DE2454400C3

DE2454400C3 - Device for investigating the hardenability of well hardening steels

Info

Publication number: DE2454400C3
Application number: DE19742454400
Authority: DE
Inventors: Reiner Ing.(Grad.) 8783 Hammelburg Eberhard; Oskar Dipl.-Ing. 8720 Schweinfurt Zwirlein
Original assignee: FAG Kugelfischer Georg Schaefer KGaA
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1974-11-16
Filing date: 1974-11-16
Publication date: 1979-10-04
Also published as: DE2454400A1; DE2454400B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Stirnabschreckung von Proben aus hochlegierten, durchhärtenden Stählen zur Ermittlung der Durchhärtbarkeit bzw. Gefügestruktur.The invention relates to a device for the forehead quenching of samples made of high-alloy, through-hardening steels to determine the through-hardenability or microstructure.

Die nach der Härtung zu erwartende Härte und Gefügezusammenselzung über den Querschnitt eines Werkstücks sind für die Auswahl des Stahls von ausschlaggebender Bedeutung. Daher wurden im Laufe der Zeit eine Ri.^:he von Verfahren entwickelt um die Durchhärtbarkeit zu ermitteln. D^ heute bekanntesten Verfahren, die Durchhärtbarkeit zu ermitteln, sind der von J ο m i η y entwickelte Stirnab'-chreckversuch, die Härtbarkeitsprüfung nach Grossmann und die Bestimmung der Härtbarkeit aus dem ZTU-Schaubild.The hardness and structural composition to be expected after hardening over the cross-section of a workpiece are of decisive importance for the selection of the steel. Therefore, a Ri over time ^were:. He developed methods to determine the hardenability. The best-known methods today to determine the hardenability are the frontal test developed by J ο mi η y, the hardenability test according to Grossmann and the determination of the hardenability from the ZTU diagram.

Die Härtbarkeitsprüfung nach Grossmann geht von dem Härteverlauf aus, wie er bei Probestäben mit verschiedenen Durchmessern bei der Härtung in einem bestimmten Abschreckmedium ermittelt wird. Als Kenngröße dient der Durchmesser, kritischer Durchmesser genannt, bei dem im Kern des Zylinders ein Gefüge von 50% 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. Beim Trennschweißen werden jedoch weite Bereiche des Gefüges beschädigt, die durch ein langwieriges Abschleifen von vielen Millimetern beseitigt werden müssen.The hardenability test according to Grossmann is based on the hardness curve, as it is with test rods different diameters during hardening in a certain quenching medium is determined. as The parameter is the diameter, called the critical diameter, at the core of the cylinder A structure of 50% martensite arises. The disadvantages of this method for testing through-hardenability lie in the fact that the larger the cylinder diameter, more and more material is required and in addition, the separation of the cylinder after hardening becomes more and more difficult. A limit is set by the available cut-off machine. The further option of the hardened cylinder too cut would be given by the cut-off welding. However, wide areas are used in cut-off welding the structure is damaged, which can be removed by lengthy grinding of many millimeters have to.

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 abgeschreckt. Nach dem Abschleifen von Bahnen parallel zur Probenachse wird die Härte in verschiedenen Abständen von derThe disadvantages of the test of the hardenability proposed by Grossmann with regard to the amount of material and difficulties in separating the cylinders are in the forehead deterrent attempt, also Jominy attempt named, not given, namely here only a cylindrical steel sample with a length of 100 mm and heated to hardening temperature with a diameter of 25 mm. Then only the face of the Sample quenched in a special device by a rising water jet. After this Grinding tracks parallel to the specimen axis will set the hardness at different distances from the abgeschreckten Stirnseite gemessen. Sind die den Meßpunkten zugeordneten Abkühlungsgesehwindigke'iten bekannt kann aus den gemessenen Werten auf das Umwandlungsverhalten der untersuchten Stahlqualität rückgeschlossen werden.measured on the quenched face. If the cooling velocities assigned to the measuring points are known, the measured values can be used to refer to the Conversion behavior of the investigated steel quality can be deduced.

