DE2461095A1

DE2461095A1 - Verfahren zum brechen einer stahlstange in stuecke

Info

Publication number: DE2461095A1
Application number: DE19742461095
Authority: DE
Inventors: Shigetsune Aoyama; Osamu Furuta; Masahiko Kato; Motoo Matsubara
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc; Aichi Steel Corp
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc; Aichi Steel Corp
Priority date: 1973-12-22
Filing date: 1974-12-23
Publication date: 1975-07-03
Also published as: JPS5092581A; US3958732A; SE7415896L; SE406723B; JPS542425B2; DE2461095C2

Description

BLUMBACH · WESER ■ 3ERGEN & KRAMER

PATENTANWÄLTE IN WIESBADEN UND MÜNCHEN

DlPUMG P.G.BLUMBACH DIPL,PHYS.DR W.WESER-DIPL-ING,DR.JiJR.P,BERGEN DIPL-ING-R KRAMrR

c2V;!ES3ADEN S MÖNCHEN 6O₁FLOSSMANNSTIiASSEIi

lELEFONiC-3'i; P-s3-;0.?/8;.36C-l

74/8737

KABUSHIKI KAISHJl TOYOTA OHUO KENKYOSHO

2-12, Hisakata, Showa-ku Nagoya-shi, Aichi-ken, Japan

AICHI STEEL WOEKS, LTD.

1, Wanowari, Arao-cho Tokai-shi, Aichi-ken, Japan

Verfahren zum Brechen einer Stahlstange in Stücke

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brechen einer Stahlstange in Stücke.

Stücke werden zur Vorbereitung zum Beispiel eines Schmiedevorgangs durch Schneiden einer Stahlstange oder Stahlröhre auf bestimmte Längen hergestellt. (Der Ausdruck Stahlstange soll im folgenden auch ein Stahlrohr oder einen Stahlbarren umfassen). Bisher ist es üblich, solche Stücke durch Scher- ader Sägeverfahren zu erhalten.

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PATENTANWÄLTE BLUMBACH, WESER, BERGEN & Κ«ΪΑΜ tR, 8 MOTJCHEr: 6O. "L OSSMANNSTR. 15

Die Sch.ermeth.ode findet eine breitere Anwendung als die Sägemethode. Diese Methode hat jedoch Nachteile. Beispielsweise, daß keine flachen Schnittflächen erhältlich sind, daß die Endteile der Stücke verformt werden und daß sich Grate, Brüche usw. bilden, wenn solche Stücke durch Schneiden einer harten Stange erhalten werden, welche aus Lagerstahl, Stahl hohen Kohlenstoffgehalts oder Legierungsstahl hohen Kohlenstoffgehalts hergestellt ist. Aus diesem Grund ist man beim Erhalt von Stücken mit genauem Gewicht auf Schwierigkeiten gestoßen. Beim Gesenkschmieden führt ein Stück mit übermäßigem Gewicht zu einem Erzeugnis mit einem gratförmigen Überschußteil, welcher einen Materialverlust darstellt. In einem solchen Fall wirkt auch eine Überlast auf eine Schmiedemaschine, so daß eine solche mit größerer Kapazität erforderlich ist. Wenn indessen ein Stück mit ungenügendem Gewicht verwendet wird, führt dies notwendigerweise zu einem nicht den vollen Abmaßen entsprechenden oder fehlerhaften Erzeugnis. Außerdem bewirkt die mangelnde Ebenheit der Schneidfläche eines Stückes, wenn es in seiner axialen Richtung gesenkgeschmiedet wird, eine Neigung des Stückes, was sich schädlich auf den Schmiedevorgang auswirkt. Des weiteren erfordert die Schermethode eine große Scherkraft, so daß eine kostspielige Schermaschine verwendet werden muß, welche beim Scheren starke Vibration und starken Lärm erzeugt.

Schneiden mittels Sägen ergibt zufriedenstellende Schnittflächen, ohne Vibration und Lärm zu verursachen, es ist jedoch mit dem

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Mangel eines schlechten Arbeitswirkungsgrades behaftet. Außerdem sollten Stähle großer Härte in gewalztem Zustand einer Vergütung unterzogen werden, was zu einer Kostenerhöhung führt.

Andererseits sind Untersuchungen mit mechanischem Brechen einer Kerben aufweisenden Stahlstange gemacht worden. Jedoch sind lediglich durch Anwendung einer mechanischen Belastung auf die gekerbte Stange keine Bruchflächen zustande zu bringen, die mit der Kerbengrundlinie fluchten, was einerseits zu einer großen Unterschiedlichkeit hinsichtlich des Gewichtes der Stücke, andererseits zu schlechter Ebenheit der Schneidflächen führt.

