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Verfahren zum Erzeugen ringförmiger Stahlwerkstücke
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen ringförmiger
Werkstücke aus übereutektoidem Stahl, welcher nach dem Härten einen kohlenstoffarmen
Martensit mit Versetzungssubstruktur (Dislokations-Substruktur) bildet.
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Derzeit wird als fortschrittliche Technik häufig ein Schleudergußverfahren
angewendet, d. h. ein Metallgießen in rasch sich drehende Kokillen an einer Schleudermaschine
mit vertikaler oder horizontaler Drehachse. Die Drehgeschwindigkeit ist dabei durch
die Metallart und die Abkühlgeschwindigkeit danach gegeben, ob es sich um eine Übergangs
form aus Sand oder um eine Metalldauerform handelt. Dieses Verfahren wird bei der
Erzeugung von Rotationskörpern aus Sonderstahl, ferner
von Rohren,
Buchsen, Ringen und bei der Massenherstellung kleiner Bauteile angewendet. Die Ausnützung
des flüssigen Metalls ist dabei sehr gut, da sich keine Lunker bilden, und die Gußstücke
enthalten wenig Ausseigerungen, die durch die Fliehkraft direkt an die Oberfläche
des geschmolzenen Metalls herausgeträgen werden. Diese Vorteile sind vor allem bei
Stählen von wirtschaftlicher Bedeutung.
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Das erwähnte Verfahren wurde für viele Anwendungsbereiche ausgearbeitet.
Es ist z. B. ein Verfahren zum Erzeugen von hohlen kreisförmigen Werkstücken aus
mittels Schleuderguß gegossenen Rohren bekannt, aus denen vorerst Abschnitte abgeteilt
werden, deren Breite der Breite des Endproduktes entspricht, die dann durch Schmieden
oder Walzen zur gewünschten Form verarbeitet werden. Ferner ist ein Verfahren zum
Erzeugen von Ringen, z. B. Halbfabrikaten von Wälzlagerringen bekannt, gemäß dem
durch Schleuderguß gebildete Ringe geformt werden, die aus der Form bei einer Temperatur
im Bereich von 0 1050 bis 900 C herausgenommen wurden. Schließlich ist ein Verfahren
zum Erzeugen von hohlen kreisförmigen Werkst(Icken bekannt, gemäß welchem durch
Schleuderguß erzeugte hohle Rotationskörper, z. B. Blöcke oder andere Rotationsgebilde
zu Rohren geformt werden, die in kleinere Teile, z. B, in Abschnitte, unterteilt
werden. Die kleineren Teile werden dann ausgewalzt, geschmiedet oder gestampft,
worauf sie nach einer Spanbearbeitung einer Wärmeverarbeitung unterzogen und nach
Erzielen einer optimalen Härte fertiggestellt werden.
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Alle erwähnten Arbeitsverfahren zeigten sich als sehr wirtschaftliche
Erzeugungsverfahren, die wegen der direkten Erzeugung von Halbfabrikaten durch Schleuderguß
und damit der Einsparung einer Zwischenerzeugung von Hüttenhalbfabrikaten
relativ
hohe Materialersparnisse ermöglichen. Sie hahen Jedoch einen gemeinsamen Nachteil,
daß die dem Materialfluß beim Gießen, Formen und weiteren Wärmebehandeln zugeführte
Wärmeenergie nicht voll ausgenützt wird. Deshalb muß bei weiteren Arbeitsvorgängen,
die bei höheren als normalen Temperaturen ablaufen, den vorgearbeiteten Erzeugnissen
weitere Wärmeenergie zugeführt werden.
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Es wäre deshalb zweckmäßig und vorteilhaft, ein abgewandeltes Erzeugungsverfahren
von Rotationskörpern durch Schleuderguß zu finden, das nicht diese Nachteile derzeit
bekannter Arbeitsverfahren aufweist und bei dem vor allem die beim Schmelzen des
Stahles zugeführte Wärmeenergie in höchstem Maß ausgenützt wird.
