DE2454400A1

DE2454400A1 - End quench tests for through-hardening alloy steels - in which test-piece is inserted in heat insulating jacket

Info

Publication number: DE2454400A1
Application number: DE19742454400
Authority: DE
Inventors: Reiner Ing Grad Eberhard; Oskar Dipl Ing Zwirlein
Original assignee: FAG Kugelfischer Georg Schaefer KGaA; Kugelfischer Georg Schaefer and Co
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1974-11-16
Filing date: 1974-11-16
Publication date: 1976-05-20
Also published as: DE2454400B2; DE2454400C3

Abstract

Device for the end-quench testing of samples made from high-alloy, through-hardening steels, establishes the hardenability and microstructure. During quenching, the side surface of the test-piece is surrounded by means which suppress the extn. of heat, pref. using a wall with low heat-transfer, esp. a multi-shell wall where the intermediate spaces are filled with insulating materials such as rock wool, glass wool, asbestos or air. A simple and rapid end-quench test, is achieved, the results of which can be reliably used to predict the behaviour of large workpieces such as thick plates.

Description

Vorrichtung zur Untersuchung der Härtbarkeit von gut durchhärtenden Stählen Die nach der Härtung zu erwartende Härte und Gefügezusammenw setzung über den Querschnitt eines Werkstücks sind für die Auswahl des Stahls von ausschlaggebender Bedeutung, Daher wurden im Laufe der Zeit eine Reihe von Verfahren entwickelt, um die Durchhärtbarkeit zu ermitteln. Die heute bekanntesten Verfahren, die Durchhärtbarkeit zu ermitteln, sind der von Jominy entwickelte Stirnabschreckversuch, die Härtbarkeitsprüfung nach Grossmann und die Bestimmung der Härtbarkeit aus dem ZGU-SchaubildO Die Härtbarkeitsprüfung nach Grossmann geht von dem Härteverlauf aus, wie er bei Probestäben mit verschiedenen Durchmessern bei der Härtung in einem bestimmten Abschreckmedium ermittelt wird0 Als Kenngröße dient der Durchmesser, kritischer Durchmesser genannt, bei dem im Kern des Zylinders ein Gefüge von 50 °%0 Martensit entsteht. Die Nachteile dieser Methode zur Prüfung der Durchhärtbarkeit liegen darin, daß mit größer werdendem Zylinderdurchmesser immer mehr Material benötigt wird und außerdem das Trennen des Zylinders nach dem Härten immer schwieriger wird. Eine Grenze ist gesetzt durch die zur Verfügung stehende Trennschleifmaschine. Die weitere Möglichkeit, den gehärteten Zylinder zu trennen, wäre durch das Trennschweißen gegeben.Device for investigating the hardenability of well hardening Steels The expected hardness and structural composition after hardening The cross-section of a workpiece is crucial for the selection of the steel Meaning, Therefore, over time, a number of procedures have been developed to to determine the hardenability. The best-known process today, hardening to be determined are the forehead quenching test developed by Jominy, the hardenability test according to Grossmann and the determination of hardenability from the ZGU diagram O The hardenability test According to Grossmann, it is based on the hardness curve, as it is with test bars with different Diameters when hardening in a specific quenching medium is determined0 The parameter is the diameter, called the critical diameter, at which im The core of the cylinder has a structure of 50% 0 martensite. The disadvantages of this Method for testing the hardenability is that with increasing Cylinder diameter more and more material is required and also the separation of the Cylinder becomes more and more difficult after hardening. A limit is set by the available cut-off machine. The other option, the hardened Separating cylinders would be possible through cut-off welding.