Aufgabe der Erfindung ist es,daher, ein Verfahren verfügbar zu machen, um eine Stahlstange oder Stahlröhre mittels geringer Belastung in bestimmte Stücke zum Schmieden, Walzen usw. mit ebenen Bruchflächen zu brechen, ohne daß beträchtliche Vibration oder beträchtlicher Lärm verursacht wird.

Des weiteren sollen Stücke zum Schmieden, Walzen usw. mit einheitlicher Torrn und präziser Abmessung hergestellt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Brechen einer Stahlstange in Stücke gelöst, das sich dadurch auszeichnet, daß in der Oberfläche der Stahlstange eine Umfangskerbe erzeugt wird, daß die Oberfläche der Stahlstange in der Umgebung der Umfangskerbe örtlich auf eine solche Temperatur erwärmt wird, daß der Grund der Umfangskerbe eine Temperatur

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ORIGINAL INSPECTED

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geringfügig unterhalb der Umwandlungstemperatur der Stahlstange erreicht, daß die Stahlstange abgeschreckt wird, um so einen Riß hervorzubringen, der sich vom Kerbengrund zur Achse der Stahlstange erstreckt, und daß eine mechanische Belastung auf die Stahlstange ausgeübt wird, um diese längs der Umfangskerbe zu brechen.

Durch dieses Verfahren kann die Stahlstange unter geringer mechanischer Belastung leicht gebrochen werden, ohne daß Vibration und Lärm verursacht wird, wobei sehr ebene Bruchflächen hervorgebracht werden.

Die Umfangskerbe gemäß der Erfindung kann am gesamtes Umfang oder nur an einem Teil des Umfangs der Stahlstange, vorgesehen werden.

Die vorliegende Erfindung ist sowohl für Schmiedestücke als auch für Stücke zum Walzen, Strangpressen, Ziehen, Schälen und maschinellen Bearbeiten anwendbar.

Es folgt eine Erläuterung der Erfindung anhand zweier Verfahrensmethoden zur Eißbildung, um ein Brechen mittels geringer mechanischer Belastung durchzuführen. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

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Jig. 1 eine Schrägansicht einer Stahlstange mit Umfangskerben in der Oberfläche;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der inneren Spannungsverteilung in einer Stahlstange, welche einer Wärmebehandlung gemäß der ersten erfindungsgemäßen Methode unterzogen worden ist;

Fig. 3 (a) und 3 Cb) graphische Darstellungen der inneren Spannungsverteilungen in einer Stahlstange, welche den Wärmebehandlungen gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Methode unterzogen worden sind;

Fig. 4 (a) und 4 (b) Bilder der Bruchflächen einer Stahlstange, die nach einem Beispiel 1 gemäß Erfindung bearbeitet worden ist;

Pig. 5 (a) und 5 (b) Bilder der Bruchflächen einer Stahlstange, die nach einem Beispiel 2 gemäß Erfindung behandelt worden ist; ·

Fig. 6 (a) und 6 (b) Bilder der Bruchflächen einer Stahlstange, die nach einem Beispiel 3 gemäß Erfindung bearbeitet worden ist; und

Fig. 7 (a) und 7 (b) Bilder der Bruchlinien einer Stahlstange,

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die nach Beispiel 4 gemäß Erfindung bearbeitet worden ist.

Gemäß der ersten Methode wird, wie in Fig. 1 dargestellt, eine definierte üiafangskerbe 2 in der Oberfläche einer Stahlstange erzeugt. Dann wird die Oberfläche der Stahlstange in der Hingebung der Kerbe 2 rasch erwärmt und abgeschreckt, um eine große Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche und inneren Teilen der Stange in der Umgebung dieser Kerbe zu erzeugen. Dabei wird die Erwärmungstemperatur so gewählt, daß die Oberfläche der Stahlstange auf dem Kerbengrund nicht die Umwandlungstemperatur der Stahlstange erreicht. Dies erzeugt einen Riß oder Risse, die sich vom Kerbengrund zur Stangenachse erstrecken. Anschließend wird eine mechanische Belastung ausgeübt, um die Stange längs ihrer Kerbe zu brechen. Die mechanische Belastung kann während des Abschreckvorgangs .ausgeübt werden.

