DE2431915A1

DE2431915A1 - Verfahren und vorrichtung zum verzugfreien abschrecken von auf haertetemperatur erhitzten werkstuecken

Info

Publication number: DE2431915A1
Application number: DE2431915A
Authority: DE
Inventors: Berndt Drexler; Franz Klicnik; Heinz Dipl Ing Mildner; Franz Dipl Ing Dr M Oberhauser; Heinrich Dipl Ing Rudelstorfer; Felix Dipl Ing Dr Tech Wallner
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1973-07-24
Filing date: 1974-07-03
Publication date: 1975-02-13
Also published as: GB1466890A; CS188187B2; DD115153A5; FR2238766B1; IT1017059B; FR2238766A1; ATA651373A; AT343709B; DE2431915C3; BE817773A; US3977914A; DE2431915B2

Description

DR. WCHARD GLAWE . 2 A 3 1 9 ]

DIPL.-ING. KLAUS DELFS
DR. WALTiR MOLL
PATENTANWÄLTE

HAMBURG 52, WAITZSTR. 12

ρ 7298/74

Vereinigte österreichische Eisen- und Stahlwerke - Alpine Montan Aktiengesellschaft

Wien, Österreich

Verfahren und Vorrichtung zum verzugfreien Abschrecken von auf Härtetemperatur erhitzten Werkstücken

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum verzugfreien Abschrecken von auf Härtetemperatur erhitzten Werkstücken, die einen freien Rand bzw. Flansch aufweisen, insbesondere von Kesselboden und ähnlichen gewölbten Blechpreß- bzw. Gußteilen mit im Vergleich zu ihrem Formstückdurchmesser verhältnismäßig geringer Wanddicke, die nach der Entnahme aus einem Härteofen in ein mit einer Abschreckflüssigkeit gefülltes Becken getaucht werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

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Bisher wurden Werkstücke, deren Wanddicke im Vergleich zu ihren Abmessungen verhältnismäßig gering ist, nach der Entnahme aus dem Härteofen ohne Verwendung einer speziellen Hebevorrichtung in ein mit einer Abschreckflüssigkeit gefülltes Becken getaucht.

Bei dieser Art der Abschreckung kommt es zu einem mehr oder weniger starken Verzug der Werkstücke, was sich z.B. bei Kesselböden durch eine Veränderung des Borddurchmessers störend bemerkbar macht. Dieser Verzug v/ird verursacht durch unebene Auflage der Werkstücke während des Erhitzens im Härteofen, durch ungleichmäßiges Anheben der Werkstücke beim Transport vom Härteofen zur Abschreckeinrichtung und durch ungleichmäßige Abkühlung des Werkstückes. Es ist bisher nicht gelungen, mit einfachen Mitteln Kesselböden und ähnliche dünnwandige Blechpreß- oder Gußteile verzugsfrei abzuschrecken; man hat vielmehr relativ aufwendige und komplizierte Maschinen benötigt, die das Werkstück während des Abschreckens ±i Rotation versetzen und gleichzeitig seinen Rand oder Flansch, wo ein Verzug eintreten kann, abstützen (DOS Nr. 2 100 407). Ähnliches gilt für das Härten von Stahlringen (siehe DOS Nr. 1 508 399).

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein einfaches Verfahren vorzusehen und eine von maschinellen Antrieben freie, einfach herzustellende und handzuhabende Vorrichtung zu schaffen, um dünnwandige Körper, insbesondere Kesselböden aus Stahl, verzugfrei härten zu können. Damit sollen Verzüge zufolge unebener Auflage im Ofen, zufolge ungleichmäßigen An-

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hebens des auf Härtetemperatur befindlichen Werkstückes und zufolge ungleichmäßiger Abkühlung beim Eintauchen in die Abschreckflüssigkeit ausgeschaltet werden. Außerdem soll Vorsorge getroffen werden, daß die Entstehung von Luft- und/oder Dampfpolstern beim Härten von gewölbten Werkstücken vermieden wird, um die Eigenschaften des gehärteten Werkstückes zu verbessern.

Demnach besteht die Erfindung bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art darin, daß das gegebenenfalls durch Drehen, Hobeln oder Schleifen mit planer Stirnfläche gearbeitete Werkstück auf eine plane Unterstützungskonstruk-

tion gesetzt wird, die im wesentlichen ringförmig ausgebildet ist und aus einem austenitischen, nicht verzundernden Ma- ^s terial besteht, wobei das Material im Bereich zwischen der Temperatur der Abschreckflüssigkeit und der Härtetemperatur im wesentlichen keine Phasenumwandlung (Gefügeumwandlung)
erfährt; das Werkstück und die Unterstützungskonstruktion
auf Härtetemperatur erhitzt und sodann die Unterstützungskonstruktion mit dem darauf ruhenden Werkstück in ein mit Abschreckflüssigkeit gefülltes Becken eingetaucht wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird
beim Abschrecken von nach oben gewölbten Blechpreß- bzw.
Gußteilen eingeschlossene Luft und/oder beim Eintauchen
in die Abschreckflüssigkeit entstehender Dampf aus der Wölbung durch eine öffnung oder Bohrung im Werkstück entfernt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann zwei konzentrisch angeordnete Ringe verschiedenen Durchmessers, die durch radiale Tragerippen verbunden sind, aufweisen.