Beim Trennschweißen werden jedoch weite Bereiche des Gefüges beschädigt, die durch ein langwieriges Abschleifen von vielen Millimetern beseitigt werden müsseno Die Nachteile der von Grossmann vorgeschlagenen Prüfung der Durchhärtbarkeit hinsichtlich Materialmenge und Schwierigkeiten beim Trennen der Zylinder sind beim Stirnabschreckversuch, auch Jominy-Versuch genannt, nicht gegeben, Hier wird nämlich nur eine zylindrische Stahlprobe mit einer Länge von 100 mm und einen Durchmesser von 25 mm auf Härtetemperatur erhitzt. Anschließend wird nur die Stirnfläche der Probe in einer besonderen Vorrichtung durch einen aufsteigenden Wasserstrahl abgeschreckt0 Nach dem Abschleifen von Bahnen parallel zur Probenachse wird die Härte in verschiedenen Abständen von der abgeschreckten Stirnseite gemessen. Sind die den Meßpunkten zugeordneten Abkühlungsgeschwindigkeiten bekannt, kann aus den gemessenen Werten das Umwandlungsverhalten der untersuchten Stahlqualität rückgeschlossen werden.However, large areas of the structure are damaged during cut-off welding, which have to be removed by lengthy grinding of many millimeters o The disadvantages of the test of hardenability proposed by Grossmann with regard to The amount of material and difficulties in separating the cylinders are to be found in the forehead quenching attempt, also called Jominy attempt, not given, namely only a cylindrical one is used here Steel sample with a Length of 100 mm and a diameter of Heated 25 mm to hardening temperature. Then only the end face of the sample Quenched in a special device by a rising jet of water0 After sanding tracks parallel to the specimen axis, the hardness becomes different Distances measured from the quenched face. Are those assigned to the measuring points If the cooling rates are known, the conversion behavior can be derived from the measured values the examined steel quality can be inferred.

Der Stirnabschreckversuch erfaßt jedoch nur einen vert hältnismäßig engen Bereich von Abkühlungsgeschwindign keiten und damit auch nur einen kleinen Teil des ZUU-Diagramms, Die mit zunehmenden Abstand von der Stirnseite der Stirnabschreckprobe zunächst abnehmende Abkühlungsgeschwindigkeit bleibt ein Abstand von etwa 65 mm von der Stirnseite praktisch konstant, was im ZTU-Diagramm bei der Abkühlung von 800 0C auf 500 0" etwa 215 sec entspricht0 Daher hat der StirnabschreckS versuch nur seine Bedeutung zur Prüfung der Härtbarkeit von unlegierten und niedrig legierten Stählen mit nicht allzu großer Einhärtetiefe und hat sich in Verbindung damit zur Schmelzenüberwachung bestens bewährt, Aus diesem Grunde wurden große Anstrengungen unternommen, um den Anwendungsbereich des Stirnabschreckversuchs zu erweitern. Im wesentlichen läuft es bei allen Versuchsanordnungen zur Erweiterung des Stirnabschreckversuchs darauf hinaus, durch gezielte Veränderungen der Masse der Probe oder durch zusätzliche Öfen, Heiz- und Regeleinrichtungen, Aufteilung der Probe uswç den Wärmeent zug zu verlangsamen. Dies alles erfordert einen hohen Aufwand, für jede Legierung sind nämlich andere Verhältnisse maßgebend. Ein weiterer Nachteil des Stirnabschreckversuchs besteht darin, daß nur das eine Abkühlgeschehen, hohe Abschreckwirkung an der Stirnseite, verfolgt werden kann0 Geringere Abschreckintensitäten am Rand sind wegen noch weiterer Einschränkung der Anwendbarkeit nicht sinnvoll; Eine Untersuchung der Zwischenstufenumwandlung ist unmöglich.The forehead quenching attempt, however, only covers a relative proportion narrow range of cooling speeds and thus only a small one Part of the ZUU diagram, which increases with the distance from the face of the face quenching test initially decreasing cooling rate, a distance of about 65 mm remains from the front side practically constant, which in the ZTU diagram when cooling from 800 0C to 500 0 "corresponds to about 215 sec only its significance for testing the hardenability of unalloyed and low-alloyed ones Steels with not too great a hardening depth and has become associated with it Melt monitoring has proven its worth. For this reason, great efforts have been made undertaken to expand the scope of the forehead quenching test. in the Essentially, it works with all test arrangements to expand the forehead quenching test moreover, through targeted changes in the mass of the sample or through additional Ovens, heating and control equipment, dividing the sample, etc. slow it down. All of this requires a great deal of effort for each alloy namely other conditions are decisive. Another disadvantage of the forehead quenching attempt consists in the fact that only one cooling process, high deterrent effect on the front side, can be tracked0 Lower quenching intensities at the edge are due to further Restriction of applicability does not make sense; An investigation into interstage conversion is impossible.