Die Kerbe kann mit Hilfe irgendeiner Methode wie maschinelle Bearbeitung, plastische Bearbeitung usw. hergestellt werden. Um Risse zu erzeugen, die exakt zum Kerbengrund führen, sollte die Form des Kerbengrundes möglichst sdbaef sein, beispielsweise V-förmig. Jedoch braucht nicht notwendigerweise eine extreme Schärfe vorgesehen zu werden. Beim Erwärmen ist unbedingt erforderlich, daß die Wärme dem Oberflächenteil der Stange rasch zugeführt wird, um so eine große Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche und den Innenteilen der Stange zu erzeugen. Im Hinblick

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PATENTANWÄLTE BLUMBAOH, WESER, BERGEN Ä KRAMER, O MÖNCHEN SO, ^uOSSMANNStR. IS

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darauf sind hochfrequente Induktionsheizung, Flammenheizung usw. zur Verwendung zu empfehlen. Außerdem ist zu bevorzugen, daß die Erwärmungstemperatur möglichst hoch ist, so weit die Stahlstangenot>erfläche auf dem Kerbengrund nicht bis auf die Umwandlungstemperatur der Stahl.stange aufgeheizt wird. Das dieser Erwärmung folgende rasche Abkühlen oder Abschrecken bewirkt eine Zugspannung, die auf die Stangenoberfläche am Kerbengrund angreift und somit einen Riß oder Risse erzeugt. Es schadet nicht, wenn die Oberfläche der Stahlstange oberhalb des Kerbengrundes auf die Umwandlungstemperatnr erwärmt und als Folge davon gehärtet wird. Wenn jedoch die StahlStangenoberfläche auf dem Kerbengrund auf eine Temperatur oberhalb der ümwandlungstemperatur erwärmt wird, werden dort keine Risse erzeugt, da die resultierende Spannung in einem solchen Teil eher zu einer Druckspannung als einer Zugspannung wird. Venn andererseits die Stangenoberfläche beim Erwärmen eine zu niedrige Temperatur aufweist, wird keine große Differenz hinsichtlich der thermischen Ausdehnung zwischen der Oberfläche und dem Inneren der Stange erzeugt, so daß dort keine Zugspannung entsteht, die ausreichend groß ist, um Risse zu verursachen. Es ist zu bevorzugen, die Stangenoberfläche auf eine Temperatur oberhalb 600⁰C zu erwärmen, wenn diese auch von der Stahlart, den Stangenabmessungen, der Form und Abmessung der Kerbe, der Heizungsart usw. abhängt. Wie oben erwähnt, sollte die Temperatur auf dem Kerbengrund unterhalb der Ifiawandlungstemperatur liegen.

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PATENTANWÄLTE BUUMBACH, WESER, BERQ EN Ä XRAM ER, 8 MDNCHFN 6O, FLOSSMANNSTR. IG

Fig. 2 zeigt die Verteilung der axialen inneren Spannung in einer aus SUJ2 (Japanische Industrienorm eines ChromlagerStahls hohen Kohlenstoffgehalts, Zusammensetzung siehe Tabelle am Schluß der Beschreibung) hergestellten Stahlstange mit einem Durchmesser von 55 mm, wenn diese einer raschen Erwärmung und Abschreckung unterzogen wird. Eine Hochfrequenz-Induktionserwärmung unter Verwendung eines Röhrenoszillators wurde bei einer elektrischen Leistung von 91 kW, einer elektrischen Flächenleistungs-

dichte von 1,75 kW/cm und bei einer Erwärmungsdauer von 5 Sekunden durchgeführt, worauf ein Abschrecken in Wasser erfolgte. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird eine maximale resultierende Zugspannung bei einer Tiefe von 0,5 mm bis 1,5 mm, von der.Stangenoberfläche aus gemessen, beobachtet. Aus diesem Grund sollte der Kerbengrund (die Tiefe der Kerbe) in diesem Bereich liegen. Beim obigen Test wurden bei einer auf 1,5 μ festgelegten Kerbentiefe Bisse einer Länge von 4- bis 5 mm bewirkt, welche sich vom Kerbengrund in Richtung Stangenachse erstreckten.

Die Testergebnisse zeigen, daß zur Erzielung der gewünschten Risse, die auf obiger Wärmebehandlung beruhen,, die Erwärmungsdauer etwa 2 bis 10 Sekunden betragen sollte. Bleibt die Erwärmungsdauer etwas unterhalb dieses Bereiches, tritt eine ungleichmäßige Wärmeverteilung auf. Ist die Erwärmungsdauer dagegen länger als es obigem Bereich entspricht, tritt keine große Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche und den

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PATENTANWÄLTE BI-UMBACH, WESER, BERQ EN & XRAM ER, β MÜNCHEN 6O₁ FLOSSMANNSTR.1 S

Innenteilen der Stange auf, so daß dort kaum ein Bruch entsteht.