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Man kann aber auch einen Ringkörper mit seitlichen Anschlägen vorsehen, wobei gegebenenfalls zur Versteifung auf der Unterseite des Ringkörpers ringförmige oder radial verlaufende Rippen vorgesehen sind.

Eine für geschlossene Kesselboden besonders geeignete Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine die Ringe bzw. den Ringkörper durchsetzende, etwa U-förmige Rohrleitung für die Abfuhr von Luft und/oder Dampf während des Abschreckens, wobei die Eintrittsöffnung im Bereich des höchsten Punktes der Wölbung des Blechpreß- bzw. Gußteiles und die Austrittsöffnung in einem Abstand .über dem Niveau der Abschreckflüssigkeit liegt.

Ein wesentliches Merkmal besteht darin, daß die Vorrichtung aus einem austenitischen, mindestens bis zur Härtetemperatur hitzebeständigen Walz- oder Schmiedestahl hergestellt ist.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden an Hand der beigefügten Zeichnung, die verschiedene Ausführungsbeispiele zeigt, erläutert.

Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, auf die ein Kesselboden aufgesetzt ist, und Fig. 2 ist der zugehörige Grundriß. Fig. 3 gibt eine ähnliche Darstellung wie Fig. 1 für eine andere Ausführungsform wieder, die ein Rohr zum Abführen von Luft und/ oder Dampf aus dem Kesselboden aufweist. Fig. 4 ist ein zur Fig. 3 gehöriger Grundriß. In den Fig. 5 und 6 sind weitere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen im Vertikalschnitt gezeigt.

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Die Vorrichtung bzw. Unterstützungskonstruktion für einen Kesselboden K nach den Fig. 1 und 2 besteht aus konzentrisch angeordneten Ringen 1, 2 mit dazwischen radial angeordneten Tragerippen 3. Die Tragerippen 3 bilden eine plane Stützfläche für die Auflage- bzw. Stirnfläche 4 des Kesselbodens K. Mit 5 sind außen am Ring 2 befestigte Haken für ein Gehänge 6 bezeichnet. In dem Kesselboden K wird in der Mitte, im höchsten Punkt seiner Wölbung, eine Öffnung 7 ausgeschnitten. Der Bord des Kesselbodens, der nach dem Boden-Pressen uneben ist, wird zunächst durch Drehen, Hobeln oder Schleifen plan gemacht, so daß er in allen Punkten auf den Tragerippen 3 aufliegt. Die Ringe 1, 2 und die Tragerippen 3 sowie auch gegebenenfalls die Haken 5 sind aus austenitischem, bis zur Härtetemperatur von etv/a 900° C hitzebeständigem Walz- oder Schmiedestahl hergestellt. Beispielsweise können hitzebeständige Walz- und Schmiedestähle nach dem "Stahl-Eisen-Werkstoffblatt 470-60"" mit den Werkstoffnummern 1.4821, 1.4878, 1.4328, 1.4841, 1.4845, 1.4864 zur Herstellung einer Schweißkonstruktion verwendet werden. Die vorgenannten Stähle haben einen im Bereich zwischen 16% und 25 % liegenden Chromgehalt und einen im Bereich zwischen 10 % und 33,5 % liegenden Nickelgehalt und zeichnen sich dadurch aus, daß sie während der Wärmebehandlung keine Gefügeumwandlung erfahren und somit absolut verzugfrei bleiben. Die Verwendung derartiger Stähle für die Herstellung einer ringförmigen Unterstützungskonstruktion ist - vor allem bei wiederholtem Gebrauch - erfindungswesentlich. Der Kesselboden K wird zusammen mit der Unterstützungskonstruktion mit einem Kran od. dgl. in den Härteofen unter Beibehaltung der in Fig. 1 gezeichneten Lage eingesetzt und auf Härtetemperatur erwärmt. Zum Abschrecken wird mit Hilfe des Gehänges 6 die Unterstützungskonstruktion mit dem daraufliegenden Kes-

