DE2431915C3 - Unterstützungskonstruktion zum verzugfreien Tauchhärten eines Werkstückes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Unterstützungskonstruktion zum verzugsfreien Tauchhärten eines kreisförmigen oder ovalen oder anders geformten, dünnwandigen Werkstückes mit Öffnung, das einen Rand bzw. Flansch mit planer Stirnfläche aufweist, insbesondere eines Kesselbodens oder eines ähnlichen gewölbten Blechpreß- oder Gußteils.

Bisher wurden Werkstücke, deren Wanddickc 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 kommi es zu einem mehr oder weniger starken Verzug der Werkstücke, was sich z. B. bei Kesselboden durch eine Veränderung des Borddurchmessers störend bemerkbar macht. Dieser Verzug wird verursacht durch unebene Auflage der Werkstücke während des Erhitzen.s 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

to 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).

Ferner ist aus der BBC-Firmendruckschrift EO 2012/S (7.59.2; IB): »Gasaufkohlung mit elektrischen

öfen in der Getriebefertigung«, vom Juli 1959, eine Unterstützungskonstruktion zum verzugsfreien Tauchhärten von Getriebekleinteilen bekannt Diese Unterstützungskonstruktion ist aber nicht geeignet für das Tauchhärten von größeren dünnwandigen Blechpreß- oder Gußteilen, ζ. B. Kesselboden. Für derartige Kesselboden waren nach vor die oben crAähntcn relativ aufwendigen und komplizierten Maschinen nötig.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine von maschinellen Antrieben freie, einfach herzustellende und zu handhabende Vorrichtung zu schaffen, um dünnwandige Körpvi, insbesondere Kesselböden aus Stahl, verzugsfrei härten zu können. Damit sollen Verzüge durch unebene Auflage im Ofen, ungleichmäßi-

.w ges Anheben des auf Härtetemperatur befindlichen Werkstückes und ungleichmäßige Abkühlung beim Eintauchen in die Abschreckflüssigkeit ausgeschaltet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Werkstück mit Öffnung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, wobei Luft und/oder Dampf durch die Öffnung entweichen können.

Bei einem Werkstück ohne öffnung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmi"? des Anspruchs 2 gelöst. Durch die insoweit erfindungsgemäße U-förmige Rohrleitung wird erreicht, daß Luft und/oder Dampf entweichen können.

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

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 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 Abschreckflüssigkdt liegt.

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

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, die

(ö verschiedene Ausführungsbcispiele zeigt, erläutert.

Fig.! ist ein Vertikalschnitt durch eine erfindungsge mäße Vorrichtung, auf die ein Kesselboden aufgesez-t 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 Grundriß. In den

Fig.5 und 6 sind weitere Ausführungformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen im Vertikalschnitt gezeigt

Die Vorrichtung bzw. Unterstützungskonstruktion für einen Kesselboden 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 für 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 auflegt Die Ringe 1, 2 und die Tragerippen 3 sowie auch gegebenenfalls die Haken 5 sind aus austenitischem, bis zur Härtetemperatur von etwa 900⁰C 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 — ;rfindungswesentlich. 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 Ahschrekken wird mit Hilfe des Gehänges 6 die Unterstiitzungskonstruktion mit dem daraufliegendci 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 Wer>ntück. 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 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 avif Härtetemperatur befindlichen Werkstückes und durch ungleichmäßige Abkühlung in der Abschreckflijssigkeit 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 10

ίο ist ein etwa U-förmiges Rohr 15 befestigt, dessen Eintrittcöffnung 16 in der Nähe der Mittelachse und knapp unterhalb des höchsten Punktes der Wölbung des Kesselbodens fliegt, während die Austrittsöffnung 17 über dem Niveau 18 der Abschreckflüssigkeit liegt, so

is daß Luft- und Wasserdampfblasen 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 hitzebeständigen" Stahl hergestellt und wird zusammen mit der UntcrsrJtziingskonstruktion 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.

jo Man kann auch, wie in F i g. 6 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 kennen Bohrungen 28 vorgesehen werden, durch die beim

4i, Eintauchen in den Abschreckbehälter die Abschreckflüss'^keit in Richtung der Pfeile 29 nach oben strömt. Solche Bohrungen 28 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.

Praktische Versuche mit Unterstützungskonstruktionen gemäß F i g. 5, wobei zu deren Herstellung hochfeste austenitische Bleche aus einem Stahl X 4

₅„ CrNiTi 18 11 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, 0,5u% 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 Au3endurchmesser von 1000 mm, einer Dicke von 18,0 mm und einem Gewicht von 0,21 bzw. mit einem

mi 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 iOOO 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 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. 530⁰C 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 Unrundse'n von bis zu 1% gestattet. Weiters wurden auch gute Festigkeitslinrl 7'ahia\n*ltCWf*rtt* in Atxn Rn^en farln0r»o)ll

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. UnterstOtzungskonstruktion zum verzugsfreien Tauchhärten eines kreisförmigen oder ovalen oder anders geformten, dünnwandigen Werkstückes mit Öffnung, das einen Rand bzw. Flansch mit planer Stirnfläche aufweist, insbesondere eines Kesselbodens oder eines ähnlich gewölbten Blechpreß- oder Gußteils, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstützungskonstruktion aus einem austenitischen, hitzebeständigen Stahl besteht, als planer Ringkörper (10, 20, 25) mit seitlichen Anschlägen (11,21,26) ausgebildet und mit einer Aufhängevorrichtung (5, 14,22, 27) versehen ist.

2. Unterstützungskonstruktion zum verzugsfreien Tauchhärten eines kreisförmigen oder ovalen oder anders geformten, dünnwandigen Werkstückes ohne Öffnung, das einen Rand bzw. Flansch mit planer Stirnfläche aufweist, insbesondere eines Kesselbodens oder "ines ähnlichen gewölbten Blechpreßoder Gußicüs. dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstützungskonstruktion aus einem austenitisehen, hitzebeständigen Stahl besteht, als planer Ringkörper (10, 20, 25) mit seitlichen Anschlägen (11, 21, 26) ausgebildet und mit einer Aufhängevorrichtung (5, 14, 22, 27) versehen ist, und daß an ihr eine den Ringkörper (10, 20, 25) durchdringende, etwa U-förmige Rohrleitung (15) befestigt ist, deren Eintrittsöffnung (16) im Eereich des höchsten Punktes des Werkstückes liegt und deren Austrittsöffnung (17) sus dem Tauchbad herausragt.

3. Unterstützungskonstruktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite des Ringköipc-s (10, 20) ringförmige oder radiale Versteifungsrippe . (12, 23, 13, 24) vorgesehen sind.

4. Unterstützungskonstruktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (10, 20) aus zwei konzentrisch angeordneten Ringen (1, 2) mit unterschiedlichen Durchmessern besteht, wobei die Ringe (1, 2) über radiale Tragerippen (3) verbunden sind.

5. Unterstützungskonstruktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper Bohrungen (28) oder Schlitze aufweist.