Wird bei obiger Wärmebehandlung eine hochfrequente Induktionsheizung unter Anwendung eines Röhrenoszillators verwendet, ist eine elektrische Flächenleistungsdichte (Eingangswärmemenge pro

2 2

Zeit— und Flächeneinheit) von etwa 1,2 kW/cm bis 2 kW/cm geeignet. Wird IPlammenheizung verwendet, ist eine Eingangswärme-

o menge (pro Zeit- und Flächeneinheit) von 0,14 Cal/cm see bis

0,25 Cal/cm see geeignet. Die vorliegende Erfindung ist in dieser Hinsicht «jedoch nicht begrenzt, so lange die Erwärmungsdauer zwischen etwa 2 und 10 Sekunden liegt.

Nach oder gleichzeitig mit der Bildung eines solchen Risses wird eine mechanische Belastung auf die Stange ausgeübt, und zwar mittels statischen oder Schlagbiegens, Tordierens oder Reckens, «je alleine oder in Kombination. Darauf bildet sich unter geringer Belastung und ohne Verursachung einer Vibration oder von Lärm ein Bruch im eingekerbten Teil der Stahlstange aus, der zu ebenen Bruchflachen führt. Bei Anwendung des erfindungsgemäSen Verfahrens kann die Bruchlast auf 1/7 desjenigen Wertes reduziert werden, der für die Stahlstange dann erforderlich ist, wenn sie lediglich eine Kerbe aufweist; aber nicht der Wärmebehandlung unterzogen ist.

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Aber das erwähnte rasche Erwärmen und Abschrecken kann wiederholt werden, um gegebenenfalls ein noch besseres Ergebnis zu erzielen.

Die zweite Methode besteht darin, daß wie im Fall der ersten Methode eine Umfangskerbe in der Oberfläche einer Stahlstange vorgesehen wird, und daß darauf die Oberfläche der Stahlstange in der Umgebung der Nut wiederholt rasch erwärmt und abgeschreckt wird, worauf die Ausübung einer mechanischen Belastung auf die Stahlstange folgt, um diese zu brechen. Die Ausübung der mechanischen Belastung kann gleichzeitig mit dem letzten Abschrecken effolgen. Die erste Methode ermöglicht eine einfache Arbeitsweise, hat jedoch den Nachteil zu eigen, daß erwünschte Risse nicht gleichmäßig erhalten werden können, wenn beispielsweise der Durchmesser der Stahlstange relativ klein ist. Andererseits ergibt die zweite Methode Risse, die mit der erhöhten Bruchtiefe übereinstimmen, so daß die Stahlstange bei niedrigerer Belastung gebrochen werden kann.

Auch bei der zweiten Methode wird beim ersten Zyklus raschen Erwärmens der Oberflächenteil einer Stahlstange in der Umgebung einer Kerbe erwärmt, und zwar entweder durch Hochfrequenz-Induktionsheizung oder Flammenheizung, um dadurch eine große Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche und inneren Teilen der Stahlstange zu erzeugen, worauf ein Abschreckvorgang folgt. Der Unterschied bei der zweiten Methode besteht jedoch lediglich

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darin, daß die Oberfläche der Stahlstange in der Umgebung der Kerbe derart erwärmt wird, daß sie gehärtet wird, und daß die Härtungstiefe den Kerbengrund erreichen kann. In diesem Fall kann die Oberflächentemperatur der Stahlstange nach der Erwärmung in Abhängigkeit von der Stahlart schwanken, sie fällt jedoch vorzugsweise in den Bereich zwischen etwa 800 bis 1100⁰C.

Der zweite Wärmebehandlungszyklus wird im Anschluß an den ersten Wärmebehandlungsiyklus durchgeführt. Im zweiten Wärmebehandlungszyklus wird die Stahlstange rasch auf etwa 500⁰G erwärmt, vorausgesetzt, daß die Oberflächentemperatur am Kerbengrund etwas unter der ümwandlungs temp er atur zu liegen kommt, das heißt, einer Temperatur, welche niedriger als diejenige im ersten Zyklus ist. Darauf folgt ein Abschreckvorgang. Die Erwärmungsdauer für die erste Wärmebehardiing sollte etwa 2 bis 10 Sekunden dauern, wo hingegen diejenige der zweiten Wärmebehandlung etwa 1 bis 8 Sekunden lang sein sollte.