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selboden K angehoben und in die Äbschreckflüssigkeit in einem nicht dargestellten Becken eingetaucht. Wesentlich ist dabei, daß die Hebewerkzeuge nur an dem Gehänge angreifen, nicht am Werkstück. Die Abschreckflüssigkeit, z.B. Wasser, strömt von unten durch die große, durch den Durchmesser des Ringes 2 gegebene Öffnung gegen die Innenwand und ebenso durch die zwischen den Tragerippen 3 vorhandenen Öffnungen in Richtung der Pfeile 8; sie wird an die gesamte Oberfläche des Werkstückes gleichmäßig herangeführt. Im Kesselboden K eingeschlossene Luft und'gegebenenfalls sich bildende Dampfiasen entweichen durch die Öffnung 7 in Richtung der Pfeile 9. Die Öffnung 7 wird sofern nicht in diesem Bereich später ein Mannloch oder ein anderer Anschluß vorgesehen ist - nach abgeschlossener Wärmebehandlung durch Einschweißen eines Stopfens verschlossen.

Auf diese Weise werden Verzüge durch ungleichmäßiges Anheben des auf Härtetemperatur befindlichen Werkstückes und durch ungleichmäßige Abkühlung in der Abschreckflüssigkeit vermieden; bei der Prüfung so abgeschreckter Werkstücke wurden gleichmäßige technologische Eigenschaften festgestellt.

Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht aus einem Ringkörper 10 mit Anschlägen 11, wobei der Ring 10 durch einen senkrecht angesetzten rohrförmigen Teil 12 und Rippen 13 versteift ist. Mit 14 sind für das Anhängen an ein Gehänge 6 bestimmte Haken bezeichnet. Unterhalb des für die Aufnahme des geschlossenen Kesselbodens K' bestimmten Ringes 10 ist

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ein etwa U-förmiges Rohr 15 befestigt, dessen Eintrittsöffnung 16 in der Nähe der Mittelachse und knapp unterhalb des höchsten Punktes der Wölbung des Kesselbodens K' liegt, während die Austrittsöffnung 17 über dem Niveau 18 der Äbschreckflüssigkeit liegt, so daß Luft- und Wasserdampiblasen selbsttätig infolge des Wasserdruckes in Richtung der Pfeile 19 in das Rohr 15 bzw. ins Freie strömen können. Selbstverständlich kann auch an das Rohr 15 eine Saugvorrichtung angeschlossen werden. Das Rohr 15 ist ebenso wie die anderen Teile aus hitzebeständigem Stahl hergestellt und wird zusammen mit der Unterstützungskonstruktion und dem Kesselboden K¹ aufgeheizt und in der vorbeschriebenen Weise abgeschreckt.

In Fig. 5 ist eine aus einem relativ breiten Ring 20 mit Anschlägen 21, einem Versteifungsflansch 23 und radial angeordneten Rippen 24 gebildete Unterstützungskonstruktion für Kesselboden K oder Rohre R unterschiedlichen Durchmessers dargestellt, die Haken 22 für ein Gehänge aufweist.

Man kann auch, wie in Fig. 6 gezeigt, als Unterstutzungskonstruktion eine einzige, relativ dicke, ringförmige Platte 25 aus austenitischem, hitzebeständigem Stahl verwenden und auf Versteifungsrippen verzichten, wodurch die Anzahl der Schweißnähte vermindert und die Herstellung vereinfacht wird. An den Ringkörper 25 sind Anschläge 26 und Haken 27, die gleichzeitig auch der Zentrierung des Werkstückes dienen, angeschweißt. Zur Verbesserung der Strömungsbedingungen können Bohrungen 28 vorgesehen werden, durch die beim Eintauchen in den Abschreckbehälter die Abschreckflüs-

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sigkeit in Richtung der Pfeile 29 nach oben strömt. Solche Bohrungen 29 oder Schlitze können auch in den Ringen 10, 20 angebracht werden, und ebenso kann auch jede der in den Fig. 1, 5 und 6 dargestellten Unterstützungskonstruktionen mit einem Rohr 15 gemäß Fig. 3 verbunden v/erden.

Praktische Versuche mit Unterstützungskonstruktionen gemäß Fig. 5, wobei zu deren Herstellung hochfeste austenitische Bleche aus einem Stahl X 4 CrNiTi 18 11 in Dicken von 24 und 52 mm verwendet wurden, ergaben außerordentlich günstige Ergebnisse bei der Behandlung von Kesselböden aus einem Feinkorn-Baustahl mit einer Richtanalyse von 0,20 % C, 0,50 % Si, 1,7 % Mn und etwa 0,1 % Mo und

