DE2461095C2

DE2461095C2 - Verfahren zum Brechen einer Stahlstange in Stücke

Info

Publication number: DE2461095C2
Application number: DE2461095A
Authority: DE
Inventors: Shigetsune Okazaki Aichi Aoyama; Osamu Tokai Aichi Furuta; Masahiko Aichi Katoi; Motoo Kasugai Aichi Matsubara
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1973-12-22
Filing date: 1974-12-23
Publication date: 1982-09-23
Also published as: DE2461095A1; JPS542425B2; SE7415896L; US3958732A; JPS5092581A; SE406723B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei dem durch die DE-PS 6 69 464 bekanntgewordenen Verfahren dieser Art wird zur Herstellung von walzenförmigen Körpern, insbesondere von Nadeln, Langrollen oder dergleichen für Wälzlager der draht- oder stangenförmige Werkstoff in einem fortlaufenden Arbeitsgang nach dem Geraderichten an den für das Zerteilen bestimmten Stellen eingekerbt, durch einen Ofen hindurchgeleitet, in dem er auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird, gelangt dann in ein Härtebad, in dem er gehärtet wird, und wird schließlich nach dem Härten durch eine mechanische Belastung entlang der Umfangskerben gebrochen. Bei diesem Verfahren wird der draht- oder stangenförmige Werkstoff durchgehärtet, das Gefüge des Stahls so verändert, daß dieser spröder und beim Brechen ein feineres Bruchgefüge aufweist. Das Hätten über den gesamten Querschnitt hat zur Folge, daß die mechanisehe Belastung zum Herbeiführen des Bruchges gegenüber dem ungehärteten Material erhöht werden muß, so daß sich dieses Verfahren nur für draht- oder stangenförmigen Werkstoff kleinen Durchmessers, also beispielsweise zur Herstellung von gehärteten Nadeln, eignet-

Durch die DE-PS 9 21 124 ist ein Verfahren zum Teilen von Stahlstangen durch Brechen bekanntgeworden, bei dem durch die Einwirkung eines elektrischen Lichtbogens längs einer Umfangslinie der Stahlstange an der vorgesehenen Trennstelle eine Kerbwirkung hervorgerufen wird. Bei diesem Verfahren erstrecken sich die durch die Einwirkung des elektrischen Lichtbogens hervorgerufenen Gefügeänderüngen, Spannungen und Anrisse in der Stahlstange auf einen größeren nicht definierten Bereich, so daß bei der anschließenden mechanischen Belastung der Stange diese nicht exakt an der vorgeschriebenen Stelle bricht und auch die Bruchfläche nicht glatt und sauber ausgebildet ist Es ist mit diesem Verfahren nicht möglich, genaue Stücke zum Schmieden, Walzen usw. mit ebenen Bruchflächen zu erhalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren verfügbar zu machen, um eine Stahlstange oder Stahlröhre auch größeren Durchmessers mittels geringer Belastung in genaue Stücke zum Schmieden, Walzen usw. mit ebenen Bruchflächen zu brechen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale dieses Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgesta'tungen des Verfahrens sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Verfahren eignet sich sowohl für die Herstellung von Schmiedestücken als auch von Stücken zum Walzen, Strangpressen, Ziehen, Schälen und maschinellen Bearbeiten. Die Stahlstange kann aus Lagerstahl, Stahl hohen Kohlenstoffgehalts oder Liegierungsstahl hohen Kohlenstoffgehalts hergestellt sein. Die mechanische Belastung kann in Form von Biegen, Tordieren und/oder Recken erfolgen.

Die Erfindung wird anhand zweier Verfahrensmethoden näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 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(b) graphische Darstellungen der inneren Spannungsverteilungen in einer Stahlstange, welche den Wärmebehandlungen gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Methode unterzogen worden ist;

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

Fig. 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, die nach Beispiel 4 gemäß Erfindung bearbeitet worden ist