In jüngerer Zeit wurden für die Vergütbarkeit und damit auch die Durchhärtbarkeit großer Bauteile Abkühlungsverläufe in Platten und Zylindern berechnet und mit Versuchsergebnissen an realen Körpern vergleichen, Sind die zugehörigen ZGU-Diagramme bekannt, so läßt sich daraus Gefügezustand und Härte entnehmen, Jedoch sind bei diesen Verfahren große Fehler möglich, einerseits von der Rechnung her (Temperaturabhängigkeit von der Wärmeleitzahl, der Wärmeübergangs zahl und der spezifischen Wärme, Einfluß von den Umwandlungswärmen usw), andererseits wird die Kenntnis des ZGU-Diagramms für stetige Abkühlung vorausgesetzt0 ZDU-Diagramme für stetige Abkühlung sind aber in weit geringerer Anzahl vorhanden als Schaubilder für isotherme Versuchsführung. Weiterhin ist zu beachten, daß ein ZTU-Schaubild nur für diejenige Schmelze gilt, für die es aufgestellt wurde, so daß es notwendig ist, das Umwandlungsverhalten für jede einzelne Schmelze besonders zu ermitteln. Außerdem hängt das Umwandlungsverhalten von der Austenitisierung und der Korngröße abO Hier ergibt sich ein hoher Rechenaufwand, Außerdem ist das Verfahren sehr kompliziert0 Für die Praxis ist es wichtig, ein Verfahren zu haben, die Durchhärtbarkeit im Versuch einfach, schnell und möglichst genau zu bestimmend Es ergibt sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zu entwickeln, mit deren Hilfe die Nachteile bestehender Prüfmethoden vermieden werden können und mit geringem Materialaufwand eine Bestimmung des Härte- und Gefüge zus tands abhängig von der Wärmebehandlungsart an jeder beliebigen Stelle eines großen Werkstücks mit einfachen Mitteln anhand einer kleinen Probe festgestellt werden kann0 Die Lösung ist im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruchs enthaltene Die Durchhärtbarkeit von großen Bauteilen kann mit dünnen Proben untersucht werden0 Es kann also mit nur wenig Werkstoff und damit niedrigen Werkstoffkosten gearbeitet werden0 Dies ist besonders für Neuentwicklungen von Werkstoffen interessant, für die es dann genügt, nur geringe Mengen einer bestimmten Analyse im Laborofen zu erschmelzenO Die Proben sind nach der Wärmebehandlung leicht entnehmbarO Die Proben können ähnlich wie die Jominy-Proben leicht ausgewertet werden.More recently, for the hardenability and thus also the hardenability of large components, cooling processes in plates and cylinders are calculated and with test results compare on real bodies. If the associated ZGU diagrams are known, let structure and hardness can be derived from it, however, with these methods large errors possible, on the one hand from the calculation (temperature dependence of the coefficient of thermal conductivity, the number of heat transfer and the specific heat, influence of the heat of transformation, etc.), on the other hand, knowledge of the ZGU diagram for Continuous cooling required 0 ZDU diagrams for continuous cooling are in There are far fewer numbers than diagrams for isothermal experimentation. It should also be noted that a ZTU diagram only applies to the melt for which it was set up so that it is necessary to change behavior to be determined especially for each individual melt. In addition, the conversion behavior depends from the austenitization and the grain size abO This results in a high computational effort, In addition, the procedure is very complicated0 In practice it is important to have a To have a method that can be hardened through in the test simply, quickly and as far as possible precisely to be determined The task is therefore to develop a device, with the help of which the disadvantages of existing test methods can be avoided and A determination of the hardness and structure is dependent on the state of hardness and structure with little material expenditure of the type of heat treatment at any point on a large workpiece can be determined by simple means on the basis of a small sample0 The solution is contained in the characterizing part of the first claim the The hardenability of large components can be investigated with thin samples0 It is therefore possible to work with only a little material and thus with low material costs werden0 This is particularly interesting for new developments of materials, for which it is then sufficient to only apply small amounts to a specific analysis in the laboratory furnace melt O The samples are easy to remove after the heat treatment O The samples can be easily evaluated similar to the Jominy samples.