Die Figuren 3(a) und 3 (b) zeigen die Spannungsverteilung, wie sie in einer getesteten Stahlstange aus SUJ2 (Chromlagerstahl hohen Kohlenstoffgehalts, Zusammensetzung siehe Tabelle am Schluß der Beschreibung) mit einem Durchmesser von 38 mm verursacht werden. Fig. 3 (a) betrifft die Spannungsverteilung einer Stahlstange, welche mittels hochfrequenter Induktionsheizung unter Verwendung eines Röhrenoszillators mit einer

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elektrischen Leistung von 91 kW und einer elektrischen Plächenleistungsdichte von 2,55 kW/cm drei Sekunden lang behandelt und dann atigeschreckt worden ist. Diese Figur zeigt eine Druckspannung, die sich von der Oberfläche in den inneren Teil der Stange erstreckt, eine Zugspannung im noch weiter innen gelegenen Teil der Stange und dann wieder eine Druckspannung. Hg. 3 (Jo) zeigt die Spannungsverteilung in einer Stahlstange, welche zwei Sekunden lang<einer zweiten Hochfrequenz-Induktionsheizung mit einer elektrischen Leistung von 91 kW und einer elektrischen Flächenleistungsdichte von 2,55 kW/cm unterzogen worden ist, worauf ein Absehreckvßrgang folgte. Wie diese Figur zeigt, ist die Stangenoberfläche dort, wo im ersten Wärmebehandlungszyklus eine hohe Druckspannung erzeugt worden ist, gehärtet, so daß sich eine Zugspannung mit praktisch demselben absoluten Wert wie demjenigen der Druckspannung ergibt, wo hingegen im weiter innen gelegenen Teil der Stange (in 1,0 bis 2,0 mm Tiefe von der Oberfläche aus) eine höhere Zugspannung existiert, als sie im ersten Wärmebehandlungszyklus bewirkt worden ist. Wie dem nun entnommen werden kann, tritt bei einer Kerbe mit einer Tiefe von 1,0 bis 3>0 mm eine höhere Zugspannung im Kerbengrundteil der Stange auf als bei der ersten Methode, so daß Eisse mit erhöhter Tiefe entstehen. Untersuchungen haben gezeigt daß Kerben mit Tiefen von 1,0 mm, 1,5 mm und 3 mm Hisse mit Längen von etwa 4 mm, 4,5 mm bzw. 3 nra zur Folge haben, die sich jeweils vom Kerbengrund zur Stangenachse erstrecken.

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PATENTANWÄLTE BLUMBACH, WESER, BERaEiMiKRAMER, S MÜNCHEN 6O. FLOSSMANNSTR.

In den obigen ersten und zweiten Wärmebehandlungszyklen ist

2 eine elektrische Flächenleistungsdichte von 1,2 kW/cm bis

ο
3 kW/cm für Hochfrequenz-Induktionsheizung geeignet, wäh-

2

rend eine Eingangsheizmenge von 0,14 Cal/cm see bis 0,36 Cal/cm see für andere Heizmethoden als mit elektrischer Leistung zu empfehlen ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch diesbezüglich nicht begrenzt.

In der beschriebenen Weise werden zwei Heizbehandlungszyklen durchgeführt. Darauf wird eine mechanische Belastung auf die Stahlstange, in welcher Risse aufgetreten sind, in derselben Weise wie in der ersten Methode ausgeübt, um die Stahlstange längs der Umfangskerbung zu brechen. Die Ausübung einer mechanischen Belastung kann gleichzeitig mit dem zweiten Abschreckschritt erfolgen. Solchermaßen kann die aufzuwendende Belastung bei der zweiten Methode gegenüber derjenigen bei der ersten Methode noch weiter reduziert wrden, beispielsweise auf 1/10 derjenigen Belastung, die für die Stahlstange erforderlich ist, wenn diese lediglich eine Kerbung aufweist und der Wärmebehandlung nicht unterzogen ist. Es kann zu Ungleichmäßigkeit en bezüglich der Tiefe der Hisse führen, wenn beim zweiten Wärmebehandlungszyklus eine ungleichmäßige Erwärmung auftritt, und zwar abhängig von den Stahlarten, wie beispielsweise kohlenstoffhaltiger Werkzeugstahl. In einem solchen Fall wird dieselbe Wärmebehandlung wie im zweiten

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PATENTANWÄLTE BLUMBACH, WESER, BERQ FN & KRAMER, S MÖNCHEN 6O, FLOSSMANNSTR.

Zyklus wiederholt, um Risse mit gleichförmiger Tiefe zu erzielen.

Wie die obige Beschreibung zeigt, wird also nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in da?Oberfläche einer Stahlstenge eine Umfangskerbung vorgesehen, worauf die Kerbe einer Wärmebehandlung unterzogen wird, und die Stahlstange einer mechanischen Belastung ausgesetzt wird, um diese zu brechen. Somit kann die Stahlstange mittels einer niedrigen Belastung genau entlang einer vorgegebenen Position gebrochen werden. Dies ergibt zufriedenstellende Schneid- oder Bruchflächen an der Stahlstange. Somit ist das Bearbeitung* und Qualitätsproblem hinsichtlich des Stahlstabschneidens wirkungsvoll gelöst.

Die folgenden Beispiele erläutern die Merkmale der vorliegenden Erfindung.