2 einer Streckgrenze von mindestens 58 kp/mm bzw. einer Zugfestigkeit von 72 kp/mm . Es wurden mehrere Kesselböden durch Warmpressen mit einem Außendurchmesser von 1000 mm, einer Dicke von 18,0 mm und einem Gewicht von 0,2 t bzw. mit einem Außendurchmesser von 2000 mm, einer Dicke von 29,5 mm, 48,5 mm und 58,0 mm und einem Gewicht von 1,2 t, 2,1 t und 2,5 t hergestellt. Die Härtetemperatur betrug einheitlich 9OO° C, die Haltezeit 0,5 h bei den Böden mit 1000 mm Durchmesser bzw. 1,0 bis 1,5 h bei den Böden mit 2000 mm Durchmesser. Die Bodenborde waren plangedreht und lagen während der Dauer der Wärmebehandlung satt auf der Unterstützungskonstruktion - am Ring 20 - auf. In den Bodenzentren wurden Öffnungen 7 mit 100 bzw. 190 mm Durchmesser angebracht, damit beim anschließenden Abschrecken in Wasser Luft und Dampf entweichen konnten. Nach dem Austenitisieren der Kesselböden betrug die Zeit zwischen dem Öffnen des Härteofens und dem Eintauchen der Unterstützungskonstruktion mit dem Kesselboden ins Wasser 70 bis 90 see. Anschließend erfolgte ein Anlassen der

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Kesselböden auf 540 bzw. 530° C mit einer Haltezeit von 1,3 bzw. 2,0 h mit anschließender Abkühlung an ruhender Luft. Alle Böden wurden vor und nach dem Vergüten genauestens ausgemessen, und es wurde festgestellt, daß die Außendurchmesser der Kesselboden um weniger als + 0,4 % vom Sollwert abweichen, während sich bei den Wölbungsradien keine Veränderung zeigte. Das Unrundsein betrug 0,15 bis 0,55 %, wobei die Toleranz für gepreßte Böden dieser Art ein Unrundsein von bis zu 1 % gestattet. Weiters wurden auch gute Festigkeits- und Zähigkeitswerte in den Böden festgestellt.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch Kesselboden größeren Durchmessers und ebenso andere ringförmige, ovale oder anders geformte Blech- oder Gußkörper verzugfrei vergütet werden.

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Claims

2431315 Patentansprüche :

1. Verfahren zum verzugfreien Abschrecken von auf Härtetemperatur erhitzten Werkstücken/ die einen freien Rand bzw. Plansch aufweisen _r insbesondere von Kesselböden und ähnlichen gewölbten Blechpreß- bzw. Gußteilen mit im Vergleich zu ihrem Formstückdurchmesser verhältnismäßig geringer Wanddicke, die nach der Entnahme aus' einem Härteofen in ein mit einer Abschreckflüssigkeit gefülltes Becken getaucht werden, dadurch gekennzeichnet, daß das gegebenenfalls durch Drehen, Hobeln oder Schleifen mit planer Stirnfläche gearbeitete Werkstück auf eine plane Unterstützungskonstruktion gesetzt wird, die im wesentlichen ringförmig ausgebildet ist und aus einem austenitischen, nicht verzundernden Material besteht, wobei das Material im Bereich zwischen der Temperatur der Abschreckflüssigkeit und der Härtetemperatur im wesentlichen keine Phasenumwandlung (Gefügeumwandlung) erfährt; das Werkstück und die Unterstützungskonstruktion auf Härtetemperatur erhitzt und sodann die Unterstützungskonstruktion mit dem darauf ruhendem Werkstück in ein mit Abschreckflüssigkeit gefülltes Becken eingetaucht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abschrecken von nach oben gewölbten Blechpreß- bzw. Gußteilen eingeschlossene Luft und/oder beim Eintauchen in die Abschreckflüssigkeit entstehender Dampf aus der Wölbung durch eine Öffnung oder Bohrung im Werkstück entfernt wird.

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3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zwei konzentrisch angeordnete Ringe (1/ 2) verschiedenen Durchmessers, die durch radiale Tragerippen (3) verbunden sind.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Ringkörper (10, 20, 25) mit seitlichen Anschlägen (11, 21, 26) wobei gegebenenfalls zur Versteifung auf der Unterseite des Ringkörpers (10, 20) ringförmige oder radial verlaufende Rippen (12, 23; 13, 24) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine die Ringe bzw. den Ringkörper durchsetzende, etwa U-förmige Rohrleitung für die Abfuhr von Luft und/oder Dampf während des Abschreckens, wobei die Eintrittsöffnung (16) im Bereich des höchsten Punktes der Wölbung des Blechpreß- bzw. -Gußteiles und die Aust trittsöffnung (17) in einem Abstand über dem Niveau (18) der Abschreckflüssigkeit liegt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem austenitischen, mindestens bis zur Härtetemperatur hitzebeständigen Walz- oder Schmiedestahl hergestellt ist.

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