwinden l8l bewegt wird, welche wiederum durch die Handkurbel 182 über einen Kettenantrieb betätigt werden.

Beim Betrieb wird der linke waagerecht hin- und herbewegliche Ofenabschnitt 71 einige Meter durch Betätigung des Motors 1*15 nach links bewegt, wodurch die Heizkammer zum Herausnehmen eines erwärmten Erzeugnisses geöffnet ist oder es ermöglicht, ein Erzeugnis für die Wärmebehandlung einzusetzen.

Falls der Ofen für den ersten Behandlungszyklus des Tages vorbereitet wird, wird der Abschnitt 71 lediglich um eine Entfernung nach links bewegt, die ausreicht, daß ein O-berflurkrahn das zu behandelnde Erzeugnis in die Lage bringt.

Vor dem Schliessen der Kammer kann es nötig sein, die relativen vertikalen Abstände zwischen den Seitenabschnitten 71 und den Herdabschnitten 81, 82 zu verändern. IrVdiesem Fall werden die Kolbenzylindereinrichtungen 160 betätigt, um jeden der Herdabschnitte 81, 82 nach innen von den Innenflächen der ^wandungsabschnitte 75, 76 wegzubewegn. Es ist offensichtlich, daß aufgrund der nichttragenden Oberfläche der Mineralwolle-fiewebeauskleidunr: 121 und einer zwar härteren, jedoch nicht abriebfesten Oberfläche der Isolationssteine 151 es notwendig ist, diese Oberflächen voneinander zu trennen, ehe eine senkrechte Relativbewegung erfolgt,

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um somit einen vermeidbaren Abrieb zu umgehen. Ansehliessend werden die Motoren 117 betätigt, um die angestrebte senkrechte Ke-1ativbeZiehung zwischen den Seitenabschnitten 71, 72 und den Herdabschnitten 8l, 82 einzustellen. Nachdem die richtige vertikale Lage der Herdabschnitte 8l, 82 in bezug auf die Seitenwandungsabschnitte 75y 76 erreicht ist, werden die Kolbenzylindereinrichtungen 160 wiederum betätigt, um die Herdabschnitte 81, 82 in anliegenden Eingriff mit den dazugehörigen Ofenseitenwandungsabschnitten 75, bzw. 76 zu bringen.

Anschliessend werden gießbare Einsätze I67, I68 entsprechender Größe in die dazugehörigen halbkugelförmigen öffnungen in der Bodenhälfte der Abschnitte 81, 82 und ähnliche Einsätze in ihre Lage am Oberende des Ofens, falls erforderlich, eingesetzt.

Zur gleichen Zeit kann die senkrechte Höhe des Ofens geändert werden, indem beispielsweise ein oder mehrere Abschnitte 127, 128 oder 129 eingesetzt oder herausgenommen werden, wie dies durch die Höhe desjenigen Teiles des zylindrischen Erzeugnisses bestimmt wird, welcher wärmebehandelt werden soll. Soll beispielsweise ein Erzeugnis behandelt werden, welches kürzer ist als die Höhe der in Figur 3B veranschaulichten Kammer, können ein oder mehrere zwischenliegende Abschnitte 127, 128, 129 herausgenommen werden.

Anschliessend wird der Motor 98 betätigt, um den Drehtisch 89 in die gewünschte Höhe anzuheben und danach wird das zylindrische Erzeugnis auf dem Bodenende die Gleitbahnen 101, 102 und IO3 des Drehtisches 89 berührend aufgesetzt.

Danach werden die Klemmbacken längs der Bahnen in die Mitte- der Gleitbahnen bewegt bis jede der drei Klemmbacken in Anlage an das Erzeugnis gelangt und danach werden die Klemmbacken mittels zweckdienlicher Einrichtungen festgezogen.

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Anschliessend wird der Ilotor 1^5 in umgekehrter Richtung angetrieben, um den Abschnitt 71 in die Stellung nach Figur 3 und *J arückz übe v;e gen.

Nachdem der Eingriff längs der Ofentrennlinie erfolgt ist, v/erden die Kurbelhebel 171, 172 betätigt, um die Oberenden der Ofenabschnitte zusammenzuklemmen und ein zweckdienlicher Klemmmechanismus wie beispielsweise eine einfache Klinkeneinrichtung kann betätigt werden, um die UnteräEchnitte/fcusammenzuklemmen.