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Die Entwicklung eines solchen Verfahrens ist Aufgabe der Erfindung,
die von einem Verfahren zum Erzeugen von ringförmigen Werkstücken aus übereutektoidem
Stahl ausgeht, der nach dem Härten einen kohlenstoffarmen Martensit mit Versetzungs-Substruktur
bildet, z. B. von Lagerringen aus Ringen, die aus Blöcken hergestellt werden, von
deren Oberfläche Schichten von Schlacke und anderen Verunreinigungen beseitigt wurden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch Schleuderguß
erzeugte oder durch Teilen von durch Schleuderguß erzeugten hohlen Blöcken gebildete
Ringe von 0 der Gußtemperatur auf eine Temperatur von maximal 100 C unterhalb der
Temperatur der eutektoiden Umwandlung des Gefüges des Stahles abgekühlt und dann
auf eine Temperatur von maximal 100 OC oberhalb der Temperatur der eutektoiden Umwandlung
wiedererwärmt werden, worauf nach Erzielen einer Struktur eines sphärolithisierten
Perlits die Temperatur weiter bis
auf einen Wert von höchstens 1150
OC erhöht wird und das Halbfabrikat z. B. durch Auswalzen geformt, nach dem Formen
gehärtet und angelassen wird (siehe schematische Darstellung in Fig. 1).
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Dabei werden an den Ringen vor dem Abkühlen von der Guß-0 temperatur
auf eine Temperatur von maximal 100 C unterhalb der Temperatur der eutektoiden Umwandlung
des Stahles zweckmäßig Oberflächenschichten aus Schlacke und anderen Verunreinigungen
beispielsweise durch Spanbearbeitung beseitigt.
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Vor dem Formen, vor allem vor einem Auswalzen, werden die Ringe nach
einer Alternative nach dem Erhitzen auf höchstens 1150 OC zunächst mit einer Geschwindigkeit
von wenigstens 50 OC/Sek, auf eine Temperatur im Bereich zwischen der Temperatur
der eutektoiden Umwandlung und der Temperatur des Beginns der martensitischen Umwandlung
abgekühlt (siehe schematische Darstellung in Fig. 2).
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß im Vergleich mit bekannten
Verfahren die beim Schleuderguß verbrauchte Wärmeenergie auch beim folgenden Formen
und Wärmebehandeln des Materials vollkommen ausgenützt werden kann, so daß bei einer
Erzeugung mancher größerer Rotationskörper, wie von Lagerringen größerer Abmessungen,
die einmal zugeführte Wärmemenge für die ganze Erzeugung ausreicht. Das Erzeugen
von Lagerringen kleinerer Durchmesser benötigt höchstens ein geringes Nachwärmen
des Materials auf den Wert der Arbeitstemperaturen.
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Beim Erzeugen von Werkstücken gemäß der Erfindung wird üblich derart
vorgegangen, daß aus einem vorher beispielsweise durch Umschmelzen im Vakuum oder
unter der Schlacke oder
dergleichen gereinigten Stahl durch Schleuderguß
Blöcke von Rotationsform, z. B. Zylinderform, gegossen werden. Bei deren teilweisem
Abkühlen auf eine Temperatur im Bereich zwischen der Gußtemperatur und der Temperatur
der eutektoiden Umwandlung des verwendeten Stahles, allenfalls maximal 100 OC niedriger,
werden die Blöcke zu Ringen unterteilt, von welchen die an der Oberfläche haftenden,
durch Schlacke oder anders verunreinigten Schichten beseitigt werden. Nach Abkühlen
der Ringe auf die Temperatur der eutektoiden Umwandlung oder auf eine maximal 100
°C niedrigere Temperatur werden die Ringe wieder auf eine Temperatur von maximal
100 OC höher als die Temperatur der eutektoiden Umwandlung erwärmt, wodurch diese
sphärolithisierend geglüht werden, und nach neuem Erwärmen auf eine Temperatur von
maximal 1150 OC werden sie nach einem geeigneten Verfahren, z. B. durch Auswalzen,
geformt.