Beispiel 1

Auf der Oberfläche einer Stahlstange aus SUJ2 (Chromlagerstahl hohen Kohlenstoffgehalts nach japanischer Industrienorm, Zusammensetzung siehe Tabelle am Schluß der Beschreibung) und mit einem Durchmesser von 5>5 n^ wurde eine Umfangskerbe mit einer Tiefe von 1,5 m, einem Krümmungsradius (auf dem Grund) von 0,25 mm und einem öffnungswinkel von 60° erzeugt. Die Stahlstangenoberfläche wurde in der Umgebung dieser Umfangskerbe

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PATENTANWÄLTE BLUMBACH. WESER, BEReBNAKRAMER- 8 MÜNCHEN 6O, FLOSSMANNSTR. 15

unter Verwendung eines Röhrenosiaillators einer hochfrequenten Induktionsheizung unterzogen, und zwar bei einer Frequenz von 20 kHz, einer elektrischen Heizleistung von 70 kW, einer elek-

trischen Flächenleistungsdichte von 1,34· kW/cm und einer Wärmebehandlungszeit von 6 Sekunden. Darauf wurde die Stahlstange unmittelbar nach dieser Erwärmung in Wasser abgeschreckt.

Die derart behandelte Stahlstange wurde längs des Kerbungsgrundes mittels Bjqgens über eine Abstützung gebrochen. Die zum Brechen der Stahlstange entlang des Kerbungsgründes erforderliehe Nennspannung betrug 21 kg/mm . Die zum Zweck des Vergleichs angegebene Nennspannung zum Brechen einer Stahlstange mit einem Durc hmesser von 38 mm, die der Wärmebehandlung nicht unterzogen worden ist, betrug 158 kg/mm . Somit ist obige Nennspannung für die erfindungsgemäß behandelte Stahlstange auf etwa 1/7 derjenigen reduziert, die für die nicht der Wärmebehandlung unterzogene Stahlstange mit einem geringeren Durchmesser, iaämlich 38 mm, erforderlich ist. Die Bilder beider Bruchstellen einer Stahlstange, wie sie bei erfindungsgemäßer Behandlung erhalten wurden, sind in den Figuren 4 (a) und (b) dargestellt. Der am Umfang des Querschnitts erscheinende schwarze Teil stellt einen Kerbteil dar, während ein innerhalb davon gelegener etwas glängender schwarzer Teil einen Biß mit einer Tiefe von etwa 4mm darstellt. (Die Tiefe wurde vom Grund der Kerbe aus gemessen.) Die Bruchfläche wurde als ausreichend eben betrachtet.

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Beispiel 2

Es wurde eine Umfangskerbung in der Oberfläche einer Stahlstange mit demselben Durchmesser und derselben Materialart wie in Beispiel 1 geschaffen. Darauf wurde die Oberfläche der Stahlstange in der Umgebung der Kerbe für sechs Sekunden unter Verwendung eines Röhrenoszillators einer hochfrequenten Induktionsheizung ausgesetzt, und zwar bei einer Frequenz von 20 kHz, einer elektrischen Heizleistung von 86 kW and einer elektrischen

I¹Iächenleistungsdichte von 1,65 kW/cm . Darauf wurde die Stahlstange in Wasser abgeschreckt.

Im Anschluß daran wurde die Stahlstange vier Sekunden lang unter gleichen Bedingungen wie oben einer hochfrequenten Induktionsheizung unter Verwendung eines Röhrenoszillators ausgesetzt und unmittelbar danach in Wasser abgeschreckt.

Die derart behandelte Stahlstange wurde entlang des Kerbgrundes gebrochen, und zwar durch Abbiegen über eine Abstützung. Die zum Brechen der Stahlstange entlang des Kerbgrundes erforderliche Nennspannung betrug 16 (^1) kg/mm . Wie bereits erwähnt beträgt die Nennspannung zum Brechen einer Stahlstange, die lediglich eine Kerbe aufweist, jedoch nicht warmebehandelt ist, 158 kg/mm . Somit wurde die zum Bred
diesem Fall auf etwa 1/10 reduziert.

2
158 kg/mm . Somit wurde die zum Brechen erforderliche Last in

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PATENTANWÄLTE BLUMBACH, WESER, BERG E N 4 KRAMER, 8 kUNCH^N 6O, FLOSSMANNSTR. 1 5

Die Figuren 5 (a) und (b) zeigen die Bilder "beider Bruchflächen einer in diesem Beispiel erhaltenen Stahlstange. Wie zu sehen ist, zeigen sich ein Riß mit einer Tiefe von etwa 6 mm und ebene J¹I ächen.