Der Stirnabschreckversuch erfaßt jedoch nur einen verhältnismäßig engen Bereich von Abkühlungsgeschwindigkeiten und damit auch nur einen kleinen Teil des ZTU-Diagramms. Die mit zunehmendem AbstandHowever, the forehead quenching test only covers a relatively narrow range of cooling speeds and thus only a small part of the ZTU diagram. The ones with increasing distance von der Stirnseite der Stirnabschreckprobe zunächst abnehmende Abkühlungsgeschwindigkeitbleibtin einem Abstand von etwa 65 mm von der Stirnseite praktisch konstant was im ZTU-Diagramm bei der Abkühlung· von 800⁰C auf 500⁰C etwa 215 see entspricht Daher hatThe cooling speed, which initially decreases from the end face of the face quenching sample, remains practically constant at a distance of about 65 mm from the end face, which corresponds to around 215 ^{seconds in the TTT diagram for cooling from 800 °} C to 500 ^{° C}

is der Stirnabschreckversuch 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 wurdenis the attempt to deter the forehead only for its meaning Testing of the hardenability of unalloyed and low-alloy steels with not too great a hardening depth and has proven itself in connection with it for melt monitoring. For this reason, 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 dergreat efforts have been made to expand the scope of the forehead quenching test, It essentially runs on it in all test arrangements for expanding the forehead quenching test addition, through targeted changes in the mass of the

Probe oder durch zusätzliche öfen, Heiz- und Regeleinrichtungen, Aufteilung der Probe usw. den Wärmeentzug zu verlangsamen. Dies alles erfordert einen hohen Aufwand, für jede Legierung sind nämlich andere Verhältnisse maßgebend. Ein weiterer NachteilSample or through additional ovens, heating and Control devices, division of the sample, etc. to slow down the extraction of heat. All of this requires a lot of effort, because different conditions are decisive for each alloy. Another disadvantage des Stirnabschreckversuchs besteht darin, daß nur das eine Abkühlgeschehen, hohe Abschreckwirkung an der Stirnseite, verfolgt werden kann. Geringere Abschreckintensitäten am Rand sind wegen noch weiterer Einschränkung der Anwendbarkeit nicht sinnvoll. Eine of the forehead quenching test consists in the fact that only one cooling process, a high quenching effect on the front side, can be followed. Lower quenching intensities at the edge are not advisable because of an even further limitation of applicability. One Untersuchung der Zwischenstufenumwandlung ist unmöglich.Investigation of interstage conversion is impossible.

In jüngerer Zeit wurden für die Vergütbarkeit und damit auch die Durchhärtbarkeit großer Bauteile Abkühlungsverläufe in Platten und Zylindern berechnetMore recently have been used for remuneration and This also calculates the hardening properties of large components as the cooling processes in plates and cylinders are calculated und mit Versuchsergebnissen an realen Körpern verglichen. Sind die zugehörigen ZTU-Diagramme bekannt, so läßt sich daraus Gefügezustand und Härte entnehmen. Jedoch sind bei diesen Verfahren große Fehler möglich, einerseits von der Rechnung herand compared with test results on real bodies. Are the associated ZTU diagrams known, the structural condition and hardness can be derived from it. However, these methods are great Errors possible, on the one hand from the calculation (Temperaturabhängigkeit von der Wärmeleitzahl, der Wärmeübergangszahl und der spezifischen Wärme, Einfluß von den Umwandlungswärmen usw.), andererseits wird die Kenntnis des ZTU-Diagramms für stetige Abkühlung vorausgesetzt. ZTU-Diagramme für stetige(Temperature dependence on the coefficient of thermal conductivity, the Heat transfer coefficient and the specific heat, influence of the heat of transformation, etc.), on the other hand, knowledge of the ZTU diagram for continuous Cooling down provided. ZTU diagrams for continuous 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 UmwandlungsverHowever, the number of cooling down is far lower available as 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 the conversion process is necessary halten für jede einzelne Schmelze besonders zu ermitteln. Außerdem hängt das Umwandlungsverhalten von der Austenitisierung und der Korngröße ab. Hier ergibt sich ein hoher Rechenaufwand. Außerdem ist das Verfahren sehr kompliziert.hold special for each individual melt determine. In addition, the transformation behavior depends on the austenitization and the grain size. here there is a high computational effort. In addition, the procedure is very complicated.