Schliesslich kann die Kurbel 182 an.jedem der Abschnitte 71, 72 betätigt werden, um den Stabilisierungsteil l80 in anliegenden Eingriff mit den nach aussen vorstehenden Ende des zu behandelnden Produktes zu bringen.

Eteim Betrieb wird gasförmiger Brennstoff zu den Brennern 165 geleitet, und die Brenner feuern vertikal zum Oberende des Ofens and überstreichen die gesamte Körperlänge der Walze. Während des Betriebes wird die Walze gedreht, da der Motor 90 die Drehtisehanordnung 89 bei irgendeiner vorher festgelegten gewählten Geschwindigkeit trägt.

Es ist zu sehen, daß, da die Lagerzapfen der Walzen ausserhalb des Heizkammerbereiches liegen, es nicht erforderlich ist, irgendwelchen Schutz für sie vorzusehen.

Das Umkehrstrom-Düsen-Abzugs-Steuersystem hält einen positiven Druck innerhalb des Herdes, welcher erheblich zu einer besseren Gleichmässigkeit der Temperatur beiträgt.

Anschliessend an die Erwärmung, die beispielsweise einen Durchschnitt von ungefähr 100 Minuten bei ungefähr 1900⁰P für ein übliches Erzeugnis mit 17" Durchmesser dauern kann, wird der Ofen geöffnet und das Erzeugni herausgenommen und anschliessend schnell in die nächste Behandlungsstälon überführt, welche üblicherweise

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aus dem Abschrecken mit Wasser besteht»

Es ist hervorzuheben, daß bei Jeder zusät ziehen. Durahmes. servergrösserung eine zusätzliche Heizperiode erforderlich sein kann, In gleicher Weise hängt die Yerweilzeit in dem Absehreckmedium im großen Maße von der Heiztemperatur ab, somit kann beispielsweise das Werkstück mit 17" Durchmesser in einem Absehreckmedium ungefähr eine halbe Stunde bis 35 Minuten verbleiben, wenn das Abschreckmedium durch Wasser bei ^5⁰P gebildet ist, Für eine Temperatur des Abschreckmediums die über diesem Normzustand liegt, kann zusätzliche Verweilzeit in dem Abschreckmedium er** forderlich sein.

Anschliessend an das Erwärmen und Abschrecken bei der letzten Härtungsstufe der Walze wird diese tiefgefroren um die Transformationsprodukte zu unterstützen. Eine zweckdienliche Tieffriereinheit, welche das Prinzip der Stickstoffverdampfung verwendet, und welche einen 10 Tonnenblock auf minus 150°F in fünf Stunden bringen kann, kann vervmdet v/erden.

Anschliessend an die erforderliche Stabilisierung mit Unterkühlung wird die Walze bei Raumtemperatur für eine kurze Zeitspanne stabilisierend gelassen und danach in eine Tempereinheit zuir. endgültigen tempern eingesetzt.

Der letzte Tempervorgang kann daraus bestehen, daß zwei TemperzyklBn angewandt weicfen, während der die Temperungstemperaturen shr genau gesteuert werden sollen. Unter Verwendung von Erwiirmen durch Eintauchen in eine Flüssigkeit kann die Tempereinheit eine gloichiaässige Arbeitsweine innerhalb von Grenzen von plus oder minus 3°F erzielen. Vorzugsweise ist das Temper-Medium ein öl, welches einen Betriebsbereich bis zu 55O°F aufv/eist. Dieser Bereich überdeckt Härtebereiche zwischen 75 bis 103 Shore C. Vorzur."V/o i 3fi ist sowohl tErmisches als auch mechanisches Rühren vor- ,"•■'."li'in, um die 01 ei chrnässi gkeit des Erzeugnisses zu gewährleisten.

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Anschliessend an die letzte Wärmebehandlung wird die Walze einer letzten spanabhebenden Bearbeitung unterzogen, welche rohes Schleifen, Kuge'lstrahlen, Härtegleichmässigkeitsprüfung, magnetische Permeablitätsversuche und endgültiges Abdrehen und Schleifen einschliessen kann.

