DE2431915B2 - Verfahren und Vorrichtung zum verzugfreien Abschrecken von auf Härtetemperatur erhitzten Werkstücken - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum verzugfreien Abschrecken von auf Härtetemperatur erhitzten WerkstückenInfo
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Description
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.
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.
ίο Dieser Verzug wird 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 Blechpreßoder
Gußteile verzugsfrei abzuschrecken; man hat vielmehr relativ aufwendige und komplizierte Maschinen
benötigt, die das Werkstücke während des Abschreckens in Rotation versetzen und gleichzeitig
seinen Rand oder Flansch, wo ein Verzug eintreten
kann, abstützen (DE-OS 21 00 407). Ähnliches gilt für das Härten von Stahlringen (siehe DE-OS 15 08 399).
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 Anhebens des auf Härtetemperatur befindlichen Werkstückes
und zufolge ungleichmäßiger Abkühlung beim Eintauchen in die Abschreckflüssigkeit ausgeschaltet
werden. Außerdem soll Vorsorge getroffen werden, daß
JS 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
Unterstützungskonstruktion gesetzt wird, die im wesentlichen ringförmig ausgebildet ist und daß 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.
w Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird beim Abschrecken von nach oben gewölbten Blechpreß-
bzw. Gußteilen eingeschlossenen 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.
t>() 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 Kesselböden besonders geeig-
b5 nete 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 höchstens 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 austenitische.i, mindestens bis
zur Härtetemperatur hitzebeständigen Walz- oder Schmiedestahl hergestellt ist
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, die verschiedene Ausführungsbeispieie zeigt, erläutert
Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße
Vorrichtung, auf die ein Kesselboden aufgesetzt ist, und
F i g. 2 ist der zugehörige Grundriß.
F i g. 3 gibt eine ähnliche Darstellung wie F i g. 1 für eine andere Ausführungsform wieder, die ein Rohr zum
Abführen von Luft und/oder Dampf aus dem Kesselboden aufweist.
F i g. 4 ist ein zur F i g. 3 gehöriger Grundrß. In den
F j g. 5 und 6 sind weitere Ausführungformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen im Vertikalschnitt
gezeigt.
Die Vorrichtung bzw. Unterstützungskonstruktion für einen Kesseiboden K nach den F i g. 1 und 2 besteht
aus konzentrisch angeordneten Ringen 1, 2 mit dazwischen radial angeordneten Tragerippen 3. Die
Tragerippen 3 bilden eine plane Stützfläche Tür die Auflage- bzw. Stirnfläche 4 des Kesselbodens K. Mit 5
sind außen am Ring 2 befestigte Haken für ein Gestänge 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 etwa 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 Abschrekken wird mit Hilfe des Gehänges 6 die Unterstützungskonstruktion mit dem daraufliegenden Kesselboden K
angehoben und in die Abschreckflüssigkeit 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; s'"·. wird an die gesamte Oberfläche des
Werkstückes gleichmäßig herangeführt. Im Kesselboden
K eingeschlossene Luft und gegebenenfalls sich bildende Dampfblasen 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.
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 F i g. 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 tO
ist 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 Abschreckflüssigkeit liegt, so daß Luft- und Wasserdampfblasen selbsttätig infolge
des Wasserdruckes in Richtung der Pfeile 19 in das Rohr
jo 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 K' aufgeheizt und in der vorbeschriebenen Weise abgeschreckt.
In F i g. 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 F i g. b gezeigt, als Unterstützungskonstruktion
eine einzige, relativ dicke, ringförmige Platte 25 aus austenitschem, 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 Abschreckflüssigkeit
in Richtung der Pfeile 29 nach oben strömt.
r> 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 F i g. 3 verbunden werden.
bo Praktische Versuche mit Unterstützungskonstruktionen
gemäß F i g. 5, wobei zu deren Herstellung hochfeste austenitische Bleche aus einem Stahl X 4
CrN'Ti 18 Il in Dicken von 24 und 52 mm verwendet wurden, ergaben außerordentlich günstige Ergebnisse
bei der Behandlung von Kesselboden aus einem Feinkorn-Baustahl mit einer Richtanalyse von 0,20% C,
0,50% Si, 1,7% Mn und etwa 0,1% Mo und einer Streckgrenze von mindestens 58 kp/mm2 bzw. einer
Zugfestigkeit von 72 kp/mm2. Es wurden mehrere Kesselboden durch Warmpressen mit einem Außendurchmesser
von 1000 mm, einer Dicke von 18,0 mm und einem Gewicht von 0,21 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 9000C, die Haltezeit 0,5 h bei den
Böden mit 1000 mm Durchmesser bzw. 1,0 bis 1.5 h bei
den Böden mit 2000 min Durchmesser. Die Bodenborde waren plangedreht und lagen während der Dauer der
Wärmebehandlung satt auf der Unterstützungskonslruktion — 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 Kesselboden 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 Kesselboden 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
ίο 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 Festigkeitsund Zähigkeitswerte in den Böden festgestellt.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch Kesselboden größeren Durchmessers und ebenso
andere ringförmige, ovale oder anders geformte Blechoder Gußteile verzugfrei vergütet werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zum verzugfreien Abschrecken von auf Härtetemperatur erhitzten Werkstücken, die
einen freien Rand bzw. Flansch aufweisen, insbesondere von Kesselböden und ähnlichen gewölbten
Blechpreß- bzw. Gußteilsn 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 daß das
Werkstück und die Unterstülzungskonstruktion auf Härtetemperatur erhitzt und sodann die Unterstützungskonstruktion
mit dem darauf ruhendem Werkstück in ein mit Abschreckflüssigkeit gefülltes
Becken eingetaucht wird.
2. Verfahren nach Abspruch 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.
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 Austrittsöffnung (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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