Gemäß der ersten Methode wird, wie in F i g. 1 dargestellt eine definierte Umfangskerbe 2 in der Oberfläche einer Stahlstange 1 erzeugt Dann wird die Oberfläche der Stahlstange in der Umgebung der Kerbe 2 rasch erwärmt und abgeschreckt, um eine große Temperaturdiffcenz 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, uie exakt zum Kerbengrund führen, sollte die Form des Kerbengrundes möglichst scharf 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 darauf sind hochfrequente Induktionsheizung, Flammenheizung usw. zur Verwendung zu empfehlen. Außerdem ist zu bevorzugen, daß die Erwärmungstemperatur möglichst hoch ist so weit die Stahlstangenoberfläche auf dem Kerbengrund nicht bis auf die Umwandlungstemperatur der Stahlstange aufgeheizt wird. Das dieser Erwärmung folgende rasche Abkühlen oder Abschrecken bewirkt eine Zugspannung, die an der Stangenoberfläche am Kerbengrund angreift und somit einen Riß odei Risse erzeugt Es schadet nicht, wenn die Oberfläche der Stahlstange oberhalb des Kerbengrundes auf die Umwandlungstemperatur erwärmt und als Folge davon gehärtet wird. Wenn jedoch die Stahlstangenoberfläche am Kerbengrund auf eine Temperatur oberhalb der Umwandlungstemperatur erwärmt wird, werden dort keine Risse erzeugt, da die resultierende Spannung in einem solchen Teil eher zu einer Druckspannung als einer Zugspannung wird. Wenn 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, ι Wie oben erwähnt sollte die Temperatur am Kerbengrund unterhalb der Umwandlungstemperatur liegen,

Fig. 2 zeigt die Verteilung der axialen inneren Spannung in einer aus einem Chromlagerstahl SUJ2 hohen Kohlenstoffgehalts entsprechend der Zusam- , mensetzung gemäß der 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 elektrischer, Flächenleistungsdichte von 1,75 kW/cm² und bei einer Erwärmungsdauer von 3 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 ι 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 mm festgelegten Kerbentiefe Risse 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 Wärmevertei'ung auf. Ist die Erwär ..<;ngsdauer dagegen länger als es obigem Bereich entspricht, tritt keine große Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche und den Innenteilen der Stange auf, so daß dort kaum ein Bruch entsteht.

Wird bei obiger Wärmebehandlung eine hochfrequente Induktionsheizung unter Anwendung eines Röhrenoszillator verwendet, ist eine elektrische Flächenleistungsdichte (zugeführte Wärmemenge pro Zeit- und Flächeneinheit) von etwa 1,2 kW/cm² bis 2 kW/cm² geeignet. Wird Flammenheizung verwendet, ist eine Wärmemengenzufuhr pro Zeit- und Flächeneinheit von 0,16 Wh/cm²sec bis 03 Wh/cm²sec geeignet. Die vorliegende Erfindung ist in dieser Hinsicht jedoch nicht begrenzt, so lange die Erwärmungsdauer zwischen eiwa 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 Schkgbiegens, Tordierens oder Reckens, je alleine oder in Kombination. Darauf bildet sich unter geringer Belastung ein Bruch im eingekerbten Teil der Siahlstange aus, der zu ebenen Bruchflächen führt. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Bruchlast von V₇ desjenigen Wertes reduziert werden, der für die Stahlstange dann erforderlich ist, wenn sie lediglich eine Kerbe aufweist, aber nicht der Wärmebehandlung unterzogen ist,

Aber das erwähnte rasche Erwärmen und Abschrekken 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 E:ai!lstange 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 erfolgen. 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 Stahlstanee bei niedrigerer Belastung trphrnrhpn

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 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 Abhängigkeil von der Stahlart schwanken, sie fällt jedoch vorzugsweise in den Bereich zwischen etwa 800 bis UOO⁰C.

Der zweite Wärmungsbehandlungszyklus wird im Anschluß an den ersten Wärmebehandlungszyklus durchgeführt. Im zweiten Wärmebehandlungszyklus wird die Stahlslangc rasch auf etwa 500"C erwärmt, vorausgesetzt, daß die Oberflächentemperatur am Kerbengrund etwas unter der Umwandlungstemperatur zu liegen kommt, das heißt, einer Temperatur, welche niedriger als diejenige im ersten Zyklus isi. Darauf folgt ein Abschreckvorgang. Die Erwärmungsdauer für die erste Wärmebehandlung sollte etwa 2 bis 10 Sekunden dauern, wohingegen diejenige der zweiten Wärmebehandlung etwa 1 bis 8 Sekunden lang sein sollte.

Die Fig. 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. F i g. 3(a) betrifft die Spannungsverteilung einer Stahlstar.ge, welche mittels hochfrequenter Induktionsheizung unter Verwendung eines Röhrenoszillators mit einer elektrischen Leistung von 91 kW und einer elektrischen Flächenleistungsdichte von 2,55 kW/cm² drei Sekunden lang behandelt und dann abgeschreckt 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. Fig. 3(b) 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/cm² unterzogen worden ist, worauf ein Abschreckvorgang 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 Risse mit erhöhter Tiefe entstehen. Untersuchungen haben gezeigt, daß Kerben mit Tiefen von 1,0 mm, 1,5 mm und 3 mm Risse mit Längen von etwa 4 mm, 4,5 mm bzw. 3 mm zur Folge haben, die sich