Beispiel 3

In der Oberfläche einer Stahlstange aus SUJ2 (Zusammensetzung siehe Tabelle am Schluß der Beschreibung) und mit einem Durchmesser von 38 mm wurde eine IMfangskerbung erzeugt mit einer Tiefe von 1,0 mm, einem Krümmungsradius von 0,25 mm und einem öffnungswinkel von 60 . Darauf wurde die Stahlstange mittels hochfrequenter Induktionsheizung unttter Verwendung eines Röhrenoszillators einer drei Sekunden dauernden Erwärmung ausgesetzt, und zwar bei einer Frequenz von 20 kHz, einer elektrischen Heiz-Mstung von 91 kW und einer elektrischen Flächenleistungsdichte

von 2,55 kW/cm . Die Stahlstange wurde unmittelbar darauf in Wasser abgeschreckt·

Nachfolgend wurde eine hochfrequente Induktionserwärmung unter denselben Bedingungen wie bei der obigen Erwärmung durchgeführt, was Frequenz, elektrische Leistung und elektrische Flächenleistungsdichte betrifft. Dem folgte unmittelbar eine Abschreckung in Wasser.

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Die derart behandelte Stahlstange wurde gegen den Widerstand einer Abstützung abgebogen, um sie zu brechen. Die zum Brechen der Stange entlang des Kerbgrundes erforderliche Nennspannung betrug 15 (i 0,9) kg/mm . Im Gegensatz dazu war eine Nenn-Spannung von 158 kg/mm erforderlich, um die Stange längs ihres Kerbgrundes für den Fall ai brechen, daß die Stahlstange zwar eine Kerbung aufwies, aber nicht einer Wärmebehandlung unterzogen worden war. Dies zeigt, daß die zum Brechen der erfindungsgemäß behandelten Stange erforderliche Nennspannung auf etwa 1/10 reduziert ist, und zwar im Vergleich mit der beim üblichen Verfahren erforderlichen Last.

Die Figuren 6 (a) und (b) zeigen die Bilder der Bruchflächen (auf beiden Seiten) einer erfindungsgemäß behandelten Stange. Wie den Bildern zu entnehmen ist, zeigt sich ein Eiß mit einer Tiefe von etwa 4-,O bis 4,5 mm, der zu extrem ebenen Flächen führt.

Beispiel 4

In der Oberfläche einer Stahlstange aus SK4 (Kohlenstoffhaltiger Werkzeugstahl nach japanischer Industrienorm, Zusammensetzung siehe Tabelle am Schluß der Beschreibung) und mit einem Durchmesser von 38 mm wurde eine TJmfangskerbung mit einer Tiefe von 2,0 mm, einem Krümmungsradius von 0,25 mm und einem öffnungs-

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PATENTANWÄLTE BLUMBACH, WESER, BERSfNiKRAMER, S MÜNCHEN 6O. FLOSSMANNSTR. IB

winkel von 60° erzeugt. Darauf wurde der Stahlstab vier Sekunden lang einer hochfrequenten Induktionsheizung ausgesetzt, und zwar bei einer Frequenz von 20 kHz, einer elektrischen Heizleistung von 91 kW und einer elektrischen Flächenleistungsdichte von 2,55 kW/cm . Die Stahlstange wurde unmittelbar darauf in Wasser abgeschreckt.

Im Anschluß daran wurde die hochfrequente Induktionserwärmung unter denselben Bedingungen wie oben durchgeführt, was Frequenz, elektrische Leistung und elektrische Flächenleistungsdichte betrifft. Unmittelbar darauf folgte ein Abschreßkungsvorgang in Wasser.

Die auf diese Weise behandelte Stahlstange wurde zum Zweck des Brechens gegen den Widerstand einer Abstützung abgebogen. Die zum Brechen der Stahlstange entlang des Kerbengrundes erforderliche Nennspannung betrug 22 (- 0,9) kg/mm .

Im Gegensatz dazu war eine Nennspannung von 113 kg/mm erforderlich, um die Stange längs des Kerbgrundes in dem Fall zu brechen, in welchem die Stahlstange zwar eine Kerbe aufwies, jedoch nicht der Wärmebehandlung unterzogen worden war.

Dies beweist, daß die zum Brechen der erfindungsgemäß behandelten Stange erforderliche Nennspannung auf etwa 1/5 reduziert ist, bezogen auf eine gemäß üblicher Methode erforderliche Last.

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Die Figuren 7 (a) und (b) zeigen die Bilder der Bruchflachen (beider Seiten) einer·erfindungsgemäß behandelten Stange. Wie zu sehen ist, sind ein Eiß mit einer Tiefe von etwa 2 mm, gemessen vom Kerbgrund aus, und extrem flache Bruchflächen zu beobachten.

