DE2627791C2

DE2627791C2 - Verfahren zum Oberflächenhärten von Werkstücken

Info

Publication number: DE2627791C2
Application number: DE19762627791
Authority: DE
Inventors: Franz 5820 Gevelsberg Overkott
Original assignee: Firma Paul Ferd Peddinghaus
Current assignee: Firma Paul Ferd Peddinghaus
Priority date: 1976-06-22
Filing date: 1976-06-22
Publication date: 1982-12-23
Also published as: FR2355915A1; AT372708B; ATA345177A; DE2627791A1; FR2355915B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Oberflächenhärten von Werkstücken, insbesondere Eisenbahnschienen, die zumindest auf Härtetemperatur erwärmt und durch ein Abschreckmittel abgeschreckt werden, das aus zwei Komponenten zusammengemischt wird, von denen zumindest eine ein Gas ist.

Es ist allgemein bekannt, Werkstücke z. B. durch Flamm- und Induktionshärten an der Oberfläche auf eine bestimmte hohe Festigkeit zu bringen, so daß sie dort verschleißfest sind. Solche an der Oberfläche hoch verschleißfeste Werkstücke sind beispielsweise Eisen- so bahnschienen. Wegen der zunehmend höheren Zuggeschwindigkeiten sind aufgrund neuerer Regelungen in naher Zukunft nur noch Schienen zugelassen, die eine Festigkeit von 900 N/mm² aufweisen. Einem hohen Verschleiß ausgesetzte Teile, wie insbesondere Weichen-Bauteile, z. B. Herzstückspitzen, Flügelschienen usw. müssen jedoch auf höhere Festigkeitswerte gebracht werden, da diese Teile andernfalls zu früh verschleißen und somit entweder die gewünschten hohen Zuggeschwindigkeiten nicht mehr zulassen oder ^b0 aber zu schnell wieder ausgetauscht werden müssen.

Bisher wurden die geforderten hohen Festigkeitswerte dadurch erreicht, daß die zu härtenden Teile in einem Ofen vorgewärmt, dann in einer Härtemaschine auf eine Temperatur von etwa 700⁰C gebracht und dort die dem ^br> hohen Verschleiß ausgesetzten Oberflächenzonen, beispielsweise Bereiche des Schienenkopfes, mit Hilfe von Brennern auf Austenitisierungstemperatur gebracht und anschließend mit einer Emulsion abgeschreckt werden, um auf diese Weise eine vergleichsweise hohe Einhärtetiefe zu erzielen. Anschließend werden die gehärteten Teile in einem zweiten Ofen auf eine Festigkeit von 130 bis 140 kg/mm² angelassen.

Ein ähnliches Verfahren ist in der GB-PS 6 23 674 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird Wasser in einen freien Preßluftstrahl geleitet, der das Wasser fein zerstäubt auf das abzuschreckende Werkstück schleudert. Mit diesem Verfahren lassen sich keine gleichmäßigen Härteergebnisse erzielen. Dies gilt sowohl für die Oberflächenhärte als auch für die Einhärtetiefe. Die Gründe hierfür liegen vermutlich in der ungleichförmigen Ausbildung der Nebeltröpfchen und aer damit ständigen Änderung der Abschreckintensität. Manchmal treten dabei sogar Kondensationserscheinungen auf, so daß Flüssigkeitstropfen auf die zu härtende Oberfläche gelangen und dort durch nachträgliche Verdampfung weitere Ungleichmäßigkeiten hinsichtlich der Härte hervorrufen. Zudem ist eine Regelungsmöglichkeit nicht vorgesehen und auch nicht erwünscht, so daß der Abschreckprozeß, insbesondere die Abschreckgeschwindigkeit, nicht beeinflußbar ist.

Von der Anmelderin sind deshalb umfangreiche Versuche durchgeführt worden, um diese Nachteile zl vermeiden. Bei diesen Versuchen ist die auf die geforderte Festigkeit zu bringende Schiene zunächst wiederum in einem Ofen vorgewärmt, mit Brennern oder durch Induktionserwärmen auf Austenitisierungstemperatur gebracht und anschließend mit Preßluft oder einem anderen Gas abgeschreckt worden. Die Preßluft wurde dabei in ihrer Menge und ihrem Druck so gesteuert, daß ein ganz bestimmtes, feinsorbitisches Gefüge mit einer Festigkeit von 1200 bis 1300 N/mm² entsteht, ohne daß die Schiene ausgehärtet wird. Die Umwandlungstiefe unter dem Schienenkopf beträgt dabei 8 bis 12 mm. Nach dieser Oberflächenvergütung läßt man die Schiene vollständig erkalten.