»n<minr1 -711Γ

In den obigen ersten und zweiten Wärmebehandlungszyklen ist eine elektrische Flächenleistungsdichte von 1,2 kW/cm² bis 3 kW/cm² für Hochfrequenz-Induktionsheizung geeignet, während eine zugeführte Wärmemenge von 0,16 Wh/cm²sec bis 0,42 Wh/cm²sec 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 mecha-

in nische 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

ι -, zweiten Abschreckschritt erfolgen. Solchermaßen kann die aufzuwendende Belastung bei der zweiten Methode gegenüber derjenigen bei der ersten Methode noch weiter reduziert werden, beispielsweise auf 'Λο derjenigen Belastung, die für die Stahlstange erforderlich ist,

μ wenn diese lediglich eine Kerbung aufweist und der Wärmebehandlung nicht unterzogen ist. Es kann zu Ungleichmäßigkeiten bezüglich der Tiefe der Risse 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 Zyklus wiederholt, um Risse mit gleichförmiger Tiefe zu erzielen.

in Die fuf'genden Beispiele erläutern die Merkmale der vorliegenden Erfindung.

Beispiel !

Auf der Oberfläche einer Stahlstange aus SUJ2-

j-i Chromlagerstahl hohen Kohlenstoffgehalts (Zusammensetzung siehe Tabelle am Schluß der Beschreibung) und mit einem Durchmesser von 55 mm wurde eine Umfangskerbe mit einer Tiefe von 1,5 mm, einem Krümmungsradius (auf dem Grund) von 0,25 mm und

in einem öffnungswinkel von 60° erzeugt. Die Stahlstangenoberfläche wurde in der Umgebung dieser Umfangskerbe unter Verwendung eines Röhrenoszillators einer hochfrequenten Induktionsheizung unterzogen, und zwar bei einer Frequenz von 20 kHz, einer elektrischen

j) Heizleistung von 70 kW, einer elektrischen Flächenleistungsdichte von 134 kW/cm² und einer Wärmebehandlungszeit von 6 Sekunden. Darauf wurde die Stahlstange unmittelbar nach dieser Erwärmung in Wasser abgeschreckt.

in Die derart behandelte Stahlstange wurde längs des Kerbungsgrundes mittels Biegens über eine Abstützung gebrochen. Die zum Brechen der Stahlstange entlang des Kerbungsgrundes erforderliche Nennspannung betrug 0,21 kN/mm². Die zum Zweck des Vergleichs angegebene Nennspannung zum Brechen einer Stahlstange mit einem Durchmesser von 38 mm, die der Wärmebehandlung nicht unterzogen worden ist, betrug 138 kN/mm². Somit ist obige Nennspannung für die erfindungsgemäß behandelte Stahlstange auf etwa V7

en derjenigen reduziert die für die nicht der Wärmebehandlung unterzogene Stahlstange mit einem geringeren Durchmesser, nämlich 38 mm, erforderlich ist Die Bilder beider Bruchstellen einer Stahlstange, wie sie bei erfindungsgemäßer Behandlung erhalten wurden, sind in den F i g. 4{a) und (b) dargestellt Der am Umfang des Querschnitts erscheinende schwarze Teil stellt einen Ksrbtsi! dar während ein innerhalb davon ^elcsner etwas glänzender schwarzer Teil einen Riß mit einer

Tiefe von etwa 4 mm dargestellt. (Die Tiefe wurde vom Grund der Kerbe aus gemessen.) Die Bruchfläche wurde als ausreichend eben betrachtet.

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 und einer elektrischen Flächenleistungsdichte von 1,65 kW/cm². 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 Röhrenosziiiators 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 etwa 0,16 kN/mm². Wie bereits erwähnt beträgt die Nennspannung zum Brechen einer Stahlstange, die lediglich eine Kerbe aufweist, jedoch nicht wärmebehandelt ist, 1,58 kN/mm². Somit wurde die zum Brechen erforderliche Last in diesem Fall auf etwa Vio reduziert.

Die F i g. 5(a) und (b) zeigen die Bilder beider Bruchflochen einer in diesem Beispiel erhaltenen Stahlstange. Wie zu sehen ist, zeigen sich ein Riß mit einer Tiefe von etwa 6 mm und ebene Flächen.

Beispiel 3

In der Oberfläche einer Stahlstange aus SUJ2-Chromstahl (Zusammensetzung siehe Tabelle am Schluß der Beschreibung) und mit einem Durchmesser von 38 mm wurde eine Umfangskerbung 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 unter Verwendung eines Röhrenoszillators einer drei Sekunden dauernden Erwärmung ausgesetzt und zwar bei einer Frequenz von 2OkHz, einer elektrischen Heizleistung von 91 kW und einer elektrischen Flächenleistungsdichte von 2,55 kW/cm². 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.