In der folgenden Tabelle sind die in den obigen Beispielen genannten Stahlarten hinsichtlich ihrer Zusammensetzung angegeben:

Stahl

Durchmesser

Si

Zusammensetzung

Cr

Cu

Al

SUJ2
SUJ2

sm

55 38

0,98 0,91

0725 0,25 0,26

0,38
0,38

0,011
0,013

0,011 0,014· 0,006

1,37 0,13

0,05 0,05 0,02

0,10 0,10 0,11

0,25

0,012p

0,014

),08 ,010

Außerdem sind im folgenden die Zusammensetzungen nach Japanischer Industrienorm angegeben für SUJ2- und SK4-Stahl:

Stahl	C	Si	Zusammens Mn	ätzung (%) P	S	Cr
3UJ2	0,95-1,10	0,15-0,35	weniger als 0,50	weniger als 0,025	weniger als 0,025	1,30 -1,60
SK4	0,90-1,00	weniger als 0,35	weniger als 0,50	weniger als 0,030	weniger als 0,030	-

S09827/0697

Claims

PATENTANWÄLTE BLUMBACH, WESER, BERGEN 4 KRAMER, S WDNCHSN 6O, FLOSSMANNSTR. IS Patentansprüche

1. Verfahren zum Brechen einer Stahlstange in Stücke, dadurch gekennzeichnet, daß in der Oberfläche der Stahlstange eine Umfangskerbe erzeugt wird,

daß die Oberfläche der Stahlstange in der Umgebung der Umfangskerbe örtlich auf eine solche Temperatur erwärmt wird, daß der Grund der Umfängskerbe eine Temperatur geringfügig unterhalb der Umwandlungstemperatur der Stahlstange erreicht,

daß die Stahlstange abgeschreckt wird, um so einen Riß hervorzubringen, der sich vom Kerbengrund zur Achse der Stahlstange erstreckt,

und daß eine mechanische Belastung auf die Stahlstange ausgeübt wird, um diese längs der Umfangskerbe zu brechen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung etwa zwei bis zehn Sekunden dauert und die Erwärmungstemperatur auf dem Kerbengrund im Bereich von etwa 600°0 (einschließlich) bis zu einer Umwandlungstemperatur (ausschließlich) liegt.

ORIGINAL INSPECTED

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PATENTANWÄLTE BLUMBACH, WESER, BERQHN Λ KPAM ER 8MONCHENoO. FLOSSMANNSTR. 15

3. Verfahren zum Brechen einer Stahlstange in Stücke, dadurch gekennzeichnet,

daß in der Oberfläche der Stahlstange eine ümfangskerbe erzeugt wird,

daß die Oberfläche der Stahlstange in der Umgebung der ümfangskerbe örtlich auf eine Temperatur oberhalb des Umwandlungspunktes der Stahlstange erwärmt wird, daß die Stahlstange abgeschreckt wird, um so die Oberfläche der Stahlstange in der Umgebung der Ümfangskerbe zu härten, daß die Oberfläche der Stahlstange in der Umgebung der Ümfangskerbe örtlich auf eine solche Temperatur erwärmt wird, daß der Grund der Ümfangskerbe eine Temperatur geringfügig unterhalb der UmHandlungstemperatur der Stahlstange erreicht, daß die Stahlstange abgeschreckt wird, um so einen Riß hervorzubringen, der sich vom Kerbengrund zur Achse der Stahlstange erstreckt,

und daß eine mechanische Belastung auf die Stahlstange ausgeübt wird, um diese längs der Ümfangskerbe zu brechen.

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die erste Erwärmung für eine Dauer von etwa zwei tois zehn Sekunden in einem Temperaturbereich won etwa 800 C bis 110O⁰C und die zweite Erwärmung für eine Dauer von etwa 1 bis 8 Sekunden in einem Temperaturbemch von etwa 50O⁰C (einschließlich) bis zur Umwandlungstemperatur (ausschließlich) durchgeführt wird.

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PATENTANWÄLTE BLUMBAOH, WESER, BERGEN * KRAMER, 8 MÖNCHEN βθ, FLOS5MANNSTR.15

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 "bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Belastung während des Abschreckens ausgeübt wird.

5a.Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Belastung während des zweiten Abschreckens ausgeübt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche Λ bis 5a, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung durch hochfrequente Induktionsheizung bewirkt wird.

7· Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5a, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung durch Flammenheizung bewirkt wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlstange aus Lagerstahl, Stahl hohen Kohlenstoffgehalts oder Legierungsstahl·hohen Kohlenstoffgehalts hergestellt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Belastung in Form von Biegen, Tordfeieren und/öder Recken ausgeübt wird.

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