Durch die Herstellung von Einspannvorrichtungen verschiedener Länge und den damit durchgeführten Untersuchungen kann der gesamte Einsatzbereich eines Werkstoffs leicht untersucht werden. Bei der Untersuchung erhält man den Härteverlauf und die Gefügezusammensetzung wie bei einer sehr großen Platte, wobei die Dicke der Platte der Länge der Vorrichtung entspricht0 Die damit ermittelten Werte geben Auskunft über das wirkliche Materialverhalten über den gesamten Querschnitt0 Es können keine Übertragunge fehler gemacht werden und Ungenauigkeiten von verschiedenen Untersuchungsmethoden an sich werden ausgeschlossen.By making jigs of various lengths and the examinations carried out with it, the entire area of application of a Material can be easily examined. The hardness curve is obtained during the investigation and the structural composition as with a very large plate, with the thickness the plate corresponds to the length of the device Information about the real material behavior over the entire cross-section0 Es no transmissions can be made errors and inaccuracies of various Investigation methods per se are excluded.

Es können Wärmebehandlungen verschiedenster Art vorgew nommen werden. So kann z.B. das Abschrecken in einem Warmbad vorgenommen werden und es lassen sich leicht Zwischenstufenumwandlungen untersuchen.A wide variety of heat treatments can be carried out. For example, quenching can be carried out in a hot bath and it can be done easily examine interstage conversions.

Die Vorrichtungen sind leicht und billig herzustellen.The devices are easy and inexpensive to manufacture.

Sie lassen sich analog der gezeigten Ausführung für die Untersuchungen der Härtbarkeit dicker Platten auch für andere geometrische Ausführungen umgestalten.They can be used for the examinations analogously to the design shown the hardenability of thick plates for other geometrical designs.

Die Erfindung wird anhand einer beispiels gemäß nachfolgenden Figur näher erläutert0 Die Vorrichtung besteht aus einem inneren Rohr 1, einem mittleren Rohr 2 und einem äußeren Rohr 3o Diese werden durch eine angeschweißte Deckplatte 4 zusammengehalten0 Zwischen dem inneren Rohr 1 und dem mittleren Rohr 2 befindet sich ein Isoliermaterial 5, wie zOBO Steinwolle, Glaswolle, Asbest, Zwischen dem mittleren Rohr 2 und dem äußeren Rohr 3 ist ein Luftraum 6 angeordnet0 Mit einer Kegeldichtung 7 wird die Probe 8 im inneren Rohr 1 festgehalten. Die Kegeldichtung 7 verhindert das Eindringen von Abschreckmedium in den Luftraum 9 zwischen Probe 8 und innerem Rohr lo Der Werkstoff des inneren Rohres 1 wird so gewählt9 daß seine Wärmeleitfähigkeit etwa der Leitfähigkeit des zu untersuchenden Materials im gesamten Temperaturbereich entspricht.The invention is based on an example according to the following figure explained in more detail0 The device consists of an inner tube 1, a middle pipe 2 and an outer pipe 3o These are welded by a Cover plate 4 held together0 Between the inner tube 1 and the middle tube 2 there is an insulating material 5, such as zOBO rock wool, glass wool, asbestos, intermediate the middle pipe 2 and the outer pipe 3 is arranged an air space 6 with a Conical seal 7, the sample 8 is held in the inner tube 1. The cone seal 7 prevents the quenching medium from penetrating into the air space 9 between the sample 8 and inner tube lo The material of the inner tube 1 is chosen so that its Thermal conductivity roughly the conductivity of the material to be examined as a whole Temperature range.