Nach der letzten Bearbeitung und während die Walze noch nass ist, kann sie mit einer Schutzemulsion überzogen werden, um die Oxydation zu verlangsamen, mit einem speziellen Konservierungspapier eingewickelt und mit einem rostverhindanden Mittel beschichtet werden, ehe sie versandt wird.

Zusätzlich zu der dem Stahl innewohnenden Härtbarkeit, die durch die chemische Zusammensetzung und die Konstruktur gegeben ist, ist das Verfahren des Erwärmens während der letzten Härtung wahrscheinlich der Paktor grösster Wichtigkeit, um eine gleichmässige Härtungstiefe mit einer allmählich übergehenden Grenzzone zu erre-L..* an, was von einem minimalen Abschälen und Vewagen begleitet ist.

Um diese Merkmale zu erreichen, ist die optimale Wärmeverteilung eine welche einen gleichmässig austenisierten Abschnitt in einer radialen Tiefe von 1" gewährleistet mit abnehmenden Temperaturen auf 1,5" von der Oberfläche, woran sich vergleichsweise kaltes Metall von diesem Punkt bis zum Mittelpunkt der Walze anschliesst.' Wie am besten aus Figur 6 ersichtlich, wird diese Wärmeverteilung in größter Näerung mittels der oben beschriebenen Bdandlung erreicht, da die Härte einer nach dem Verfahren nach der valiegenden Erfindung behandelten Walze bis zu einer Tiefe von ungefähr 1" von der WalzenoberfD&h die gewünschte Größe aufweist, worauf sich ein Bereich allmählich abnehmender Härte bis zu einer Tiefe von ungefähr 1,5" anschliesst. Dies sollte insbesondere der mit Niederfrequenzinduktion behandelten Walze gegenübergestellt werden, die eine scharfe Grenzzone im kritischen Bereich aufweist, welche zu Ermüdungserscneingungen führt, wenn sie großen Beanspruchungen

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mit zyklischer Last ausgesetzt wird. Der nahezu optimale Zustand der durch die Härttiefkurve nach der Erfindung in Figur 6 dargestellt ist, zeigt, daß die beschriebene Art des Vorgehens eine leicht erzielbare gesteuerte Wärmezone durch den Walzenkörper gewährleistet, wobei die gesteuerte Wärmezone die anschliessende Abschreckbehandlung beeinflusst.

Ein weiterer Hauptfaktor zum optimalen Härten ist das Abschrecken.

Um die volle Härte zu erreichen, die über die Walzenoberfläche . und die erforderliche Tiefe gleichmässig ist, ist ein ausgesprochen schnelles Abschrecken erforderlich. Das Abschrecken muss gleichmässig sein und muß hinsichtlich Druck, Strömung und Temperatur steuerbar sein, um reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen'« Der Walzenkörper muss so schnell als möglich und gleichzeitig über seine Oberfläche gleichmässig abgekühlt und anschliessend bei einer ausreichend niedrigen Temperatur gehalten werden, um einen höchstmöglichen Prozentsatz der Umwandlung zu gewährleisten und um ein Anlassen durch Resthitze auszuschliessen. Das beschriebene Verfahren und Vorrichtung gewährleistet ein derartiges Abschrecken, da anschliessend an die schnelle Erhitzungdie Walze augenblicklieh oder nahezu augenblicklich von den liasserverteilern kaltem oder gekühltem Wasser ausgesetzt wird, worauf sich ein Tieffrieren und ein Tempern anschliesst.

Aus dem Vorangegangen i3t ersichtlich, daß das oben beschriebene Verfahren und Vorrichtung die folgenden Vorteile aufweist: .

1. Gleichmässig gehärtete Tiefen auf vorbestimmte Härtegrade bei 1" Tiefe.

2. Vereinfachte genaue Steuerung zur Reproduzierbarkeit.

3. Weniger Handhabung.

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4. Halbautomatische Arbeitswelse.

5. Verringerter Raumbedarf. ·

6. Eine Mehrzweckabschreckeinheit.

7. Die Möglichkeit, eine große Anzahl gebrauchter Walzen mit der gleichen Anlage aufzuhärten, in der neue Walzen hergestellt werden.