Für die Praxis ist es wichtig, ein Verfahren zu haben, die Durchhärtbarkeit im Versuch einfach, schnell und möglichst genau zu bestimmen. Es ergibt sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zu entwickeln, mit deren Hilfe die Nachteile bestehender Prüfmethoden vermie-In practice it is important to have a procedure to determine the hardenability in an experiment simply, quickly and as precisely as possible. The result is therefore the Task to develop a device with the help of which the disadvantages of existing test methods can be avoided.

^hr> den werden können und mit geringem Materialaufwand eine Bestimmung des Härte- und Gefügezustands abhängig von der Wärmebehandlungsart an jeder beliebigen Stelle eines großen Werkstücks mit einfa- ^The hardness and structure state can be determined with little material expenditure depending on the type of heat treatment at any point on a large workpiece with a simple

chen Mitteln anhand einer kleinen Probe festgestellt werden kann.Chen means can be determined on the basis of a small sample.

Die Lösung ist im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruchs enthalten.The solution is contained in the characterizing part of the first claim.

Die Durchhärtbarkeit von großen Bauteilen kann mit dünnen Proben untersucht werden. Es kann also mit nur wenig Werkstoff und damit niedrigen Werkstoffkosten gearbeitet werden. Dies ist besonders für Neuentwicklungen von Werkstoffen interessant, für die es dann genügt, nur get inge Mengen einer bestimmten Analyse im Laborofen zu erschmelzen.The hardenability of large components can be examined with thin samples. So it can with only little material and thus low material costs are worked. This is especially for new developments of materials of interest for which it is then sufficient to only get inge quantities of a specific analysis to melt in the laboratory furnace.

Die Proben sind nach der Wärmebehandlung leicht entnehmbar. Die Proben können ähnlich wie die Jominy-Proben leicht ausgewertet werden.The samples can be easily removed after the heat treatment. The samples can be similar to that Jominy samples can be easily evaluated.

Durch die Herstellung von Einspannvorrichtungen verschiedener Länge und den damit durchgeführten Untersuchungen kann der gesanue 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 entspricht Die damit ermittelten Werte geben Auskunft über das wirkliche Materialverhalten über den gesamten Querschnitt Es können keine Übertragungsfehler gemacht werden und Ungenauigkeiten von verschiedenen Untersuchungsmethoden an sich werden ausgeschlossen. Es können Wärmebehandlungen verschiedenster Art vorgenommen werden. So kann z. B. das Abschrecken in einem Warmbad vorgenommen werden und es lassen sich leicht Zwischenstufenumwaiidlungen untersuchen.By making jigs of various lengths and those performed with them Examinations can be the general area of application of a Material can be easily examined. During the investigation, the hardness curve and the structure composition are obtained as with a very large plate, the thickness of the plate being the length of the device The values determined in this way provide information about the real material behavior over the entire Cross-section There can be no transmission errors and inaccuracies of different Investigation methods per se are excluded. A wide variety of heat treatments can be used Kind be made. So z. B. quenching can be carried out in a hot bath and it can easily be interstage conversions investigate.

Die Vorrichtungen sind leicht und billig herzustellen. Sie lassen sich analog der gezeigten Ausführung für die Untersuchungen der Härtbarkeit dicker Platten auch für andere geometrische Ausführungen umgestalten.The devices are easy and inexpensive to manufacture. They can be used for the Investigations of the hardenability of thick panels also redesign for other geometrical designs.

Die Erfindung wird anhand einer beispielsgemäß nachfolgenden Figur näher erläutertThe invention is explained in more detail with reference to the following figure, as an example

Die Vorrichtung besteht aus einem inneren Rohr 1, einem mittleren Rohr 2 und einem äußeren Rohr 3. Diese werden durch eine angeschweißte Deckplatte 4 zusammengehalten. Zwischen dem inneren Rohr 1 und dem mittleren Rohr 2 befindet sich ein Isoliermaterial 5, wie ζ, B, Steinwolle, Glaswolle, Asbest Zwischen dem mittleren Rohr 2 und dem äußeren Rohr 3 ist ein Luftraum 6 angeordnet 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 1. Der Werkstoff des inneren Rohres 1 wird so gewählt, daß seine Wärmeleitfähigkeit etwa der Leitfähigkeit des zu untersuchenden Materials imThe device consists of an inner tube 1, a middle tube 2 and an outer tube 3. These are held together by a cover plate 4 that is welded on. Between the inner tube 1 and the middle tube 2 is an insulating material 5, such as ζ, B, rock wool, glass wool, asbestos between the middle pipe 2 and the outer pipe 3 is an air space 6 with a cone seal 7 is the sample 8 held in the inner tube 1. The cone seal 7 prevents the penetration of Quenching medium in the air space 9 between sample 8 and inner tube 1. The material of the inner tube 1 is chosen so that its thermal conductivity is about the conductivity of the material to be examined in