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 etwa 0,15 kN/mm². Im Gegensatz dazu war eine Nennspannung von 1 ,58 kN/mm² erforderlich, um die Stange längs ihres Kerbgrundes für den Fall zu 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 Vi₀ reduziert ist, und zwar im Vergleich mit der beim

ίο üblichen Verfahren erforderlichen Last

Die F i g. 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 Riß mit einer Tiefe von etwa 4,0 bis 4,5 mm, der zu extrem ebenen Flächen führt.

Beispiel 4

In der Oberfläche einer Stahlstange aus kohlenstoffhaltigem SK4-Werkzeugstahl (Zusammensetzung siehe

2n Tabelle am Schluß der Beschreibung) und mit einem Durchmesser von 38 mm wurde eine Umfangskerbung mit einer Tiefe von 2,0 mm, einem Krümmungsradius von 0,25 mm und einem Öffnungswinkel von 60° erzeugt. Darauf wurde der Stahlstab vier Sekunden lang einer hochfrequenten Induktionsheizung ausgesetzt, und zwar bei einer Frequenz von 2OkHz, einer elektrischen Heizleistung von 91 kW und einer elektrischen Flächenleistungsdichte von 2,55 kW/cm². 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 Unmit-

j5 telbar darauf folgte ein Abschreckungsvorgang in Wasser.

Die auf diese Weise behandelte Stahlstange wurde zum Zweck des Brechens gegen den Widerstand einer Abstützung abgebogen. Die zum Brechen der Stahlstan ge entlang des Kerbengrundes erforderliche Nennspan nung betrug etwa 0,22 kN/mm².

Im Gegensatz dazu war eine Nennspannung von 1,13 kN/mm² 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 V₅ reduziert ist, bezogen auf eine gemäß

so üblicher Methode erforderliche Last

Die Fig.7(a) und (b) zeigen die Bilder der Bruchflächen (beider Seiten) einer erfindungsgemäß behandelten Stange. Wie zu sehen ist, sind ein Riß 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 Durch- Zusammensetzung CA)

messer _{c si Mn}

Cr

Ni

Cu

Al

Zn

SUJ 2	38	0.97	0.25	0.31	0.013	0,011	1,42	0,05	0,10	0,25	0,08
SUJ 2	55	0,98	0,25	0,38	0,011	0,014	1,37	0,05	0,10	0,012	0,010
SK 4	38	0,91	0,26	0,38	0,013	0,006	0,13	0,02	0,11	0.014	-

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Die Erfindung ist insbesondere anwendbar bei Stählen der folgenden Zusammensetzung:

Stahl Zusammensetzung (%)

C Si Mn I¹ S Cr

SUJ 2 0.95-1,10 0.15-0.35 weniger als 0.50 weniger als 0.025 weniger als 0,025 1.30-1,60

SK 4 0,90-1,00 weniger als 0.35 weniger als 0.50 weniger als 0.030 weniger als 0.030 -

Hiei/u 4 Blatt /ciclinuneeti

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Brechen einer Stahlstange in Stücke, bei dem zunächst in der Oberfläche der Stahlstange an der vorgesehenen Bruchstelle eine Umfangskerbe erzeugt, dann an der Stahlstange eine Wärmebehandlung mit anschließender Abschrekkung vorgenommen und die Stahlstange durch eine mechanische Belastung entlang der Umfangskerbe gebrochen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung der Stahlstange örtlich in der Umgebung der Umfangskerbe erfolgt und der Grund der Umfangskerbe geringfügig unterhalb der Umwandlungstemperatur des Stahls von Ferrit in Austenit bleibt und bei der darauffolgenden Abschreckung Risse vom Grund der Umfangskerbe nach der Stangenachse hin entstehen.

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° C bis geringfügig unterhalb der Umwandlungstemperatur liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlstange nach Ausbildung der Umfangskerbe, jedoch noch vor ihrer weiteren, der Rißerzeugung dienenden und den Bruch hervorrufenden Behandlung in der Umgebung der Umfangskerbe örtlich auf eine Temperatur oberhalb ihres Umwandlungspunktes erwärmt und daraufhin zur in Härtung ihrer Oberfläche in der Umgebung der Umfangskerbe abgeschreckt wird.

4. Verfallen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erpte Erwärmung für eine Dauer von etwa 2 bis 10 Sekunden in einem Temperaturbereich von etwa 800⁰C bis \WC und die zweite Erwärmung für eine Dauer von etwa 1 bis 8 Sekunden in einem Temperaturbereich von 500⁰C bis geringfügig unterhalb der Umwandlungstemperatur durchgeführt wird.

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

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

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung durch hochfrequente Induktionsheizung bewirkt wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung durch Flammenheizung bewirkt wird.