0. Niedrige anfängliche Kapitalkosten im Vergleich mit Induktionshärteprozessen»

9. Die Möglichkeit Walzen mit oder ohne Bohrungen wieder aufzuhärtan.

Obwohl im vorangegangen vorzugsweise Ausführungsformen der Erfindung veranschauliQht und beschrieben wurden, ist dem Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich, daß Abänderungen verwendet werden können, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.

Sämtliche der in der Beschreibung erwähnten und in den Zeichnungen erkennbaren technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung·

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Claims

- 27 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung'eines zylindischen Erzeugnisses insbesondere einer Walzwerkswalze mit verschiedener radialer Härte gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Uinterwerfen eines zylindischen Produktes den üblichen Konditionierungsschritten; schnell Erhitzen des zylindrischen Erzeugnisses an mindestens radialen Bereichen welche einem ausgewählten zu behandelnden Oberflächenbereich entsprechen in dem gleichzeitig der ausgewählte Oberflächenbereich durch·Flammen erzeugter Wärme über eine Zeitspanne ausgesetzt wird, die das zylindrische Erzeugnis bis in eine radiale Tiefe austenitisiert die im wesentlichen der angestrebten Lebensdauer des zylindrischen Erzeugnisses entspricht, ohne daß schlechte metallurgische Eigenschaften wie beispielsweise eine zu große Kornvergröberung auftritt; Aussetzen des ausgewählten Oberflächenbereiches des zylindrischen Erzeugnisses einer schnellen Abschreckung die im wesentlichen über den Flächenbereich gleichmäßig ist; und anschließend Aussetzen des zylindrischen Erzeugnisses einer letzten Konditionierung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das letzte Konditionieren den Verfahrensschritt einschließt, das im wesentlichen der gesamte instabile Austenit anschließend an die schnelle Abschreckung in Martinsit umgewandelt wird, in dem das zylindrische Erzeugnis tiefgefroren wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tieffrieren durch eine Stickstoffbehandlung unter 0° F erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Erzeugnis anschließend an das schnelle Abschrecken angelassen wird, in dem es in Flüssigkeit untergetaucht erwärmt · wird.

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5. Verfahren nach. Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichmäßige Anlaßbehandlung zwei Anlaßbehandlungen einschließt, von denen sich mindestens eine an die Tieffrierbehandlung anschließt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Anlaßbehandlungen anschließend an das Tieffrieren durchgeführt werden.

7. Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Erzeugnisses, insbesondere einer Walzwerkswalze mit einer unterschiedlichen radialen Härte, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte; übliches Konditionieren eines zylindrischen Erzeugnisses einschließlich schmieden, spanabhebende Bearbeitung und/öder Wärmebehandlung; schnelles Erhitzen von mindestens radialen Bereichen des zylindrischen Erzeugnisses die einem gewählten zu behandelnden Oberflächenbereich entsprechen, in dem der gewählte Oberflächenbereich gleichzeitig einer dynamischen direkten Flammerhitzung für eine Zeitspanne ausgesetzt wird, die ausreicht, um das zylindrische Erzeugnis in eine radiale Tiefe zu austenitisieren, welche im wesentlichen der gewünschten Lebensdauer des zylindrischen Erzeugnisses entspricht,,ohne daß schlechte metallurgische Eigenschaften, wie beispielsweise eine zu große Kornvergröberung erzeugt werden; ausgesprochen schnelles Abschrecken dee gewählten Oberflächenbereiches des zylindrischen Erzeugniaeee, welches im wesentlichen gleichmäßig über den gesamten Bereich erfolgt| und letztes Konditionieren des zylindrischen Erzeugnisses.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß während des letzten Konditionierens der gesamte instabile Austenit anschließend an das ausgesprochen schnelle Abschrecken in Martinsit umgewandelt wird, in dem das zylindrische Erzeugnis einer Tieffrierbehandlung unterzogen wird.

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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tief fr ie:

"besteht.

Tieffrierbehandlung aus einer Stickstoffbehandlung unter 0° F

10. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die direkte dynamische Flammerwärmung während einer Zeitspanne von ungefähr 15 Min. durchgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich das zylindrische Erzeugnis anschließend an das ausgesprochen schnelle Abschrecken und die Tieffrierbehandlung durch Erwärmung in Flüssigkeit untergetaucht gleichmäßig angelassen wird.