ίο gesamten Temperaturbereich entspricht Geringe Wärmeleitfähigkeitsunterschiede gleicht der Luftraum 9 zwischen Probe 8 und innerem Rohr 1 aus.ίο The entire temperature range corresponds to slight differences in thermal conductivity the air space 9 between sample 8 and inner tube 1 balances out.

Mit genannter Vorrichtung läßt sich folgender Verfahrensablauf erreichen:The following process sequence can be achieved with the device mentioned:

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 wird. Die Hauptanforderung, daß der Wärmeübergang in radialer Richtung so k'.un gehalten wird, daß er gegenüber dem Wärmeentzr-g in axialer Richtung vernachlässigt werden kann, wird durch die den Wärmeentzug hemmenden Mittel erreicht, und zwar durch die Anordnung der Probe 8 in der erfindunjjsgemäßen Isoliereinrichtung, durch die die Wärmeabfuhr in radialer Richtung praktisch verhindert wird. Durch die Hintereinanderschaltung von den verschiedenen Isolierschichten wird eine optimale Wärmedehnung erreicht Nach Entnahme der Probe nach einer gewünschten Wärmebehandlung kann diese bei geringer Schleifzustellung und ausreichender Kühlflüssigkeit abgeschliffen und anschließend ausgewertet werden.The device is heated with the sample 8 and then with the device in a desired Quenching medium quenched. Here, the cylindrical sample 8 is held in the device so that it is only touched by the quenching medium on the end face 8 '. The main requirement that the heat transfer in the radial direction so k'.un is held, that it can be neglected compared to the heat removal in the axial direction is made possible by the the heat extraction inhibiting means achieved by the arrangement of the sample 8 in the Invention isolating device through which the Heat dissipation in the radial direction is practically prevented. By connecting the different insulation layers an optimal thermal expansion is achieved after taking the sample After a desired heat treatment, this can be done with a low grinding infeed and sufficient cooling liquid be ground off and then evaluated.

Die Vorrichtung kann genau in der Länge ausgeführt werden, die der zu untersuchenden Plattenstärke entspricht Am gegenüberliegenden stirnseitigen Ende ist die Ausbildung der Probeaufnahme und die Rohrverschweißung genauso wie am zuerst beschriebenen Ende ausgebildet Jedoch kann auch hier durch eine analoge Anordnung der Isolierschichten wie an der Mantelfläche der Wärmeentzug verhindert werden.The device can be designed to be exactly the length of the plate thickness to be examined At the opposite front end is the training of the test recording and the Pipe weld formed exactly as at the end described first similar arrangement of the insulating layers as on the outer surface of the heat extraction can be prevented.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Vorrichtung für die Stirnabschreckung von Proben aus hochlegierten, durchhärtenden Stählen zur Ermittlung der Durchhärtbarkeit bzw. Gefügestruktur, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe an ihrer Mantelfläche beim Abschrecken von den Wärmeentzug hemmenden Mitteln umgeben ist1. Device for the forehead quenching of Samples made of high-alloy, through-hardening steels for determining the through-hardenability or microstructure, characterized in that the Sample is surrounded on its outer surface during quenching of the heat extraction inhibiting agents

Z Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Wärmeentzug hemmenden Mittel aus einer Wand mit geringem Wärmedurchgang bestehtZ device according to claim 1, characterized in that the Means consists of a wall with low heat transmission

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Wärmeentzug hemmende Wand mehrschalig ausgeführt ist3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the inhibiting heat extraction Wall is made of multiple layers

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum der mehrschaligen Wand mit einem Isoliermaterial, wie Steinwolle, Glaswolle, Asbest Luft ausgefüllt ist4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the space between the multi-shell Wall is filled with an insulating material such as rock wool, glass wool, asbestos air