Bei den vorstehend beschriebenen Versuchen wird somit durch Abschrecken mit Preßluft gemäß dem Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramm des betreffenden Stahles eine bestimmte kritische Abkühlungsgeschwindigkeit erzielt, um über einen bestimmten Oberflächenbereich und eine bestimmte Tiefe durch Schaffen einer ganz bestimmten sorbitischen Gefügestruktur eine Festigkeitssteigerung zu erzielen, die — wie die durchgeführten. Verschleißversuche gezeigt haben — der rollenden Reibung einen maximalen Widerstand entgegenstellt. Das bei den Untersuchungen durchgeführte, vorstehend beschriebene Verfahren bereitet jedoch noch erhebliche Schwierigkeiten. So sind Preßluftmengen von 1200 bis 150OmVh erforderlich und die durch die Preßluft bedingten Austrittsgeräusche sind so laut, daß sie über der zulässigen Norm liegen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein zum Oberflächenhärten von Werkstücken geeignetes Verfahren vorzuschlagen, das auf einfache Weise und unter Vermeidung einer Geräuschbelästigung ein einwandfreies Härteergebnis gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der gasförmigen Hauptkomponente als weiter? Komponente ein spätestens vor dem Auftreffen auf das Werkstück ebenfalls gasförmiger Kälteträger zugemischt wird, dessen Zumischung zum kontrollierten Abkühlen des Abschreckmittels auf die jeweils gewünschte Temperatur regelbar ist. Es wird also ein rein gasförmiges Abschreckmittel verwendet, das jedoch aus

zwei Komponenten zusammengemischt ist, von denen eines ein Kältemittel zur Abkühlung des Abschreckmittels ist. Dabei erlaubt es die regelbare Zumischung des Kälteträgers, die Abschreckmitteltemperatur den jeweiligen Erfordernissen optimal anzupassen und so den jeweils gewünschten Abschreckverlauf zu verwirklichen. Hinzu kommt, daß durch das Zumischen des Kälteträgers die zum Abschrecken erforderliche Menge des Abschreckmittels gemindert und zugleich auch dessen austretender Druck und dadurch das Austrittsgeräusch erheblich herabgesetzt wird. Durch die Verwendung eines rein gasförmigen Abschreckmittels werden zudem sehr gleichmäßige und gut reproduzierbare Härteergebnisse erzielt.

Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn das Kältemittel kurz vor dem Austritt aus einer Abschreckdüse dem Abschreckmittel zugemischt wird.

Gute Ergebnisse haben sich ergeben, wenn das Kältemittel in flüssiger Form zugeführt und kurz vor dem Austritt aus einer Abschreckdüse vergast wird. Als Kälteträger eignet sich besonders flüssiger Stickstoff, der in gasförmigem Zustand dem Abschreckmittel zugemischt wird.

Als Hauptkomponente und quasi Trägergas für den Kälteträger eignet sich besonders Preßluft. Auf diese Weise kann beispielsweise durch Zumischen von ■' Stickstoff mit einer Temperatur von minus 196°C die Abschreckgeschwindigkeit der Preßluft in gewünschter Weise geregelt, beispielsweise erhöht werden.

Mit der Erfindung wird für den Bereich der Härtereitechnik ein Vorschlag unterbreitet, der die " Verwendung eines Kälteträgers, insbesondere flüssigen Stickstoffs, zum Zumischen zu einem Grundabschreckmittel, vornehmlich Preßluft, beim Oberflächenhärten von Werkstücken vorsieht, wodurch der Druck des austretenden Abschreckmittels und damit die Geräuschr> belästigung herabgesetzt, die notwendige Abschreckmittelmenge vermindert und dem Härteergebnis eine größere und gleichbleibendere Sicherheit gegeben wird. Es versteht sich, daß dit Erfindung nicht nur auf das Oberflächenhärten von Schienen beschränkt ist, son- -" dem überall dort anwendbar ist, wo es darum geht, die Oberfläche der Werkstücke beim Flamm- und Induktionshärten zuverlässig verschleißfest zu machen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Oberflächenhärten von Werkstücken, insbesondere Eisenbahnschienen, die zumindest auf Härtetemperatur erwärmt und durch ein Abschreckmitte! abgeschreckt werden, das aus zwei Komponenten zusammengemischt wird, von denen zumindest eine ein Gas ist, dadurch gekennzeichnet, daß der gasförmigen Hauptkomponente als weitere Komponente ein spätestens vor dem Auftreffen auf das Werkstück ebenfalls gasförmiger Kälteträger zugemischt wird, dessen Zumischung zum kontrollierten Abkühlen des Abschreckmittels auf die jeweils gewünschte Temperatur regelbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kälteträger kurz vor dem Austritt aus einer Abschreckdüse dem Abschreckmittel zugemischt wird.

3. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein flüssiger Kälteträger zugeführt und kurz vordem Austritt aus der Abschreckdüse vergast wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem -3 Abschreckmittel flüssiger Stickstoff in gasförmigen Zustand zugemischt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Abschreckmittel Preßluft verwendet wird.

6. Verwendung eines Kälteträgers, insbesondere flüssigen Stickstoffs, zum Zumischen in gasförmigen Zustand in ein Abschreckmittel, vornehmlich Preßluft, beim Oberflächenhärten von Werkstücken, insbesondere Eisenbahnschienen.