12. Verfahren zur Behandlung eines zylindrischen Erzeugnisses, insbesondere einer Walzwerkswalze mit einer unterschiedlichen radialen Härte, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschrittet schnelles Brwärmen von mindestens radialen Bereichen des zylindrischen Erzeugnisses, welche einem gewählten zu behandelnden Oberflächenbereich entsprechen, in dem gleichzeitig der gesamte gewählte Oberflächenbereich einer direkten dynamischen Flammerwärmung über eine Zeitspanne ausgesetzt wird, die ausreicht, um das zylindrische Erzeugnis auf einer radialen Tiefθ zu austenitisieren und/oder zu diffundieren, die im wesentlichen der angestrebten Lebensdauer des Erzeugnisses entsprieht_wohne daß eine zu große Kornvergröberung erzeugt wird; und ausgesprochen schnelles Abschrecken des zylindrischen Erzeugnisses, was im wesentlichen gleichmäßig über dem gewählten Oberflächenbereich des zylindrischen Erzeugnisses erfolgt.

13. Verfahren nur Herstellung eines zylindrischen Erzeugnisses, insbesondere_seiner Walzwerkswalze mit einer unt®rsehiedliehen radialen Härte, gekennzeichnet durch folgende Yürfahrenssehrltte) übliches Konditionieren eines zylindrischen Erzeugnisses; schnelles Brwärmen eines gewählten Oberflächanbereich©» des zylind-

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rischen Erzeugnisses in vertikaler Lage,in dem der gewählte Oberflächenbereich gleichzeitig einer durch Flammen erzeugten Wärme für eine Zeitspanne ausgesetzt wird,' die ausreicht, um das zylindrische Erzeugnis in einer radialen Tiefe zu austenitisieren, die im wesentlichen der angestrebten Lebensdauer des zylindrischen Erzeugnisses entspricht, ohne daß schlechte metallurgische Eigenschaften, wie beispielsweise zu große Kornvergröberung erzeugt werden; ausgesprochen schnelles Abschrecken mindestens des gewählten Oberflächenbereiches des zylindrischen Erzeugnisses, was im wesentlichen gleichmäßig über den gewählten Oberflächenbereich des zylindrischen Erzeugnisses erfolgt; und endgültiges Konditionieren des zylindrischen Erzeugnisses.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß beim letzten Konditionieren der gesamte instabile Austenit anschliessend an das ausgesprochen schnelle Abschrecken in Martinsit umgewandelt wird, in dem das zylindrische Erzeugnis einer Tieffrierbehandlung ausgesetzt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Tieffrierbehandlung aus einer Stickstoffbehandlung unter 0° F besteht.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Flammen erzeugte Wärme für eine Zeitspanne von ungefähr 100 Min. bei eine» Querschnitt von ungefähr 17 " aufrechterhalten wird.

17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Erzeugnis durch Erwärmung in einer Flüssigkeit untergetaucht! anschließend an das ausgesprochen schnelle abschrecken und die Tieffrlerbehandlung gleichmäßig angelassen wird.

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18. Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Erzeugnisses, insbesondere einer Walzwerkswalze mit einer unterschiedlichen radialen Härte, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: übliches Konditionieren des zylindrischen Erzeugnissees; schnelles Erwärmen eines gewählten Oberflächenbereiches des zylindrischen Erzeugnisses in vertikaler Lage, in dem der gewählte Oberflächenbereich gleichzeitig einer durch Flammen erzeugten Hitze für eine Zeitspanne ausgesetzt wird, die ausreicht, um das zylindrische Erzeugnis auf eine radiale Tiefe zu austenitisieren, welche im wesentlichen der angestrebten Lebensdauer des zylindrischen Erzeugnisses entspricht, ohne daß schlechte metallurgische Eigenschaften, wie zu große Kornvergröberung erzeugt werden; ausgesprochen schnelles abschrecken zumindest des gewählten Oberflächenbereiches des zylindrischen Erzeugnisses, welches im wesentlichen gleichmäßig über den gewählten Oberflächenbereich erfolgt; und Umwandeln von im wesentlichen des gesamten instabilen Austenites anschließend an das ausgesprochen schnelle Abschrecken in Martins^t, in dem der ausgewählte Oberflächenbereich des zylindrischen Erzeugnisses eine Tieffrierbehandlung mit flüssigem Stickstoff unterzogen wird; und gleichmäßiges Anlassen des gewählten Oberflächenbereiches dös zylindrischen Erzeugnisses anschließend an das ausgesprochen schnelle Abschrecken durch Erwärmung in Flüssigkeit untergetaucht, wobei die gleichmäßige Anlaßbehandlung zwei Anlaßbehandlungen einschließt, von denen mindestens eine anschließend an die Tieffrierbehandlung durchgeführt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine · Anlaßbehandlung vor der Tieffrierbehandlung und eine AnlaßbehanÄ-lung anschließend an die Tieffrierbehandlung durchgeführt wird.