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Gemäß einer Variante der Erfindung werden die auf maximal 1150 OC
erwärmten Ringe auf eine Temperatur zwischen der Temperatur der eutektoiden Umwandlung
und der Temperatur des Beginns der martensitischen Umwandlung (Ma) abgekühlt, erst
dann geformt, gehärtet und angelassen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren, d. h. ein Erzeugungsverfahren von
ringförmigen Rotationsformen aus mittels Schleuderguß gegossenen Halbfabrikaten,
kann vorteilhaft nicht nur zum Erzeugen von Lagerringen, sondern auch zum Erzeugen
von Läuferbandagen von Dampfturbinen, von Spurkränzen für Schienenfahrzeuge, z.
B. für Eisenbahnwagen, ferner von Zahnradkränzen und dergleichen Anwendung finden.
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Vorteile dieser Lösung sind aus dem folgenden Ausftlhrungs beispiel
ersichtlich, welches das Wesen der Erfindung näher erläutert,
ohne
diese Jedoch irgendwie zu begrenzen.
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Beispiel In einem elektrischen Lichtbogenofen wird nach einem Stahlerzeugungsverfahren
ein Stahl einer chemischen Gewichtszusammensetzung mit 0,7 bis 0,8 % Kohlenstoff,
2 % Mangan, 2 % Silizium, 1 % Chrom und höchstens 0,03 % Phosphor und Schwefel,
Rest im wesentlichen Eisen, erzeugt, Darauf wird er in eine mit 800 U/min um eine
horizontale Achse rotierende Kokille gegossen und darin gelassen, um zu erstarren.
Ein so erzeugter hohler Block mit einem Gewicht von etwa 3 t, einem Außendurchmesser
von etwa 380 mm und einer Länge von 4.400 mm wird noch warm aus der Kokille entfernt
und durch eine Rotationssäge in 24 Ringe aufgeteilt. Die Ringe läßt man bis unterhalb
der Temperatur der eutektoiden Umwandlung abkühlen, worauf sie wieder auf eine Temperatur
von 760 OC nachgewärmt werden, wobei eine Sphärolithisierung des perlitischen Zementits
vor sich geht. Die sphärolithisierten Ringe werden weiter auf eine Temperatur von
820 OC erwärmt und auf einem Dorn zwischen dem Dorn und einer Walzscheibe zu Formwalzstücken
gewalzt, die mit ihrer wesentlichen Form einem äußeren und inneren Ring eines Lagers
der Type 23080 entsprechen. Unmittelbar nach 0 dem Auswalzen, das bei einer Temperatur
von 800 c endet, werden die Ringe in einem ölbad gehärtet, Nach dem Härten werden
sie über 3 Stunden bei einer Temperatur von 170 OC angelassen und dann durch Spanbearbeitung,
ggf. Schleifen, fertiggestellt.
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Bei diesem als Beispiel angeführten Verfahren wird gegen-Uber üblichen
Arbeitsverfahren die Arbeitszeit wesentlich verkürzt, da man ein grobes Walzen des
Blocks, sein Erwärmen auf eine Formungstemperatur inbegriffen, ein grobes Auswalzen
des
Blocks und dessen Aufteilen, Stampfen, Lochen sowie das Schmieden des Ringes mit
einer Zeitdauer von etwa 12 Stunden einspart, Außerdem wird die Bearbeitungszeit
beim Drehen um etwa 205 Minuten verkürzt. Die Gesamtersparnis an Zeit beträgt ungefähr
15 Stunden für ein Lager. Außerdem werden 50 Gewichtsprozent flüssigen Blockstahls
erspart. Die Ausnutzung des so erzeugten Blocks wird im Vergleich mit dem derzeitigen
Stand der Technik um etwa 15 % verbessert.