Geringe Wärmeleitfähigkeitsunterschiede gleicht der Luftraum 9 zwischen Probe 8 und innerem Rohr 1 aus0 Mit genannter VOrrichtung läßt sich folgender Verfahrensablauf erreichen: Die Vorrichtung wird mit der Probe 8 erhitzt und dann mit der Vorrichtung in einem gewünschten Abschreckmedium abgeschreckt. Hierbei wird die zylindrische Probe 8 in der Vorrichtung so gehalten, daß sie nur an der Stirnseite 8 vom Abschreckmedium berührt wirdo Die Hauptanforderung, daß der Wärmeübergang in radialer Richtung so klein gehalten wird, daß er gegenüber dem Wärmeentzug in axialer Richtung vernachläßigt werden kann, wird durch die den Wärmeentzug hemmenden Mittel erreicht, und zwar durch die Anordnung der Probe 8 in der erfindungsgemäßen Isoliereinrichtung, durch die die Wärmeabfuhr in radialer Richtung praktisch verhindert wird. Durch die HintereinanderschalC tung von den verschiedenen Isolierschichten wird eine optimale Wärmedehnung erreicht. Nach Entnahme der Probe nach einer gewimsohten Wärmebehandlung kann diese bei geringer Schleifzustellung und ausreichender Kühlflüssigkeit abgeschliffen und anschließend ausgewertet werden0 Die Vorrichtung kann genau in der Länge ausgeführt werden, die der zu untersuchenden Plattenstärke entspricht0 Am gegenüberliegenden stirnseitigen Ende ist die Ausbildung der Probeaufnahme und die Rohrverschweißung genauso wie am zuerst beschriebenen Ende ausgebildet0 Jedoch kann auch hier durch eine analoge Anordnung der Isolierschichten wie an der Mantelfläche der Wärmeentzug verhindert werden0The air space 9 compensates for slight differences in thermal conductivity Sample 8 and inner tube 1 from 0 With the device mentioned, the following process sequence can be carried out achieve: The device is heated with the sample 8 and then with the device quenched in a desired quenching medium. Here the cylindrical Sample 8 held in the device so that it is only on the end face 8 of the quenching medium o The main requirement that the heat transfer in the radial direction is so is kept small that it is neglected in relation to the heat extraction in the axial direction is achieved by the means inhibiting heat extraction, namely by the arrangement of the sample 8 in the insulating device according to the invention which practically prevents heat dissipation in the radial direction. Through the one behind the other C. Due to the different insulation layers, optimal thermal expansion is achieved. After taking the sample after a usual heat treatment, this can be less Grinding infeed and sufficient coolant sanded off and then be evaluated 0 The device can be carried out precisely in length corresponding to the panel thickness to be examined 0 Am opposite the front end is the formation of the test receptacle and the pipe welding designed in the same way as at the end described first0 However, it can also go through here an analogous arrangement of the insulating layers as on the outer surface of the heat extraction prevented0

Claims

Claims lo device for the forehead quenching of samples high-alloy, through-hardening steels to determine the through-hardenability or microstructure , characterized in that the sample on its outer surface when quenching the heat deprivation inhibiting agents is surrounded0

2. Apparatus according to claim 1, characterized marked. that the heat deprivation inhibiting means from a wall with little Heat transfer consists0 3 ¢ Device according to Claim 2, characterized. that the wall inhibiting the extraction of heat is designed with multiple shells0 40 device according to claim 3, characterized in that the space between the multi-shell Wall filled with an insulating material such as rock wool, glass wool, asbestos, air isto