20. Walzwerkswalze mit guten Oberflächeneigenschaften und Härte, einer minimalen Verformung, einem großen Bereich der Spannungs- · umkehr, einer geringen inneren Restspannung, einer gleichmäßig·

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gehärteten Tiefe von mindestens 80 Shore bei 1 ", einer allmählich von hoher Härte auf niedriger Härte abnehmende Grenzzone und einem Restaustenitgehalt von ungefähr 2 % oder weniger.

21. Vorrichtung um ein zylindrisches Erzeugnis gleichmäßig und aufeinander folgend zu erwärmen und abzuschrecken, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Bestandteile: eine Werkstückhaltestruktur zum Abstützen des zylindrischen Erzeugnisses, wobei die Werkstückhaltestruktur Einrichtungen zum Drehen des darin abgestützten zylindrischen Erzeugnisses bei einer gleichmäßigen Geschwindigkeit aufweist; Einrichtungen für die direkte Flammbeheizung, um den gewählten Oberflächen des zylindrischen Erzeugnisses einer schnellen Heizwirkung der Flammenhitze auszusetzen, während das zylindrische Erzeugnis in der Werkstückhai terungsstruktur gelagert ist; und Einrichtungen zum ausgesprochen schnellen Abschrecken, um den gewählten Oberflächenbereich des zylindrischen Erzeugnisses einem Abschreckmedium auszusetzen, während das zylindrische Erzeugnis in der Werkstückhaltestruktur gelagert ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um die von der direkten Flammheizeinrichtung gelieferte Heizwirkung zu beenden und um im wesentlichen unmittelbar danach das Abschrecken des zylindrischen Erzeugnisses einzuleiten.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um die Intensität der durch die direkte Flammheizung erzeugten Wärme von Stelle zu Stelle längs des zylindrischen Erzeugnisses zu ändern.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23» dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um die Länge der Anwendung der direkten Flammheizeinrichtung zu ändern.

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25. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um die Strömungsmenge des AbschiQDkmediums zu ändern.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um die Länge der Anwendung des Abschreckmediums an dem zylindrischen Erzeugnis zu ändern.

27. Vorrichtung zur Behandlung eines zylindrischen Erzeiignisses, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Bestandteile: ' die Vorrichtung nach Anspruch 21, um aufeinander folgend ein zylindrisches Erzeugnis zu erhitzen und abzuschrecken und eine Vorrichtung um das zylindrische Erzeugnis anschließend an die Behandlung in der Heiz- und Abschreckeinrichtung tiefzufrieren, wobei die Tieffriertforrichtung einen geschlossenen Raum aufweist, in dem das Erzeugnis einer Stickstoffbehandlung unter 0° F unterzogen wird.

28. Vorrichtung zum gleichmäßigen und aufeinanderfolgenden Erhitzen und Abschrecken eines zylindrischen Erzeugnisses, gekennzeichnet durch die Kombination; folgender Bestandteilereine Werkstückhaltestruktur zum Abstützen des zylindrischen Erzeugnisses, wobei die Werkstückhaltestruktur Einrichtungen zum Drehen des darin gelagerten zylindrischen Erzeugnisses in senkrechter Lage bei im wesentlichen gleichmäßiger Geschwindigkeit einschließt; Einrichtungen um das zylindrische Erzeugnis eine durch Flammen erzeugten Wärme auszusetzen, wobei die Einrichtungen derart angeordnet sind, daß sie den gewählten Oberflächenbereich des zylindrischen Erzeugnisses der schnellen Erwärmung swirkung der durch Flammen erzeugten Hitze aussetzen; und Einrichtungen zum schnellen Abschrecken, die derart angeordnet sind, daß sie den gewünschten Oberflächenbereich des zylindrischen Erzeugnisses einem Abschnckmedium aussetzen..

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29.,Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückhaltestruktur eine Drehtischeinrichtung aufweist, die derart ausgebildet ist, daß sie das zylindrische Erzeugnis während der Erwärmung lagert und dreht, und daß die Einrichtungen um das zylindrische Erzeugnis der durch Flammen erzeugten Hitze aussetzen, eine im wesentlichen senkrecht ausgerichtete Ofenstruktur und weiterhin Einrichtungen, um Abschnitte der Ofenstruktur voneinander zu trennen aufweisen, um Zugang zu dem Inneren der Ofenstruktur zu gewährleisten, wobei die Ofenstruktur einen von im wesentlichen senkrecht angeordneten Seitenwandsabschnitten trennbaren Bodenabschnitt aufweist, die Bodenabschnitte mit ihnen eine Vielzahl von Fükmmenbrennern verbunden zeigen die derart angeordnet sind, daß sie ununterbrochen bis in den Oberbereich des Ofens feuern und dadurch die Gesamtlänge des gewählten Oberflächenbereiches des zylindrischen Erzeugnisses innerhalb des Ofens übersteichen, und wobei die Innenwandungsabschnitte der Heizeinrichtung aus einem Material gebildet sind, welches Wärmespeichereigenschaften in der Größenordnung von ungefähr ein Drittel der Wärmespeicherung von Isolationssteinen aufweist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um Bereiche des zylindrischen Erzeugnisses vor dem direkten Aussetzen der erhitzten Umgebung innerhalb des Ofens zu isolieren.

31. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß Stabilisierungseinrichtungen für das zu behandelnde zylindrische Erzeugnis vorgesehen sind, wobei die Stabil!sionseinrichtungen eine Anzahl von im wesentlichen radial nach innen vorstehenden Teilen aufweisen, die derart angeordnet und ausgebildet sind, daß öle gegen einen außenliegenden Abschnitt des zylindrischen Erzeugnisses an Stellen lagern, die in serirechter Entfernung des Bereiches liegen, an dem das Erzeugnis unten abgestttzt ist.

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""·. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen zwei im wesentlichen symetrisch geformte Abschnitte wfreist, die im wesentlichen längs der Ofenmittellinie getrennt sind, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um jeden Ofenabschnitt außer Eingriff mit dem Bodenabschnitt zu bringen, wodurch die vertikal Beziehung zwischen Boden und den Abschnitten geändert werden kann.

^^-?. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die c-rrJcrechte Höhe des Ofens durch Hinzufügen oder weglassen einer oder mehrerer senkrechter Ofenverlängerungsabschnitte änderbar ist. ■

34. Zylindrisches Erzeugnis mit einer unterschiedlichen radialen Härte, welches radial nach innen abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Erzeugnis einer Arbeitshärte aufweist, die im wesentlichen durch die gesamte Arbeitstiefe des zylindrischen Erzeugnisses reicht und daß. eine Grenzzone vorhanden ist, in der die hohe Härte allmählich auf niedrige Härte abnimmt.

35. Zylindrisches Erzeugnis nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die größte Zugfestigkeit einerseits im Bezug auf die Oberfläche weiter innen liegt und daß die über eine größere radiale Entfernung verteilt ist, als bei bekannten Erzeugnissen,

36. Erzeugnis nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß ein geringerer Rest-Austenitgehalt für gleiche Härtegrade bei einer gegebenen Anlaßtemperatur als bei in üblicher Weise behandelten zylindrischen Breseugnissen vorgesehen ist.

37. Erzeugnis nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß es einen hohlen Mittelbereich aufweist.

38. Erzeugnis nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Erzeugnis eine Anlaßtemperatur bis zu ungefähr 600 F aufweist. onnocn/nnic

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